Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При формировании изображения, несущего информацию о земных недрах, один из основныхметодов состоит в использовании тяжелого грузовика и большой плоской стальной платформы. Грузовик давит на землю через платформу и одновременно является источником вибраций в спектре частот до 100 Гц. Мощность и скоростьраспространения отраженных звуковых волн определяются геологическим составом грунта под поверхностью.
В результате компьютерного анализа этих звуковых колебаний строится цифровое изображение.В морской геологии для получения изображений в звуковом диапазонеобычно используют источник энергии в виде пары пневмопушек, буксируемых позади судна. Отраженные звуковые волны детектируются гидрофонами, помещенными внутрь кабелей, которые либо также буксируются судами,либо укладываются на океанское дно или вертикально подвешиваются к буям.Пневмопушки поочередно выстреливают, создавая импульс давления порядка150 атмосфер. Картина отраженных звуковых волн в совокупности с постоянным движением судна (что дает продольную составляющую) используется дляформирования трехмерной карты состава земной коры под дном океана.На рис. 1.19 изображено поперечное сечение известной трехмерной модели,на которой проверяются характеристики алгоритмов построения изображенийпо данным сейсморазведки.
Стрелка указывает на углеводородный пласт (место залегания нефти и/или газа). Указываемое место выглядит ярче окружающих пластов, поскольку изменения плотности в этом месте оказываются выше.Анализ изображений при сейсморазведке состоит в поиске подобных «яркихпятен», соответствующих вероятным нефтяным и газовым месторождениям.Вышележащие пласты также выделяются своей яркостью, однако в этих случаях изменения яркости в поперечном направлении не столь сильны. Многие1.3. Примеры областей применения цифровой обработки изображенийРис. 1.19.47Поперечное сечение модели данных сейсморазведки. Стрелкой указан пласт углеводородов (место залегания нефти и/или газа). (Изображение предоставил д-р Кертис С.
Обер, Sandia National Laboratories)алгоритмы реконструкции данных сейсморазведки испытывают трудности приобнаружении отмеченной области именно из-за ошибок, возникающих в вышележащих областях.Хотя ультразвуковые изображения широко используются в промышленности, наиболее известно применение этой технологии в медицине, особеннов акушерстве, где изображения еще не рожденных детей изучаются на предметотсутствия аномалий их развития. Дополнительным результатом такого исследования является определение пола будущего ребенка. Ультразвуковые изображения формируются следующим образом:1.
Ультразвуковая система (состоящая из компьютера, ультразвуковогозонда с излучателем и приемником и дисплея) передает в тело ультразвуковые импульсы высокой частоты (от 1 до 5 МГц).2. Звуковые волны проходят сквозь тело пациента, и на границах междутканями (например между жидкостью и мягкой тканью, мягкой тканьюи костью скелета) происходит частичное отражение.
Часть звуковыхволн отражается обратно в сторону зонда, часть волн затухает, а остальные распространяются дальше, пока не достигнут следующей границыраздела и снова частично отразятся и т. д.3. Отраженные волны улавливаются приемником зонда и передаютсяв компьютер.4. Исходя из времени прихода каждого эхо-сигнала и известной скоростизвука в тканях (1500 м/с), компьютер вычисляет расстояние от зондадо соответствующей границы ткани или внутреннего органа.5. Вычисленные расстояния и интенсивности принятых отраженных сигналов выводятся на дисплее в виде двумерного изображения.В типичных ультразвуковых исследованиях ежесекундно генерируютсяи принимаются миллионы звуковых импульсов и эхо-сигналов.
Зонд можнодвигать вдоль поверхности тела и наклонять, получая изображения в различных проекциях. На рис. 1.20 приводятся несколько примеров таких изображений.48Глава 1. Введениеа бв гРис. 1.20.Примеры ультразвуковых изображений. (а) Ребенок. (б) Ребенокв другой проекции. (в) Щитовидная железа. (г) Мышечные слои с заметным повреждением.
(Изображения предоставила группа по ультразвуку компании Siemens Medical Systems, Inc.)Мы продолжим обсуждение других способов получения изображенийна примерах из электронной микроскопии. Электронный микроскоп действуетаналогично оптическому с той разницей, что вместо световых лучей для получения изображения исследуемого объекта применяется сфокусированный пучок электронов. Работа электронного микроскопа складывается из следующихосновных шагов. Источник испускает поток электронов, которые, благодаряприложенному положительному напряжению, движутся с ускорением в направлении исследуемого образца.
С помощью металлических щелевых диафрагми магнитных линз этот поток ограничивается и фокусируется, образуя тонкийпучок, сфокусированный на образце. Внутри облучаемого образца происходитвзаимодействие, оказывающее влияние на прохождение пучка электронов, эффект от которого обнаруживается и преобразуется в изображение аналогичнотому, как свет отражается или поглощается объектами наблюдаемой сцены.Перечисленные основные шаги имеют место во всех электронных микроскопахнезависимо от их типа.Принцип работы просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) во многом аналогичен проектору слайдов. Проектор направляет (передает) пучок светана слайд; при проходе этого пучка сквозь слайд свет модулируется содержимымслайда.
