Επισκόπηση και παρουσίαση τεχνικών αποκατάστασης εικόνας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια, η σύγχρονη επιστήμη είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την πληροφορική. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές και τα υπόλοιπα τεχνολογικά επιτεύγματα της επιστήμης, έχουν προσφέρει στον άνθρωπο απίστευτες δυνατότητες, τόσο στην επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων όσο και στην ψυχαγωγία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα κινητά τηλέφωνα νέων γενεών, τα οποία μόνο για την φορητή ομιλία δεν χρησιμοποιούνται! Έτσι, η χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών και των νέων τεχνολογικών επιτευγμάτων συντέλεσε και στη δημιουργία νέων επιστημονικών κλάδων. Ένας από αυτούς είναι και η Ανάλυση και Επεξεργασία Ψηφιακής Εικόνας. Στην επεξεργασία εικόνας εντάσσονται μέθοδοι καταγραφής, βελτίωσης και μετασχηματισμού της. Με τη χρήση μεθόδων επεξεργασίας εικόνας, είναι εφικτή και η ανάλυσή της. Στην ανάλυση εικόνας, αναγνωρίζονται αντικείμενα και συσχετίσεις αντικειμένων. Βασικές εφαρμογές της ανάλυσης της εικόνας, είναι η μηχανική όραση, καθώς και η σύνθεση εικόνων και η περιγραφή αντικειμένων που περιέχει. Στη σημερινή τεχνολογία, αν και προσφέρει πολλά, δεν είναι ακόμα αρκετά ώριμη, ώστε να ξεπεράσει διάφορους περιορισμούς. Σε διάφορα υπολογιστικά συστήματα, είναι εφικτή η καταγραφή εικόνας και η επεξεργασία της, ωστόσο οι αισθητήρες καταγραφής δεν περιγράφουν πάντα την επιθυμητή ευκρίνεια και επιδιωκόμενη ακρίβεια. Ακόμη και με αισθητήρες υψηλής ανάλυσης, έχουμε ένα αποτέλεσμα το οποίο δεν είναι ικανοποιητικό. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους. Ενδεικτικά μπορεί να οφείλεται σε δυσμενείς κλιματολογικές συνθήκες, χαμηλή ένταση φωτός, πιθανή κίνηση του αισθητήρα καταγραφής ή του αντικειμένου. Για τον λόγο αυτόν, ένας από τους κύριους σκοπούς της ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας είναι η βελτίωση και η αποκατάσταση ποιότητας εικόνας. Είναι δύο συγγενικές περιοχές, με επικαλυπτόμενα κάποια σημεία τους, ωστόσο, και σημαντικές διαφορές που τις διαχωρίζουν. Στη βελτίωση ποιότητας εικόνας, τα κριτήρια επιτυχούς βελτίωσης είναι καθαρά υποκειμενικά και στοχεύουν στη δημιουργία εικόνων, οι οποίες είναι περισσότερο αρεστές στις ψυχολογικές ιδιότητες του ανθρώπινου οπτικού συστήματος. Αντίθετα, στην αποκατάσταση εικόνας, τα κριτήρια βελτίωσης παρουσιάζονται περισσότερο μέσα από μαθηματικές σχέσεις, συνεπώς και τα κριτήρια είναι περισσότερο αντικειμενικά. Ακόμη, στην αποκατάσταση εικόνας, θεωρούμε ότι έχουμε μια πρότερη γνώση για το φαινόμενο της υποβάθμισης της εικόνας, κάτι το οποίο δεν ισχύει στη βελτίωση ποιότητας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της αποκατάστασης εικόνας είναι η αντιμετώπιση θολώματος των εικόνων σε εικόνες που έχουν παραμορφωθεί με τη χρήση κατάλληλου φίλτρου. Στην πλειοψηφία τους, τα φίλτρα αποκατάστασης εικόνας είναι γραμμικά και υλοποιούνται κατά κύριο λόγο στο πεδίο των συχνοτήτων. Φυσικά, υπάρχουν και μη γραμμικές τεχνικές αποκατάστασης εικόνας. Αρχίζοντας την ανάγνωση της πτυχιακής εργασίας, περιγράφονται διάφορες βασικές έννοιες της επεξεργασίας εικόνας και της θεωρίας σημάτων στην εικόνα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αρχίζει η εισαγωγή στην τεχνική της αποκατάστασης ποιότητας εικόνας μέσα από ένα γραμμικό μοντέλο υποβάθμισης της ποιότητας εικόνας αλλά και σημαντικά μοντέλα θορύβου. Στο τρίτο και στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται φίλτρα, τα οποία χρησιμοποιούνται στην αποκατάσταση εικόνας για τη μείωση του θορύβου στο πεδίο του χώρου και στο πεδίο των συχνοτήτων αντίστοιχα. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται μοντέλα υποβάθμισης της εικόνας γραμμικά και ανεξάρτητα της θέσης και υπολογισμού συναρτήσεων υποβάθμισης. Τέλος, από το κεφάλαιο έξι μέχρι το εννέα, παρουσιάζονται οι τρόποι αποκατάστασης εικόνας που έχουν υποβαθμιστεί από μια συνάρτηση υποβάθμισης Η, η οποία δίνεται ή υπολογίζεται δια της εφαρμογής των προηγούμενων ενοτήτων.