Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В 1929 г. эти возможности были увеличены до 15градаций. На рис. 1.3 приведено типичное изображение, которое могло быть получено с помощью оборудования, использующего 15 градаций яркости. За этотпериод были внедрены системы, в которых фотопластинка экспонироваласьс помощью световых лучей, модулируемых закодированной на перфоленте информацией, что позволило значительно улучшить процесс репродукции.Хотя в вышеприведенных примерах фигурируют цифровые изображения,их нельзя рассматривать как результат цифровой обработки изображенийв контексте нашего определения, коль скоро при их получении не использовались компьютеры.
Таким образом, история цифровой обработки изображенийтесно связана с развитием цифровой вычислительной техники. В самом деле,для цифровых изображений требуется такая большая память и вычислительнаямощность, что прогресс в области цифровой обработки изображений в значительной степени определяется развитием компьютеров и вспомогательных технологий для хранения, отображения и передачи данных.Идея компьютера восходит к абаку, изобретенному на полуострове МалаяАзия более 5000 лет назад. Ближе к нашим дням, в последние два столетия делались продвижения, заложившие основу для появления компьютеров. Однакопринципы того, что мы называем современным цифровым компьютером, былиРис. 1.2.
Цифровое изображение, полученное в 1922 г. с использованием перфоленты после прохождения сигнала через Атлантику дважды [McFarlane]3Список литературы в конце книги расположен в алфавитном порядке по фамилии первого автора.26Глава 1. ВведениеРис. 1.3. Неретушированная фотография генералов Першинга и Фоша, переданная в 1929 г. по кабелю из Лондона в Нью-Йорк с помощью 15-градационного оборудования [McFarlane]заложены всего лишь в 1940-х годах, когда Джон фон Нейман ввел в рассмотрение два ключевых понятия: (1) равноправное хранение в памяти и данных, и программ и (2) условный переход в программе. Эти две идеи заложены в фундаментцентрального процессора, который является сердцем современных компьютеров.
Вслед за фон Нейманом был целый ряд ключевых продвижений, которыепривели к появлению компьютеров, достаточно мощных для использованияпри цифровой обработке изображений. Кратко перечислим эти достижения:(1) изобретение транзистора в компании Bell Laboratories в 1948 г.; (2) изобретение в 1950-х и 1960-х гг. языков программирования высокого уровня КОБОЛ(COBOL, Common Business-Oriented Language — общий язык программирования, ориентированный на бизнес) и ФОРТРАН (FORTRAN, Formula Translator — «транслятор формул»); (3) изобретение интегральной микросхемы компанией Texas Instruments в 1958 г.; (4) разработка операционных систем в начале1960-х гг.; (5) выход на рынок персонального компьютера IBM в 1981 г.
и (7) последовательная миниатюризация электронных компонентов, начиная с появления больших интегральных схем (БИС) в конце 1970-х гг., затем сверхбольшихинтегральных схем (СБИС) в 1980-х гг., вплоть до сегодняшних ультрабольшихинтегральных схем (УБИС). Одновременно с перечисленными продвижениямишло развитие в области запоминающих устройств и систем отображения, наличие которых необходимо для цифровой обработки изображений.Первые компьютеры с мощностью, достаточной для выполнения осмысленных задач цифровой обработки изображений, появились в начале 1960-х гг.Рождение того, что мы сегодня называем цифровой обработкой изображений,прослеживается с момента возникновения таких машин и появления программ изучения космоса.
Параллельный прогресс в этих двух областях привелв действие мощный потенциал идей цифровой обработки изображений. Работы по использованию вычислительной техники для улучшения визуального качества изображений, получаемых с помощью беспилотных космическихаппаратов, были развернуты в Лаборатории реактивного движения в Пасадене,шт.
Калифорния, в 1964 г., когда переданные космическим аппаратом «Рейн-1.2. Истоки цифровой обработки изображений27Рис. 1.4. Изображение лунной поверхности, переданное космическим аппаратом «Рейнджер-7» 31 июля 1964 г. (Снимок предоставлен агентствомNASA)жер-7» изображения лунной поверхности были подвергнуты компьютерной обработке для исправления различных искажений, обусловленных конструкциейбортовой телевизионной камеры.
На рис. 1.4 приведено изображение Луны, полученное «Рейнджером-7» 31 июля 1964 г. в 9 час. 9 мин. восточно-американскоговремени (EDT), приблизительно за 17 мин. до его удара о лунную поверхность(на фотографии видны метки так называемой ризо-маркировки, применяемойдля коррекции геометрических искажений; эта техника обсуждается подробнее в главе 2). Это было первое изображение Луны, полученное американскимкосмическим аппаратом4. Опыт, накопленный при обработке первых космических изображений, послужил основой для разработки усовершенствованных методов восстановления и улучшения изображений.
