Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

П актически во всех системах восста)новления изображений записывазощее пятно имеет несложное )распределение яркости (например, гауссовское). По этой причине точно восстановить изображение не удается, поскольку простые распределения не дают возможно° сти полностью подавить, высокочастотные копии спектра изоб ажения, возникающие при ди(скретизации. К счастью, обычно это не создает существенных трудностей, и в )простых системах получается хорошее изображение.

Из вышеизложенного видно, что при,дискретизации и демон)страции изображений возникают искажения спектра..Подобные искажения можно скорректировать в )процессе цифровой ф1ильтрации квантованных изображений,[121. Восстановление непрерывных изображений связано с гой р й, а именно с проблемой вер~ности изображения. Если с др угон число, находящееся в памяти машины, представляет значение оп- 206 Глава 4 Цифровая обработка изображений 207 тической ~плотности изображения в конкретной точке, то абсолютно верное воспроиэввденив получится, если пленка, предназ~наченная,. для демонстрации, будет иметь точно такую оптическую плотность, как записано в памяти ЭВМ. (Аналогичные требования можно сформулировать для коэффициента пропускания пленки ~и для характеристики фотоэлектронной системы.) Подобное ф ф с ~: ~ь Г ~зф Число о машинке (яркость на входе) Число и машиие(яркость на входе) а д Рис.

4.4. а — сквозные характеристики идеальной, системы отображения; б — сквозные характеристики типичной реальной системы отображения. устройство отображения, должно иметь сквозные характеристики, совпадающие с приведенными на рис. 4.4,а. Однако такие идеальные характеристики встречаются редко. Характеристики реальных устройств отображения больше напоминают приведенные на рис.

4.4,б, где наблюдается значительное отклонение от идеальной прямой,с наклоном 45'. Хорошее приближение к идеальной характеристике можно получить путем линеаризации характеристики устройства отображения. Для этого необходимо выполнить следующие действия: 1. Сформировать набор фиксированных значений коэффициента пропускания или оптической плотности, подать их на устройство отображения и измерить фактический его отклик на каждое из значений коэффициента пропускания или оптической плотности. 2. Измерения, полученные на этапе 1, задают характеристику устройства отображения А=~(4).

Линеаризованная характеристика описывается соотношением б1,=1 '(А). Это обратное преобразование .можно найти эмпирическим путем и представить в виде таблицы или полинома, вычисленного методом наименьших квадратовв. 3. Перед демонстрацией изображения числовые данные следует преобразовать согласно функции ~ '.

В результате в них будут введены предыскажения и значения яркостей, записанные в машине, будут воспроизведены на экране без погрешностей. Метод линеаризации характеристик устройств отображения успешно .применялся во многих исследовательских институтах. Точная линеаризация, конечно, невозможна, так как форма нелинейной характеристики изменяется в зависимости от особенностей проявления пленки, чистоты химикатов, старения (или повреждения) люминофора ЭЛТ и т. п. Однако, приложив определенные усилия, можно линеаризировать устройство отображения так, что отклонения от линейности ~не будут превышать -<-5% максимального значения. Следует отметить, что линеаризация характеристики устройства отображения является операцией, применяемой при восстановлении аналоговых изображений; при обработке одномерных сигналов линейными электронными схемами она обычно не используется.

4.?.4. Свойства системы зрения человека Очень часто окончательную оценку изображения делает человек. Если бы человеческое зрение было идеальным,и отвечало на световое воздействие с абсолютной точностью и совершенной линейностью, то его можно было бы и не изучать, Однако система .зрения человека обладает нелинейной характеристикой, а ее отклик не является абсолютно верным. Важность этих положений для получения изображений признана довольно давно [131, однако они не в полной мере использовались при обработке изображений.

Одной,из характеристик системы зрения человека является способность восприятия яркости света. Эксперименты по определению восприятия людьми минимально различимых градаций яркости света, поступающего от калиброванного источника, показали, что яркость света воспринимается глазом нелинейно. Если начер"тИть график зависимости величины этой минимально различимой градации яркости от эталонной яркости, то при изменении яркости н йределах нескольких порядков этот график имеет логарифмический характер [14~. Такие субъективные экспериментальные результаты согласуются с объективными данными, |полученными и экспериментах на животных, в которых было показано, что светочувствительные клетки сетчатки и оптический нерв возбуждаются с частотой, пропорциональной логарифму интенсивности иодводимого к ним света [151. По вполне понятным причинам подобные объективные измерения на людях не проводились.

