Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 13
Текст из файла (страница 13)
1.24. Компоненты универсальной системы обработки изображенийХотя для массовой обработки изображений большого размера (напримерспутниковых) еще производятся крупные системы цифровой обработки, общая тенденция направлена в сторону миниатюризации и оснащения обычныхмалых компьютеров специализированным оборудованием для решения задач обработки изображений. На рис. 1.24 изображены основные компоненты,из которых состоит типичная универсальная система цифровой обработки изображений, а ниже обсуждаются функции каждого из ее компонентов начинаяс системы регистрации.Что касается регистрации, то для получения цифровых изображений в общем случае необходимы два элемента.
Первый из них — это чувствительныйэлемент (сенсор), т. е. физическое устройство, обладающее чувствительностьюк тому виду излучаемой объектом энергии, который мы хотим отобразить.Второй элемент, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), представляет собойустройство, преобразующее аналоговый выходной сигнал чувствительного элемента в цифровую форму5. Например, в цифровой видеокамере элементы светочувствительной матрицы вырабатывают электрический сигнал, пропорцио5Здесь необходимо отметить, что для преобразования непрерывного сигналав цифровую форму необходимы два, вообще говоря, независимых процесса: дискретизация, т.
е. пространственное разложение непрерывного сигнала на некоторое число отсчетов, и квантование — перевод непрерывного значения сигнала каждого из отсчетовв конечный диапазон значений. — Прим. ред. перев.56Глава 1. Введениенальный силе света. Цифровой преобразователь трансформирует эти сигналыв цифровые данные. Более подробно эта тема рассматривается в главе 2.Специализированные устройства для обработки изображений обычно включают вышеупомянутый цифровой преобразователь, а также оборудование,с помощью которого выполняются другие элементарные операции, как например, арифметико-логическое устройство (АЛУ), которое позволяет выполнятьарифметические и логические операции параллельно для всего изображения.Один из вариантов использования АЛУ — локальное усреднение изображений одновременно с оцифровкой — может быть полезен для снижения уровняшума.
Оборудование такого типа иногда называют подсистемой предобработки(или препроцессором); ее отличительной характеристикой является высокая скорость работы. Иначе говоря, этот блок выполняет функции обработки данных,требующие высокой производительности (например оцифровка и усреднениевидеоизображений со скоростью 25 кадров в секунду), с чем не справляется типичный управляющий компьютер системы.Под компьютером в системе обработки изображений подразумевается универсальная ЭВМ в диапазоне от обычного персонального компьютера (ПК)до суперкомпьютера.
В специализированных приложениях для достижениятребуемой производительности иногда используются компьютеры специальной конструкции, однако мы рассматриваем здесь именно универсальную систему обработки изображений. В таких системах практически любой хорошооснащенный ПК пригоден для решения задач обработки изображений, не требующих работы в реальном масштабе времени.Программное обеспечение для обработки изображений состоит из специализированных модулей, выполняющих конкретные операции. В развитых пакетах программ имеются также средства, позволяющие пользователю самостоятельно разрабатывать программы, которые как минимум запускают в работуспециализированные модули системы.
Более сложные программные пакетыпозволяют сочетать вызов этих модулей с обычными операторами какого-либоиз универсальных языков программирования.Наличие массовой памяти большого объема обязательно для практическихзадач обработки изображений. Для хранения изображения размером 1024×1024пикселя, в котором яркость каждого пикселя представляется 8-битовой величиной, необходим один мегабайт памяти, если не используются средства сжатия изображений. При работе с тысячами или даже миллионами изображенийналичие достаточной внешней памяти в системе обработки изображений можетоказаться проблематичным. Цифровые запоминающие устройства для задач обработки изображений делятся на три основные категории: (1) временная памятьдля краткосрочного использования в ходе обработки, (2) внешняя память, обладающая относительно коротким временем обращения, и (3) архивная память,для которой характерны редкие обращения.
Емкость запоминающих устройствизмеряется в байтах (8 бит), килобайтах (тысяча байтов), мегабайтах (миллионбайтов), гигабайтах (миллиард байтов) и терабайтах (триллион байтов)6.6Зачастую при выражении емкости памяти в байтах коэффициент увеличенияпри переходе в каждый следующий класс принимается равным 210 = 1024, а не 103 = 1000,что, впрочем, здесь несущественно. — Прим. перев.1.5. Компоненты системы обработки изображений57Одним из вариантов реализации временной памяти может быть оперативная память компьютера. Другой вариант состоит в использовании специальныхплат, называемых буферами кадров, которые хранят одно или более изображений, обеспечивая высокую скорость чтения/записи, обычно соответствующуючастоте кадров видеосигнала (например 25 кадр/с). Этот способ позволяетпрактически мгновенно выполнять увеличение изображения либо сдвигать егов вертикальном (прокрутка) или горизонтальном (панорамирование) направлениях.
