Dip-image-processing-introduction
デジタル画像処理の概要
前書き
信号処理は、アナログおよびデジタル信号の分析と処理を扱う電気工学と数学の分野であり、信号の保存、フィルタリング、およびその他の操作を扱います。 これらの信号には、伝送信号、音声または音声信号、画像信号、その他の信号などが含まれます。
これらすべての信号のうち、入力が画像であり、出力も画像である信号のタイプを扱うフィールドは、画像処理で行われます。 名前が示すように、画像の処理を扱います。
さらに、アナログ画像処理とデジタル画像処理に分けることができます。
アナログ画像処理
アナログ画像処理はアナログ信号で行われます。 これには、2次元アナログ信号の処理が含まれます。 このタイプの処理では、電気信号を変えることにより、電気的手段によって画像が操作されます。 一般的な例には、テレビ画像が含まれます。
デジタル画像処理は、アプリケーションの幅が広いため、時間の経過とともにアナログ画像処理を支配しています。
デジタル画像処理
デジタル画像処理では、デジタル画像の操作を実行するデジタルシステムの開発を扱います。
画像とは
画像は2次元信号にすぎません。 これは数学関数f（x、y）によって定義されます。xとyは水平および垂直の2つの座標です。
任意の点でのf（x、y）の値は、画像のその点のピクセル値を示します。
上の図は、現在コンピューター画面に表示しているデジタル画像の例です。 しかし、実際には、この画像は0〜255の範囲の数値の2次元配列にすぎません。
| 128 | 30 | 123 |
| 232 | 123 | 321 |
| 123 | 77 | 89 |
| 80 | 255 | 255 |
各数値は、任意のポイントでの関数f（x、y）の値を表します。 この場合、値128、230、123はそれぞれ個別のピクセル値を表します。 画像の寸法は、実際にはこの2次元配列の寸法です。
デジタル画像と信号の関係
画像が2次元配列の場合、信号とはどう関係しますか？ それを理解するために、まず信号とは何かを理解する必要がありますか？
信号
物理的な世界では、空間上の時間またはそれ以上の次元で測定可能な量を信号とみなすことができます。 信号は数学関数であり、いくつかの情報を伝えます。
信号は、1次元または2次元以上の信号です。 1次元信号は、時間の経過とともに測定される信号です。 一般的な例は音声信号です。
2次元信号は、他の物理量で測定された信号です。 二次元信号の例はデジタル画像です。 次のチュートリアルでは、1次元または2次元の信号とそれ以上の信号がどのように形成され解釈されるかについて詳しく説明します。
関係
物理的な世界で2人の観測者間で情報を伝達したり、メッセージをブロードキャストしたりするものはすべて信号であるためです。 それには、音声または（人間の声）または画像が信号として含まれます。 私たちが話すとき、私たちの声は音波/信号に変換され、話している人への時間に関して変換されます。 これだけでなく、デジタルカメラの動作方法には、デジタルカメラから画像を取得する際に、システムのある部分から他の部分への信号の転送が含まれます。
デジタル画像の形成方法
カメラから画像をキャプチャすることは物理的なプロセスです。 太陽光はエネルギー源として使用されます。 センサーアレイは、画像の取得に使用されます。 そのため、太陽光が物体に当たると、その物体で反射された光の量がセンサーで感知され、感知されたデータの量で連続的な電圧信号が生成されます。 デジタル画像を作成するには、このデータをデジタル形式に変換する必要があります。 これには、サンプリングと量子化が含まれます。 （これらについては後で説明します）。 サンプリングと量子化の結果、数値の2次元配列または行列が生成されますが、これはデジタル画像にすぎません。
重複するフィールド
マシン/コンピュータービジョン
マシンビジョンまたはコンピュータービジョンは、入力が画像で、出力が何らかの情報であるシステムの開発を扱います。 例：人間の顔をスキャンし、あらゆる種類のロックを開くシステムの開発。 このシステムは次のようになります。
コンピューターグラフィックス
コンピュータグラフィックスは、オブジェクトモデルからの画像の形成を扱い、画像は何らかのデバイスでキャプチャされます。 例：オブジェクトのレンダリング。 オブジェクトモデルから画像を生成します。 このようなシステムは次のようになります。
人工知能
人工知能は、多かれ少なかれ人間の知能を機械に入れることの研究です。 人工知能は、画像処理に多くの用途があります。 たとえば、医師がX線、MRI e.t.cの画像を解釈し、医師が検査する目立つ部分を強調表示するのを支援するコンピューター支援診断システムの開発。
信号処理
信号処理は傘であり、画像処理はその下にあります。 物理的な世界（3dの世界）のオブジェクトによって反射された光の量は、カメラのレンズを通過し、2dの信号になるため、画像が形成されます。 次に、この画像は信号処理の方法を使用してデジタル化され、このデジタル画像はデジタル画像処理で操作されます。