Тем не менее объективные данные для животных и субъективные показания для людей более чем убедительно подтверждают вывод Цифровая обработка изображений 209 Глава 4 Ллтлпилт4гди тб ео ~б бп Просп~ринсптвенная час~по~па период/ гуад б Л7сеуи~ение Рис. 4.5. а — сечение (осеовмметричвой) аппаратной функции глаза человека; б — сечение (осесимметричной) частотной характеристики глаза человека. о том, что яркость света воспринимается по логарифмическому закону.

Это существенно нелинейный закон. Другой отличительной характеристикой системы зрения человека является ее пространственночастотный отклик. Импульсный отклик глаза, рассматриваемого в виде двумерной линейной системы (т. е. линейной после начального логарифмического преобразования интенсивности наблюдаемого света), не является б-функцией Дирака. Реакция глаза на |приходящее световое поле описывается аппаратной функцией, сечение которой показано на рис.

4.5,а [16~. Острый центральный пик и отрицательные боковые лепестки импульсного отклика глаза ~показывают, что глаз обрабатывает пространственные частоты так же, как фильтр верхних частот. Точная ~форма частотной характеристики глаза исследовалась с помощью ряда психовизуальных экспериментов; было показано, что глаз ~подавляет низкие и ослабляет высокие пространственные частоты. В грубом приближении пространственно- частотный отклик глаза имеет полосовой характер. Подобная характеристика (рис.

4.5,б), например, была |получена в ряде экспериментов, проведенных ~Манносом и Сакрисоном [17~. Наконец, особенностью зрения человека является способность к насыщению, т. е. к ограничению отклика при очень больших или очень малых интенсивностях наблюдаемого светового потока. Перечисленные свойства системы зрения можно описать моделью, представленной в виде блок-схемы на рис. 4.6.

Однако данная модель совершенно не отражает других известных свойств, системы зрения. Например, есть сведения, что некоторые стороны процесса восприятия изображения можно объяснить только наличием не одной, как на рис. 4.6, а нескольких линейных систем, включенных параллельно, т. е. в ~рамках модели е 'частотными каналами [181.

Другие визуальные явления (такие, как,иллюзия одновременного контраста) указывают, что логарифмическое преобразование, введенное в блок-схеме рис. 4.6, является слишком большим упрощением. Но, несмотря,на .известные недостатки, модель, представленная на рис. 4.6, является полезной, поскольку она 1),объясняет ряд важных явлений, таких, как восприятие яркости света и ~полосы Маха; Рис. 4.6. Блок-схема системы зрения человека. 2) указывает, что в системе зрения содержатся некоторые элементы системы обработки информации.

В частности, система зрения человека, по-видимому, выполняет некоторые операции гомоморфной обработки информации [191. Полезно связать логарифмическое преобразование изображения, выполняемое глазом, с рассмотренным ранее вопросом о плотностном ~и яркостном изображениях. Можно заметить, что поскольку яркость света воздействует на глаз по логарифмическому закону, глаз воспринимает изображение как плотностное, если даже оно представлено (с помощью устройства отображения) в виде яркостного изображения. Представляется логичным воспользоваться моделями системы зрения человека при анализе возможных применений цифровой обработки изображений.

Однако это делать нужно осторожно, так как система зрения человека настолько сложна, что .необоснован~ное применение упрощенных моделей зрения может принести больше вреда, чем пользы. Маннос и Сакрисон [17~ доказали применимость модели зрения для исследования вопроса о сокращении избыточности изображений. Однако пока еще не определены все области возможного, применения моделей зрения. 4.3. Применение цифровой обработки для сокращения избыточности изображений Сокращение избыточности изображений является первой областью применения цяфровой обработки изображений, которая будет здесь рассмотрена.

Интенсивное развитие цифровых методов повлияло на все отрасли техники передачи и хранения информаци~и в силу присущих цифровым системам преимуществ ~в помехозащищенности, возможности исправления ошибок, гибкости при коммутации сообщений, постоянно понижающейся стоимости 1 $ — 359 210 211 Глава 4 Цифровая обработка изображений и увеличивающейся надежности. Одновременно с внедрением цифровой техники расширялось использование изображений в различных областях науки и техники, например в медицине, эксперимент альной физике, бесконтактной дефектоскопии, исследовании природных ресурсов. Такая параллельность развития цифровой техники и расширения области применения изображений привела к естественному результату, а именно к интенсивным исследованиям в области передачи,и записи изображений цифровыми методами.

Характеристики

Список файлов книги