Введение

Многие отрасли техники, имеющие отношение к получению, обработке, хранению и передаче информации, в значительной степени ориентируются в настоящее время на развитие систем, в которых информация имеет характер изображений. Изображение, которое можно рассматривать как двумерный сигнал, является значительно более емким носителем информации, чем обычный одномерный (временной) сигнал. Вместе с тем, решение научных и инженерных задач при работе с визуальными данными требует особых усилий, опирающихся на знание специфических методов, поскольку традиционная идеология одномерных сигналов и систем мало пригодна в этих случаях. В связи с этим, в вузовских программах появляются дисциплины, направленные на изучение принципов обработки изображений, причем, приоритетное внимание уделяется цифровым методам, привлекательным своей гибкостью.

Под компьютерной обработкой изображений подразумевается обработка цифровых изображений с помощью цифровых вычислительных машин (компьютеров). Отметим, что циф­ровое изображение состоит из конечного числа элементов, каждый из которых расположен в конкретном месте и имеет определенное значение. Эти элементы принято называть элементами изображения или пикселами [1-3, 5].

В данном пособии рассматриваются компьютерные методы обработки изображений с помощью MATLAB, который является языком высокого уровня для выполнения технических и на­учных вычислений. В нем интегрированы вычисления, визуализация и програм­мирование в удобной пользовательской среде, в которой задачи и их решения вы­ражаются с помощью привычных математических обозначений. MATLAB представляет собой интерактивную систему, в которой базовым эле­ментом выступает массив элементов, который не требует задания фиксированной размерности. Это позволяет легко формулировать условия и решения многих вы­числительных задач, которым требуется матричное представление объектов. При этом необходимая работа занимает лишь малую долю времени, которое потребова­лось бы для написания аналогичных программ на скалярном и неинтерактивном языке типа С или Fortran.

Напомним, что название MATLAB происходит от английского словосочетания MATrix LABoratory. Система MATLAB была написана для облегчения доступа к матричным программным продуктам, разработанным в рамках проектов LINPACK (Linear System Package) и EISPACK (Eigen System Package). В настоящее время яд­ро MATLAB встроено в библиотеки LAPACK (Linear Algebra Package) и BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms), которые включают самое современное про­граммное обеспечение для матричных вычислений. Система MATLAB имеет расши­рения в виде наборов специализированных программ, которые по-английски на­зываются toolbox (набор инструментов). Пакет Image Processing Toolbox (IPT) состоит из функций MATLAB (они называются М-функции или М-файлы), ко­торые расширяют возможности стандартной среды MATLAB для решения задач цифровой обработки изображений. Приложение поддерживает различные операции обработки изображений, включая

• пространственные преобразования изображений [1-6],

• морфологические операции [1-6],

• скользящую и блочную обработку [1-6, 11],

• линейную фильтрацию различными фильтрами [1-6, 10],

• анализ и улучшение изображений [1-3, 11],

• восстановление изображений [1-3, 14, 15, 17],

• удаление размытостей [1-3],

• обработку области интереса [1-3,19].

Другие наборы toolbox, которые иногда ис­пользуются в IPT, — это Signal Processing Toolbox (пакет обработки сигналов), Neural Network Toolbox (пакет для нейронной сети), Fuzzy Logic Toolbox (пакет с нечеткой логикой) и Wavelet Toolbox (пакет для работы с вейвлетами).

Следует отметить, что ограниченный объем пособия не позволил охватить многие важные аспекты проблемы компьютерной обработки изображений.