Буферы кадров обычно расположены в показанном на рисунке блоке«Специализированные устройства обработки изображений». Внешняя память,как правило, представлена накопителями на магнитных или оптических дисках и характеризуется частыми обращениями к хранящейся информации; т. е.важнейшим для нее является фактор быстродействия.
Напротив, обращениек архивной памяти за информацией происходит редко, но требуется очень большая емкость памяти. В запоминающих устройствах, используемых в качествеархивной памяти, в качестве носителей информации обычно применяютсямагнитные ленты и оптические диски внутри многодисковых хранилищ с автоматической установкой и сменой дисков (jukebox).Графические дисплеи, используемые в настоящее время, в основном оснащаются электронно-лучевыми трубками по типу телевизионных, предпочтительно с плоским экраном. Сигнал на монитор подается с платы отображения(видеоадаптера), входящей в состав компьютера.
В редких случаях к системеотображения предъявляются такие требования, которым не отвечают встроенные видеоадаптеры современных компьютеров. Иногда необходим стереоскопический режим отображения; это может достигаться с помощью закрепляемой на голове гарнитуры с двумя малогабаритными дисплеями, встроеннымив оправу, похожую на защитные очки, в которые и смотрит пользователь.К числу устройств получения твердых копий относятся лазерные и струйные принтеры, устройства термопечати, пленочные фотокамеры и цифровыеустройства, например оптические диски7.
Максимальное разрешение достигается при выводе на пленку, однако для письменных и печатных материаловболее естественным носителем является бумага. Для показа в ходе презентаций изображения выводятся на прозрачную пленку или цифровой носитель(если используется подключаемый к компьютеру проектор). Последний вариант постепенно становится общепринятым стандартом презентации изображений.Соединение с телекоммуникационной сетью уже стало почти подразумеваемой функцией в любой сегодняшней компьютерной системе.
Учитывая большиеобъемы данных, связанные с задачами обработки изображений, важнейшимфактором для передачи изображений является пропускная способность сети.В локальных сетях и на выделенных каналах телекоммуникации трудностейобычно не возникает, однако обмен информацией с удаленными пунктами через Интернет далеко не всегда оказывается столь же эффективным. К счастью,в результате развития оптоволоконных сетей и других технологий широкополосной связи положение в этой сфере быстро исправляется.7Оптические диски, вообще говоря, относятся к устройствам хранения информации. — Прим. перев.58Глава 1. ВведениеÇàêëþ÷åíèåГлавной целью материала этой главы было показать в исторической перспективе истоки возникновения цифровой обработки изображений и, что более важно, нынешние и будущие возможности применения этой технологии. Хотя этивопросы невозможно исчерпывающе рассмотреть в пределах одной главы, у читателя должно остаться ясное ощущение широты области практических применений цифровой обработки изображений.
Поскольку последующие главыкниги посвящены теории и приложениям обработки изображений, мы привелибольшое число примеров, чтобы более четко представлять перспективы и пользу от применения таких методов. Закончив изучение последней главы книги,читатель должен прийти к такому уровню понимания предмета, который является фундаментом для большинства работ, ныне проводимых в этой области.Ññûëêè è ëèòåðàòóðà äëÿ äàëüíåéøåãî èçó÷åíèÿВ конце последующих глав даются относящиеся к конкретным темам каждойиз этих глав ссылки на общий список литературы, приведенный в конце книги.Однако в этой главе использована другая форма, чтобы собрать в одном местевсю совокупность научных журналов, публикующих материалы по обработке изображений и смежным вопросам.
Приводится также список книг, по которым читатель легко может представить себе историческую и современнуюперспективу деятельности в этой области. Таким образом, приводимый в этойглаве список литературных источников следует рассматривать как доступныйпутеводитель по изданной литературе в области обработки изображений.К числу наиболее важных реферируемых журналов, публикующих статьипо обработке изображений и смежным вопросам, относятся: IEEE Transactionson Image Processing; IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence;Computer Vision, Graphics, and Image Processing (до 1991 г.); Computer Vision and ImageUnderstanding; IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics; Artificial Intelligence;Pattern Recognition; Pattern Recognition Letters; Journal of the Optical Society of America(до 1984 г.); Journal of the Optical Society of America — A: Optics, Image Science and Vision; Optical Engineering; Applied Optics — Information Processing; IEEE Transactions onMedical Imaging; Journal of Electronic Imaging; IEEE Transactions on Information Theory;IEEE Transactions on Communications; IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing; Proceedings of the IEEE; а также выпуски журнала IEEE Transactionson Computers до 1980 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
