CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW I OBRAZÓW
Sygnał cyfrowy – sygnał którego wartość oraz wartości dziedziny są dyskretne.
CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW
Dziedzina nauki i techniki zajmująca się sygnałami w postaci cyfrowej i metodami przetwarzania takich sygnałów. Pierwszym etapem cyfrowego przetwarzania sygnałów jest
zazwyczaj konwersja sygnału z postaci analogowej na cyfrową za pomocą przetwornika
Próbkowanie (dyskretyzacja, kwantowanie w czasie) - proces tworzenia sygnału dyskretnego,
reprezentującego sygnał ciągły za pomocą ciągu wartości nazywanych próbkami. w
ustalonych odstępach czasu (impulsowanie) mierzona jest wartość chwilowa sygnału i na jej
podstawie tworzone są tzw. próbki. Aby spróbkowany sygnał z postaci cyfrowej dało się
przekształcić bez straty informacji z powrotem do postaci analogowej, musi być spełnione
twierdzenie Kotielnikowa-Shannona o próbkowaniu. Mówi ono, że częstotliwość próbkowania
nie może być mniejsza niż podwojona szerokość pasma sygnału. Jeśli ten warunek nie jest
spełniony, wówczas występuje zjawisko aliasingu.
Częstotliwość próbkowania, wyrażana w Hz, oznacza ilość próbek sygnału przypadających
na jedną sekundę.
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów realizuje się w dwóch dziedzinach. Są to:
- Dziedzina czasu i przestrzeni (Analiza sygnałów i układów w funkcji zmiennej t – czasu)
Do najpowszechniejszych operacji przetwarzania sygnałów w dziedzinie czasu i przestrzeni
należy obróbka sygnału wejściowego w celu poprawienia jego własności. Odbywa się to w
procesie nazywanym filtracją. Filtracja są to operacje na zbiorze próbek wejściowych sąsiadujących z bieżącą próbką. Czasami wykorzystuje się pewien zbiór poprzednich
próbek.
Najpopularniejsze podziały filtrów:
Filtr liniowy (liniowe przekształcenie próbek wejściowych) / Filtr nieliniowy – wszystkie
pozostałe
Filtr przyczynowy / nieprzyczynowy, Filtr zmienny w czasie / Filtr niezmienny w czasie
Filtr o skończonej odpowiedzi impulsowej – korzystają tylko z próbek wejściowych, stabilne
Filtr o nieskończonej odpowiedzi impulsowej – korzystają zarówno z próbek wejściowych jak
i poprzednich próbek wyjściowych, mogą być niestabilne
Filtry dolno, środkowo i górno przepustowe.
Najpopularniejsze filtry: Czebyszewa, Butterwortha, Gaussa, Bessela
- Dziedzina częstotliwości (Analiza sygnałów w dziedzinie częstotliwości – f )
Sygnały przekształcane są z dziedziny czasu do dziedziny częstotliwości za pomocą
transformacji Fouriera, najczęściej stosuje się FFT (szybka transformacja Fouriera),
CYFROWE PRZETWARZANIE OBRAZÓW
Reprezentacja obrazów w postaci cyfrowej za pomocą siatki pikseli.
Popularną operacją na cyfrowych obrazie jest jego filtracja. Jest ona operacją matematyczną
na pikselach obrazu źródłowego w wyniku której uzyskiwany jest nowy, przekształcony obraz.
Dla wyznaczenia nowej wartości piksela obrazu docelowego potrzebna jest informacja z wielu
pikseli obrazu źródłowego.
Filtracja stosowana jest przeważnie jako metoda wydobycia z oryginalnego obrazu szeregu
informacji w celu ich dalszej obróbki. Informacjami takimi mogą być: położenie krawędzi,
pozycje rogów obiektów, itp. Innym zastosowaniem filtracji jest usuwanie szumów (filtr
medianowy i inne) lub rozmycie obrazu (filtry uśredniające, Gaussa). Filtrację można
przeprowadzać zarówno w dziedzinie przestrzennej jak i częstotliwościowej.
Filtry dolnoprzepustowe
Odcinanie(usuwanie)
elementów
obrazu
o
wysokiej
częstotliwości(szczegółów)
i
przepuszczaniu elementów o niskiej częstotliwości(ogólnych kształtów, bez szczegółów).
Ponieważ większość szumów występujących w obrazach zawiera się w wysokich
częstotliwościach, filtry te przeważnie wykorzystuje się właśnie do eliminacji zakłóceń.
Filtry górnoprzepustowe
tłumią one niskoczęstotliwościowe elementy obrazu, wzmacniają natomiast elementy o
wysokich częstotliwościach (szczegóły). Wynikiem działania tego typu filtrów jest podkreślenie,
uwypuklenie elementów obrazu o dużej częstotliwości poprzez zwiększenie ich jasności,
koloru, itp. Dla obrazu jako całości efektem jest zazwyczaj zwiększenie kontrastu poprzez
podkreślenie ostrych krawędzi obiektów.
Transformacja obrazu punktowa/lokalna/globalna.
Progowanie, negatyw, kwantyzacja (zmniejszenie liczby kolorów bez większej zmiany jakości)
Aliasing – nieodwracalne zniekształcenie obrazu, objawia się obecnością w sygnale
składowych o błędnych częstotliwościach
Kursy:
Teoria sygnałów (semestr 3),
Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów (semestr 5).