Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012), страница 9

Как описано в главе 2, в ангиографии широко используется цифроваяобработка изображений, в частности вычитание изображений с целью дальнейшего повышения контраста исследуемых кровеносных сосудов.1.3. Примеры областей применения цифровой обработки изображений33агбв дРис. 1.7.Примеры рентгеновских изображений. (а) Рентгенограмма груднойклетки. (б) Ангиограмма аорты. (в) Компьютерная томограмма головы. (г) Печатные платы. (д) Петля Лебедя. (Изображения предоставили: (а, в) д-р Дэвид Р. Пикенс, департамент радиологии медицинского центра университета Вандербилта; (б) д-р Томас Р.

Гест, отделениеанатомии медицинской школы университета шт. Мичиган; (г) ДжозефЕ. Пассенте, компания Lixi, Inc.; (д) агентство NASA)34Глава 1. ВведениеЕще одно важное применение рентгеновских лучей для формирования изображений в медицине — это компьютерная томография. Благодаря высокомуразрешению и возможности трехмерного представления, компьютерная томография с момента своего первого появления в начале 1970-х гг.

произвела революцию в медицине. Как отмечалось в разделе 1.2, каждое КТ-изображениепередает поперечный срез тела пациента. При продольном перемещении пациента формируется множество таких срезов, которые в совокупности образуюттрехмерное представление внутреннего строения тела с продольным разрешением, пропорциональным количеству срезов. На рис. 1.7(в) показано изображение типичного среза, получаемого при компьютерной томографии головы.Аналогичная технология используется и в промышленном производстве,хотя там обычно применяется рентгеновское излучение с большей энергией.На рис. 1.7(г) приведено рентгеновское изображение печатной платы радиоэлектронного прибора. Подобные изображения, будучи лишь одним из сотенвозможных промышленных применений рентгеновских изображений, используются для контроля печатных плат на наличие дефектов, таких как отсутствиедеталей или разрывы контактных дорожек.

Промышленная компьютернаятомография применима, когда детали проницаемы для рентгеновских лучей,что очевидно в случае пластмассовых узлов, но возможна даже и при контролекрупных изделий вроде твердотопливных реактивных двигателей. На рис.1.7(д)показан пример применения рентгеновских изображений в астрономии. Здесьизображена та же Петля Лебедя, что и на рис.

1.6(в), но на этот раз в диапазонерентгеновского излучения.1.3.3. Изображения в ультрафиолетовом диапазонеУльтрафиолетовый «свет» находит разнообразные применения, в частностив литографии, производственном контроле, микроскопии, лазерной технике,биологических и астрономических наблюдениях. Мы проиллюстрируем использование изображений ультрафиолетового диапазона на примерах из области микроскопии и астрономии.Ультрафиолетовое освещение используется во флуоресцентной микроскопии — одном из наиболее быстро развивающихся направлений микроскопии.Явление флуоресценции было открыто в середине XIX в., когда впервые былозамечено, что минерал флюорит (плавиковый шпат) излучает свет при направлении на него ультрафиолетового излучения. Сами по себе ультрафиолетовыелучи невидимы, но при столкновении фотона ультрафиолетового излученияс электроном атома флуоресцентного материала электрон переходит на болеевысокий энергетический уровень.

Последующее возвращение возбужденногоэлектрона на нижний уровень сопровождается излучением фотона с меньшейэнергией, что соответствует видимому (ближе к красному) диапазону спектра.Принцип работы флуоресцентного микроскопа заключается в облучении подготовленного препарата ярким активизирующим освещением и последующемвыделении значительно более слабого флуоресцентного свечения.

Таким образом, глаз наблюдателя или другой детектор будет воспринимать только вторичное излучение. Свечение флуоресцирующих участков должно наблюдатьсяна темном фоне, чтобы обеспечивался достаточный для их обнаружения кон-1.3. Примеры областей применения цифровой обработки изображений35а бвРис. 1.8. Примеры изображений в ультрафиолетовом диапазоне. (а) Нормальноезерно. (б) Зерно, зараженное головней.

(в) Петля Лебедя. (Изображенияпредоставили: (а, б) д-р Майкл У. Дэвидсон, университет шт. Флорида;(в) агентство NASA)траст. Чем темнее фон, изготовленный из нефлуоресцирующего материала, темвыше эффективность прибора.Флуоресцентная микроскопия — прекрасный метод исследования материалов, обладающих флуоресцирующими свойствами, либо в естественнойформе (первичная флуоресценция), либо в результате обработки флуоресцирующими химикатами (вторичная флуоресценция).