После этого пучок света проецируется на экран, формируя увеличенное изображение слайда. ПЭМ работает точно так же, за исключением того, чтосквозь образец, играющий роль слайда, направляется пучок электронов. Часть1.3. Примеры областей применения цифровой обработки изображений49пучка, прошедшая сквозь исследуемый образец, проецируется на экран из фосфоресцирующего материала. Взаимодействие электронов с этим материаломприводит к появлению света и, следовательно, видимого изображения.Сканирующий (растровый) электронный микроскоп (СЭМ или РЭМ) осуществляет действительное сканирование образца электронным пучком и запись отраженного результата взаимодействия электронного пучка с каждой точкойповерхности образца. Полное изображение формируется путем растрового сканирования образца электронным пучком аналогично телевизионной развертке.Отраженные электроны при попадании на фосфоресцирующий экран создаютна нем видимое изображение.
СЭМ лучше подходят для объемных образцов,тогда как для ПЭМ необходим очень тонкий образец.Электронные микроскопы способны дать очень большое увеличение.Если в оптической микроскопии кратность увеличения ограничена приблизительно 1000×, то в электронной микроскопии достигается увеличение 10000×и более. На рис.
1.21 показаны полученные с помощью СЭМ два изображенияобразцов с дефектами, возникшими вследствие температурных перегрузок.Завершим обсуждение различных способов формирования изображений,кратко рассмотрев изображения, полученные не от какого-то физического объекта или явления, а сгенерированные компьютером.
Примечательным примером изображений, синтезированных с помощью компьютеров, являютсяфракталы [Lu, 1997]. По существу, фракталы представляют собой не что иное,как повторяющееся воспроизведение некоторого исходного образа по определенным математическим правилам. Например, мозаика из квадратных элементов является одним из простейших способов генерации фрактальных изображений. Квадрат можно разделить на четыре квадратные подобласти, каждуюиз которых, в свою очередь, можно разбить снова на четыре еще более мелкихквадрата и так далее. В зависимости от сложности правил заполнения каждойа бРис.
1.21.(а) Изображение поврежденной при перегреве вольфрамовой нити накаливания, полученное на СЭМ при увеличении 250× (обратите внимание на осколки в левом нижнем углу). (б) СЭМ-изображение вышедшей из строя интегральной микросхемы при увеличении 2500×.Белые нити — это полосы окалины, возникшие при тепловом разрушении. (Изображения предоставили: (а) Майкл Шаффер, факультетгеологии университета шт.
Орегон, г. Юджин; (б) д-р Джон М. Хьюдек, университет Мак-Мастер, г. Гамильтон, шт. Онтарио, Канада)50Глава 1. Введениеа бв гРис. 1.22.(а, б) Фрактальные изображения. (в, г) Изображения, построенныепо трехмерным компьютерным моделям показанных объектов. (Изображения предоставили: (а, б) Мелисса Д. Байнд, Swarthmore College;(в, г) агентство NASA)квадратной подобласти, таким способом могут быть получены некоторые красивые мозаичные изображения. Разумеется, геометрия может быть произвольной.
Например, фрактальное изображение может вырастать из одной центральной точки — такой пример изображен на рис. 1.22(а). Рис. 1.22(б) демонстрируетдругое фрактальное изображение («лунный ландшафт»), являющееся интересной аналогией некоторых космических снимков, приведенных в качестве иллюстрации в предыдущих разделах.Фрактальные изображения, при всей их художественности, несут в себеэлементы математического описания процесса «выращивания» изображенияиз его более мелких элементов в соответствии с некоторыми правилами. Иногдаони находят применение в качестве случайных текстур. Более систематическийподход к генерации изображений с помощью компьютеров состоит в построении трехмерных моделей объектов.
Именно эта важная область, находящаясяна стыке обработки изображений и компьютерной графики, является основойдля построения множества систем трехмерной визуализации (например авиационных тренажеров). Рис. 1.22(в, г) демонстрируют примеры изображений,синтезированных с помощью компьютерных программ. Поскольку объектымоделировались как трехмерные, с помощью плоской проекции трехмерногообъема можно построить изображения этих объектов в любом ракурсе. Изображения подобного вида используются в медицинском образовании, а также как511.4. Основные стадии цифровой обработки изображенийоснова для решения других прикладных задач, например в криминалистике,судебной медицине или для создания спецэффектов.1.4. Îñíîâíûå ñòàäèè öèôðîâîé îáðàáîòêèèçîáðàæåíèéРезультатом этих процедур обычно являются изображенияГЛАВА 6ГЛАВА 7ГЛАВА 8ГЛАВА 9ОбработкацветныхизображенийВейвлеты икратномасштабная обработкаСжатиеизображенийМорфологическая обработкаизображенийГЛАВА 10ГЛАВА 5ВосстановлениеизображенийСегментацияизображенийГЛАВА 11ГЛАВЫ 3 и 4Фильтрацияи улучшениеизображенийПроблемнаяобластьБаза знанийПредставлениеи описаниеГЛАВА 2ГЛАВА 12РегистрацияизображенияРаспознаваниеобъектовРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
