第9章新型檢測技術(shù)與儀表(編輯修改稿)
2025-04-01 01:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 F(x,y,t)代表實際成像系統(tǒng)中的像場。另外，在許多成像系統(tǒng)中，圖像是不隨時間改變的，因而時變量可以從圖像函數(shù)中略去。那么圖像函數(shù)可以表示為 F(x,y) ，本節(jié)也以這樣的函數(shù)作為主要研究對象。 劉玉長 (二 )數(shù)字圖像 數(shù)字圖像處理以連續(xù)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像陣列為基礎(chǔ)的。通過圖像的抽樣和量化，可以完成模擬圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換。 在設(shè)計和分析圖像抽樣系統(tǒng)和重建系統(tǒng)時，一般認為圖像是確定的，然而在某些情況下，將圖像處理系統(tǒng)的輸入，特別是噪聲的輸入，看成是二維隨機過程的樣本更有益。 劉玉長 確定性情況下的圖像抽樣 令 F I (x, y)代表一理想的無限大連續(xù)像場，在理想的抽樣系統(tǒng)中，理想圖像的空間樣本實際上是用空間抽樣函數(shù) S(x, y)與理想圖像相乘的結(jié)果。其中 ? ??????????????1 2),(),( 21j jyjyxjxyxS ?是由脈沖函數(shù) δ的無限陣列組成的。因而抽樣后的圖像可以表示為 12PII 1 2 1 2( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )jjF x y F x y S x yF j x j y x j x y j y???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? 劉玉長 在實際系統(tǒng)中為了避免頻譜混疊現(xiàn)象，所作的圖像抽樣必須滿足采樣定理。就是抽樣周期必須等于或小于圖像中最小細節(jié)周期的一半，用公式表示為 ,22ysxsx c y c??????或等效于 ,x c y cxy????? ? ? ?式中 ω xc和 ω yc是圖像的截止頻率； ωxs和 ωys為抽樣頻率。 劉玉長 如果上式中等號成立，則稱圖像是以奈奎斯特 (Nyquist)速率抽樣的。如果 Δx， Δy小于奈奎斯特準則的要求，則稱圖像是過抽樣的；反之，稱圖像是欠抽樣的。 如果對原圖像抽樣的空間速率足以避免抽樣圖像的頻譜交疊，那么采用適當?shù)臑V波器對樣本進行空間濾波，便可以精確地重建原圖像。 劉玉長 隨機性情況下的圖像抽樣 與確定性情況類似，在確定性圖像下對圖像直接采用二維傅立葉變換來進行分析，而在隨機性情況下，不能對圖像直接采用傅立葉分析，必須對其相關(guān)函數(shù)進行分析。 令 F I(x,y)表示一種連續(xù)的二維平穩(wěn)隨機過程，并且已知平均值 η FI和自相關(guān)函數(shù) I*F I 1 1 I 2 2( , ) { ( , ) ( , ) }xyR E F x y F x y?? ?式中 1 2 1 2,xyx x y y??? ? ? ? 。 劉玉長 用脈沖函數(shù)陣列對這一圖像進行抽樣，得： 12P I I 1 2( , ) ( , ) ( , ) ( , ) ( , )jjF x y F x y S x y F x y x j x y j y???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???其自相關(guān)函數(shù)為 P*F 1 2 1 2 P 1 1 P 2 2*I 1 1 I 2 2 1 1 2 2( , 。 , ) { ( , ) ( , ) }{ ( , ) ( , ) } ( , ) ( , )R x x y y E F x y F x y E F x y F x y S x y S x y??式中 1 1 2 2 1 2 1 2( , ) ( , ) ( , ) ( , )xyS x y S x y S x x y y S ??? ? ? ? 。 劉玉長 所以抽樣圖像的自相關(guān)函數(shù)為 PIFF( , ) ( , ) ( , )x y x y x yR R S? ? ? ? ? ?? 對上式采用二維傅立葉變換可以得到抽樣隨機圖像的功率譜，并且設(shè)定理想像場的功率譜是帶寬限定的，即 (ωxc,ωyc )是圖像的截止頻率；并且選擇空間抽樣周期 : π π,x c y cxy??? ? ? ? 那么頻譜就不會交疊。采用合適的內(nèi)插函數(shù)就可以使重建像場和理想像場在均方意義上等效。 劉玉長 三、圖像處理技術(shù) 圖像處理主要指數(shù)字圖像處理，又稱為計算機圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機技術(shù)對其進行處理的過程。 數(shù)字圖像處理主要研究的內(nèi)容有以下幾個方面： 圖像變換、圖像編碼壓縮、圖像增強和復原、圖像分割、圖像描述和圖像識別 等。 劉玉長 ?圖像變換 就是將信號變換到其它域 (多為頻率域 )進行分析。這種變換一般是線性變換，其基本線性運算式嚴格可逆，并且滿足一定的正交條件。 ?圖像編碼壓縮 圖像數(shù)字化的關(guān)鍵就是編碼。圖像壓縮的目的可以節(jié)省圖像存儲空間，也可以減少傳輸信道容量，還可以縮短圖像處理時間，它與圖像編碼密切相關(guān)。圖像編碼主要是研究壓縮數(shù)碼率，即高效編碼問題。 劉玉長 ?圖像增強 是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時，消弱或去除某些不需要的信息處理方法。其主要目的是使處理后的圖像對某種特定的應(yīng)用來說，比原始圖像更適用。 ?圖像復原 的主要目的是改善給定的圖像質(zhì)量，對給定的一幅退化了的或者受到噪聲污染了的圖像，利用退化現(xiàn)象的某種先驗知識來重建或恢復原有圖像。 劉玉長 ?圖像分割 是按照一定的規(guī)則將一幅圖像或景物分成若干部分或子集的過程。 目的是將一幅圖像中的各成分分離成若干與景物中的實際物體相對應(yīng)的子集?；靖拍钍菍D像中有意義的特征或者需要應(yīng)用的特征提取出來。 ?從分割依據(jù)的角度出發(fā)，圖像分割大致可分為相似性分割和非連續(xù)性分割。從圖像分割算法來分，可分為閾值法、界線探測法、匹配法等。 劉玉長 ?圖像描述 就是用一組數(shù)量或符號來表征圖像中被描述物體的某些特征，可以是對圖像中各組成部分的性質(zhì)的描述，也可以是各部分彼此間的關(guān)系的描述。 ?圖像識別 圖像經(jīng)過增強、復原等預處理后，再經(jīng)過分割和描述提取圖像特征，加以判決分類，這種分類可以認為是圖像的識別，它屬于模式識別的范疇。一個圖像識別系統(tǒng)一般包括圖像信息獲取、圖像加工處理和提取特征、圖像分類和識別三個主要部分。 劉玉長 第三節(jié) 軟測量技術(shù) 一、 軟測量技術(shù)概述 軟測量 (Soft Sensing)技術(shù)的基本原理為：利用較易測量的輔助變量 (或稱為二次變量，Secondary Variable)，依據(jù)這些輔助變量與難
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