Рис. 1.8(а, б) демонстрируют типичные возможности флуоресцентной микроскопии. На рис. 1.8(а) по-36Глава 1. Введениеказан полученный с помощью флуоресцентного микроскопа снимок здоровогозерна, а на рис. 1.8(б) — снимок зерна, зараженного головней — заболеваниемзерновых и бобовых культур, трав, а также луковичных растений, вызываемымболее чем 700 видами паразитических грибков. Особенно опасна головня злаковых культур, поскольку зерновые — один из важнейших источников пищилюдей. В качестве иллюстрации другой области применения на рис. 1.8(в) показано изображение Петли Лебедя в высокочастотной полосе ультрафиолетового диапазона.1.3.4. Изображения в видимом и инфракрасном диапазонахУчитывая, что видимый диапазон электромагнитного спектра для нас наиболее привычен, неудивительно, что область использования изображений этогодиапазона оказывается намного шире, чем всех остальных вместе взятых.

Инфракрасные изображения часто используются совместно с видимыми, поэтомудля иллюстрации мы объединили оба эти диапазона в одном разделе. В нижеследующем обсуждении в качестве примеров областей использования будут обсуждаться: световая микроскопия, астрономия, дистанционное зондирование,промышленность и правоохранительная деятельность.На рис. 1.9 показано несколько примеров изображений, полученных с помощью оптического микроскопа.

Диапазон примеров простирается от фармацевтики и микроскопических методов производственного контроля до определения характеристик материалов. Даже в пределах одной микроскопии множествовозможных прикладных областей слишком обширно, чтобы его детально описать. Несложно вообразить варианты обработки, которые могут потребоватьсяв применении к таким изображениям, от улучшения их визуального качествадо проведения различных измерений.Еще одна важная область обработки видимых изображений — дистанционное зондирование земной поверхности, охватывающее обычно несколько зонв видимом и инфракрасном диапазонах спектра.

В табл. 1.1 перечислены такиетематические зоны, в которых осуществляет зондирование спутник LANDSAT,Таблица 1.1.Тематические зоны американского спутника LANDSAT№НаименованиеДлиныволн (мкм)Характеристики и назначение1Видимый синий цвет0,45—0,52Максимальное проникание воды2Видимый зеленый цвет0,52—0,60Измерение плотности растительногопокрова3Видимый красный цвет0,63—0,69Различение формы растительности4Ближнее ИК-излучение0,76—0,90Съемка береговой линии и распределения биомассы5Средний ИК-диапазон1,55—1,75Содержание влаги в почве и растительности6Тепловое ИК-излучение10,4—12,5Влажность почвы и температурная карта7Средний ИК-диапазон2,08—2,35Поиск полезных ископаемых1.3.

Примеры областей применения цифровой обработки изображений37а б вг д еРис. 1.9. Примеры изображений в оптической микроскопии. (а) Таксол (противораковый препарат), увеличение 250×. (б) Холестерин, увеличение40×. (в) Микропроцессор, увеличение 60×. (г) Тонкая пленка окиси никеля, увеличение 600×. (д) Поверхность музыкального компакт-диска,увеличение 1750×. (е) Органический сверхпроводящий материал, увеличение 450×. (Изображения предоставил д-р Майкл У. Дэвидсон, университет шт. Флорида)запущенный агентством NASA. Главная задача LANDSAT состоит в получениии передаче изображений Земли из космоса с целью глобального экологического мониторинга.

Интервалы спектра представлены длинами волн в микронах(мкм); напомним, что 1 мкм = 10 –6 м (длины волн, отвечающих различным диапазонам электромагнитного спектра, подробно обсуждаются в главе 2). Обратим внимание на указанные в таблице характеристики и назначение каждойиз тематических зон.Чтобы получить начальное представление о возможностях таких многозональных изображений, взглянем на рис. 1.10, где приведено по одному изображе-38Глава 1. Введение1Рис. 1.10.234567Полученные со спутника LANDSAT изображения г. Вашингтон,округ Колумбия. Номера снимков соответствуют номерам тематических зон в табл. 1.1.

(Изображения предоставлены агентством NASA)нию для каждой из зон таблицы. Изображен район г. Вашингтон, округ Колумбия; видны здания, дороги, участки растительности и протекающая через городкрупная река Потомак. Изображения населенных пунктов часто (и давно) используются для оценки роста численности населения, динамики загрязненийи прочих факторов, вредно влияющих на экологию. Примечательна разницамежду видимым и инфракрасным изображениями на этих снимках.