Introducción al procesamiento de imágenes digitales

Introducción

El procesamiento de señales es una disciplina en ingeniería eléctrica y matemáticas que se ocupa del análisis y procesamiento de señales analógicas y digitales, y se ocupa del almacenamiento, filtrado y otras operaciones de señales. Estas señales incluyen señales de transmisión, señales de sonido o de voz, señales de imagen y otras señales, etc.

De todas estas señales, el campo que se ocupa del tipo de señales para las que la entrada es una imagen y la salida también es una imagen se realiza en el procesamiento de imágenes. Como su nombre indica, se ocupa del procesamiento de imágenes.

Se puede dividir en procesamiento de imágenes analógicas y procesamiento de imágenes digitales.

Procesamiento de imágenes analógicas

El procesamiento de imágenes analógicas se realiza en señales analógicas. Incluye procesamiento en señales analógicas bidimensionales. En este tipo de procesamiento, las imágenes se manipulan por medios eléctricos variando la señal eléctrica. El ejemplo más común es la imagen de televisión.

El procesamiento de imágenes digitales ha dominado el procesamiento de imágenes analógicas con el paso del tiempo debido a su gama más amplia de aplicaciones.

Procesando imagen digital

El procesamiento de imágenes digitales se ocupa del desarrollo de un sistema digital que realiza operaciones sobre una imagen digital.

¿Qué es una imagen?

Una imagen no es más que una señal bidimensional. Está definido por la función matemática f (x, y) donde xey son las dos coordenadas horizontal y verticalmente.

El valor de f (x, y) en cualquier punto es el valor de píxel en ese punto de una imagen.

La figura anterior es un ejemplo de imagen digital que ahora está viendo en la pantalla de su computadora. Pero en realidad, esta imagen no es más que una matriz bidimensional de números que oscilan entre 0 y 255.

Cada número representa el valor de la función f (x, y) en cualquier punto. En este caso, el valor 128, 230, 123 representa cada uno un valor de píxel individual. Las dimensiones de la imagen son en realidad las dimensiones de esta matriz bidimensional.

Relación entre una imagen digital y una señal

Si la imagen es una matriz bidimensional, ¿qué tiene que ver con una señal? Para entender eso, primero tenemos que entender qué es una señal.

Señal

En el mundo físico, cualquier cantidad medible a través del tiempo en el espacio o cualquier dimensión superior puede tomarse como una señal. Una señal es una función matemática y transmite cierta información.

Una señal puede ser unidimensional o bidimensional o una señal de mayor dimensión. La señal unidimensional es una señal que se mide en el tiempo. El ejemplo común es una señal de voz.

Las señales bidimensionales son las que se miden sobre algunas otras cantidades físicas. El ejemplo de señal bidimensional es una imagen digital. Veremos con más detalle en el próximo tutorial cómo se forman e interpretan las señales unidimensionales o bidimensionales y las señales superiores.

Relación

Dado que cualquier cosa que transmita información o difunda un mensaje en el mundo físico entre dos observadores es una señal. Eso incluye el habla o (voz humana) o una imagen como señal. Desde que hablamos, nuestra voz se convierte en una onda / señal de sonido y se transforma con respecto al tiempo a la persona con la que estamos hablando. No solo esto, sino también la forma en que funciona una cámara digital, ya que al adquirir una imagen de una cámara digital se requiere transferir una señal de una parte del sistema a la otra.

Cómo se forma una imagen digital

Dado que capturar una imagen de una cámara es un proceso físico. La luz solar se utiliza como fuente de energía. Se utiliza una matriz de sensores para la adquisición de la imagen. Entonces, cuando la luz del sol cae sobre el objeto, los sensores detectan la cantidad de luz reflejada por ese objeto y la cantidad de datos detectados genera una señal de voltaje continuo. Para crear una imagen digital, necesitamos convertir estos datos en una forma digital. Esto implica muestreo y cuantificación. (Se comentan más adelante). El resultado del muestreo y la cuantificación da como resultado una matriz bidimensional o matriz de números que no son más que una imagen digital.

Campos superpuestos

Visión artificial / por computadora

La visión artificial o por computadora se ocupa del desarrollo de un sistema en el que la entrada es una imagen y la salida es cierta información. Por ejemplo: Desarrollar un sistema que escanee el rostro humano y abra cualquier tipo de candado. Este sistema se vería así.

Gráficos de computadora

Los gráficos por computadora se ocupan de la formación de imágenes a partir de modelos de objetos, en lugar de que la imagen sea capturada por algún dispositivo. Por ejemplo: renderizado de objetos. Generando una imagen a partir de un modelo de objetos. Un sistema así se vería así.

Inteligencia artificial

La inteligencia artificial es más o menos el estudio de poner la inteligencia humana en máquinas. La inteligencia artificial tiene muchas aplicaciones en el procesamiento de imágenes. Por ejemplo: desarrollar sistemas de diagnóstico asistidos por computadora que ayuden a los médicos a interpretar imágenes de rayos X, resonancias magnéticas, etc. y luego resaltar la sección visible para ser examinada por el médico.

Procesamiento de la señal

El procesamiento de señales es un paraguas y el procesamiento de imágenes se encuentra debajo de él. La cantidad de luz reflejada por un objeto en el mundo físico (mundo 3d) pasa a través de la lente de la cámara y se convierte en una señal 2d y, por lo tanto, da como resultado la formación de imágenes. Luego, esta imagen se digitaliza utilizando métodos de procesamiento de señales y luego esta imagen digital se manipula en el procesamiento de imágenes digitales.