Digital image processing-01

What is Digital image processing?

定義影像(Image)為一個二維函數f(x, y)， x, y 是空間(平面)座標，而f(x, y)通常稱為影像在(x,y)該點的強度(intensity)，或是在灰階影像上，稱之為灰階值(gray level)

一個數位影像函數f(x,y)表示式如下

f(x,y) = [  f(0,0)      f(0,1)   ... f(0, N-1)
            f(1,0)      f(1,1)   ... f(1, N-1)
            .           .        .   .
            .           .         .  .
            f(M-1,0)    f(M-1,1) ... f(M-1, N-1)
         ]

下圖為示意圖

註：X 代表Column(行)； Y 代表Row(列)

上述陣列中每個元素(E.g: f(0,0))，稱為影像元素(Image element)，圖像元素(Picture element)，像素(Pixel)或是像素點(Pel)

註：像素(Pixel)使用最廣泛

當f,x,y的值都是有限值就可以稱為Digital image

所謂的Digital image processing 就是借助於電腦來處理數位影像(Digital image)

Image analysis

影像分析(Image analysis)領域介於影像處理與電腦視覺

lower-level process：影像預處理，例如：reduce noise(降低躁度)、contrast enhancement(強化對比)、image sharpening(影像銳化)，特徵是input 及 output都是image
mid-level process：涉及Segmentation(分割)，簡化描述以提供computer做處理，特徵是input是image，但是output是使用者感興趣的屬性(E.g: edge, contours)
high-level process：如影像分析中的識別物體，通常會執行人類視覺的相關功能

電磁波譜(EM spectrum)

上圖是一個電磁波譜

一個物體的電磁波譜是指這個物體所發射或吸收的電磁輻射(電磁波)的特徵頻率分佈

電磁波譜頻率從低到高分別為：無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X-Ray、Gamma-Ray

註：人眼可看見的波長約在400~700奈米之間的電磁輻射，稱為可見光

可以看到頻率與波長成反比，波長越長，頻率越低；反之，波長越短，頻率越高。

電磁波的能量與頻率成正比，即頻率越高，波長越低，能量越高，例如：X-Ray、Gamma-Ray，所以我們並不會經常照X-Ray

使用案例

Gamma-Ray：nuclear medicine(核醫學)，astronomical observations(天文觀測)，可以看到越細微
X-Ray：輻射較Gamma-Ray少，可用於醫學影像，使用率最多
Ultraviolet(紫外線)：fluorescence microscopy(螢光顯微鏡)，檢測鈔票，凝固物品
Visible(可見光)：車牌辨識，最大的應用在遙測影像，對於影像辨識來說，頻譜很重要
Microwave(微波)：Radar(雷達)
Radio band(無線電波)：醫學(MRI)，天文影像

註：波長越短，看到越細微；反之，波長越長，傳的越遠

影像分類

medical image(醫學影像)，例如：Computerized tomography(電腦斷層掃描)
remote earth resources observation(遙測影像)
astronomy (天文學)

參考資料：

Coding Diary