Эти методы позжеприменялись при обработке изображений, полученных в ходе полетов к Лунекосмических аппаратов «Сервейер», полетов аппаратов «Маринер» по пролетной траектории вблизи Марса, пилотируемых полетов космических кораблей«Аполлон» на Луну и т. д.Параллельно с космическими исследованиями в конце 1960-х — начале1970-х гг. методы цифровой обработки изображений начали применяться в медицине, дистанционном исследовании земных ресурсов, астрономии.
В начале1970-х гг. была изобретена рентгеновская вычислительная томография, кратко называемая также компьютерной томографией (КТ), что стало важнейшимсобытием в области применения обработки изображений для медицинскойдиагностики. При компьютерной томографии набор детекторов излученияи рентгеновский источник располагаются на кольце, внутрь которого помещается исследуемый объект (т. е. пациент), и кольцо вращается вокруг объекта.Проходящее через объект рентгеновское излучение улавливается детекторами,4Напомним, что первые космические снимки лунной поверхности (в том числеобратной стороны Луны) были сделаны советской автоматической межпланетной станцией «Луна 3» в 1959 г. — Прим.
перев.28Глава 1. Введениенаходящимися на противоположной стороне кольца; этот процесс повторяется по мере вращения источника. Томография состоит из алгоритмов, которые на основе использования данных от детекторов строят изображения «сечения» объекта в плоскости кольца. При движении объекта вдоль оси кольцасоздается набор таких сечений, которые в совокупности образуют трехмерноепредставление внутреннего строения объекта. Томографию независимо другот друга предложили сэр Годфри Н. Хаунсфилд и проф.
Ален М. Кормак, которые в 1979 г. были удостоены за это изобретение Нобелевской премии по медицине. Интересно отметить, что рентгеновские лучи были открыты в 1895 г.Вильгельмом Конрадом Рентгеном, получившим за это Нобелевскую премиюпо физике в 1901 г. Эти два открытия, которые разделяет почти 100 лет, привелик одному из наиболее важных сегодняшних применений цифровой обработкиизображений.С 1960-х гг. до настоящего времени область применения обработки изображений значительно расширилась.
Помимо медицинских и космических приложений, методы цифровой обработки изображений сегодня используютсяв широком круге областей. Компьютеризированные процедуры применяютсядля облегчения восприятия рентгеновских и иных изображений в промышленности, медицине и биологии путем повышения контраста или цветовогокодирования различных уровней интенсивности (представления изображений в псевдоцветах). Аналогичные методы применяются в географии для изучения картины загрязнений окружающей среды по данным аэрофотосъемкии космическим снимкам. Методы улучшения и восстановления изображенийприменяются при обработке некачественных изображений утраченных объектов или трудновоспроизводимых экспериментальных результатов.
Например,в археологии с помощью методов цифровой обработки изображений удалосьпо имеющимся нечетким фотографиям успешно восстановить первоначальный вид раритетов, которые со времени съемки были утрачены или повреждены. В физике и смежных областях компьютерная обработка является обычнымспособом улучшения качества изображений, получаемых в ходе экспериментов,как, например, в электронной микроскопии или физике высокотемпературнойплазмы. Аналогичные примеры успешного применения технологий обработкиизображений можно найти в астрономии, биологии, медицинской радиологии,промышленности, в оборонной и правоохранительной сфере.Приведенные примеры относились к случаям, когда результаты обработкипредназначены для восприятия человеком.
Другая крупная область применения методов обработки изображений, упоминавшаяся в начале этой главы, —это решение задач, связанных с машинным восприятием изображений. В этомслучае интерес вызывают процедуры, извлекающие из изображения некоторуюинформацию и представляющие ее в форме, подходящей для компьютерной обработки. Часто эта информация весьма мало похожа на визуальные признаки,используемые людьми при интерпретации содержимого изображения. Примерами информации такого рода, часто применяемой при машинном восприятииизображений, могут быть статистические моменты, коэффициенты преобразования Фурье, значения многомерного расстояния и т.
д. Типичными задачамимашинного восприятия, в которых интенсивно используются методы обработки изображений, являются автоматическое распознавание символов, системы1.3. Примеры областей применения цифровой обработки изображений29машинного зрения для автоматизации сборки и контроля продукции, задачиопознавания «свой—чужой» для военных объектов, автоматическая обработкаотпечатков пальцев, проверка анализов крови и результатов рентгеновских исследований, компьютерная обработка аэрофотоснимков и спутниковых изображений с целью прогнозирования погоды и экологического мониторинга.Продолжающееся уменьшение соотношения цена/производительность современных компьютеров, рост пропускной способности сетей телекоммуникацийи развитие Интернета создали беспрецедентные возможности для дальнейшегорасширения сферы цифровой обработки изображений. Некоторые из прикладных областей рассматриваются в следующем разделе.1.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
