Изображения различной природы и области их использования

Зрение является наиболее совершенным из наших органов чувств, и зрительные образы играют важнейшую роль в человеческом восприятии. В отличие от людей, способных воспринимать электромагнитное излучение только видимого диапазона, машинная обработка изображений охватывает практически весь электромагнитный спектр от гамма-излучения до радиоволн. Обрабатываемые изображения могут порождаться источниками, которые для человека непривычно связывать с наблюдаемыми изображениями (например, ультразвуковые изображения; изображения, получаемые в электронной микроскопии или генерируемые компьютером) [33].

Изображения, полученные с помощью гамма-излучения.

Используются в основном медицинской радиологии и астрономических наблюдениях [1].

Рентгеновские изображения.

Используются в медицине, системах промышленного технического контроля, системах обеспечения безопасности. Цифровые рентгеновские изображения формируются двумя основными способами: путём оцифровки рентгеновских плёнок и путём непосредственной регистрации светового излучения, порождаемого специальными рентгеновскими экранами, которые переводят рентгеновское излучение в световое [1].

Ультрафиолетовые изображения.

Используются в производственном контроле, микроскопии, лазерной технике, медицинских и астрономических наблюдениях [1].

Инфракрасный диапазон (разбитый на тепловой ИК-диапазон и ближний ИК).

Изображения в тепловом диапазоне (8−14 мкм) позволяют пересчитывать интенсивность элементов изображения в значения температуры наблюдаемых поверхностей. Холодные объекты на таких изображениях будут более тёмными, теплыми — более яркими, горячие — «светящимися», поскольку нагревают и воздух рядом с собой. Изображения этого диапазона используются в системах промышленного и экологического мониторинга, выявляющих утечки тепла в различных технических устройствах, сетях теплотрасс и т. п.; в системах военного назначения для наведения на «горячие» объекты военной техники — двигатели, факелы ракет и т. п.; в биометрических системах, таких как системы автоматического контроля доступа на основе термограмм Термограмма — изображение в инфракрасных лучах, показывающее картину распределения температурных полей. человеческого лица, представляющих уникальные изображения, которые чрезвычайно сложно подделать. Для получений изображений в глубоком ИК-диапазоне используются специальные устройства — тепловизоры [1].

Изображения в ближнем ИК-диапазоне схожи с изображениями видимого диапазона, но съёмка в ближнем ИК позволяет снимать ночью. Т.о., сущесвтенной областью применений изображений ближнего ИК является ночное видение. Другая область применения ИК-систем — невидимая для человека ИК-подсветка, которую «видят» большинство современных видеокамер. ИК-прожекторы увеличивают общую ИК-освещенность сцены или объекта наблюдения, без создания дискомфорта для человека. ИКи УФ-маркировка используется в системах контроля подлинности ценных бумаг [1].

Изображения видимого диапазона. Спектр видимого излучения — волны от 380 нм до 740 нм. Границы этого диапазона могут варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей зрения.

Используются практически во всех областях машинного зрения, поскольку это тот диапазон регистрации изображений, в котором полученные изображения выглядят привычно и естественно для человеческого глаза [1].

Микроволновые изображения.

Применяются в области радиолокации. Микроволновая съёмка используется в военной области, а также в области глобального мониторинга Земли из космоса и с авиа-носителей [1].

Радиоволновые изображения.

Используются в медицине и астрономии. Наиболее современный метод медицинских томографических изображений высокого разрешения ЯМР (ядерный магнитный резонанс) основан на регистрации радиволновых сигналов клетов человеческого тела, помещенных в сильное магнитное поле и возбуждаемых короткими волновыми импульсами в радиодиапазоне [1].

Акустические изображения.

Активно используются в геологии, промышленности и медицине [1].

Ультразвуковые изображения.

Применяются в промышленности и технике, а также в медицине (например, для нахождения паталогий различных внутренних органов человека). Медицинское ультразвуковое изображение содержит не только интенсивность отражённого ультразвукового сигнала, но и дальность до отражающей поверхности, вычисленную на основе расчёта скорости распространения ультразвукового сигнала в человеческих тканях [1].

Двумерные поля дальностей.

Формируются на основе анализа электромагнитных сигналов, испускаемых и принимаемых по локационной схеме. В качестве дальнометрических систем чаще всего используются лазерные локаторы, позволяющие осуществлять оптическое сканирование трёхмерных поверхностей с больших расстояний (до десятков километров), обеспечивая максимальное возможное разрешение. Локатор сканирует поверхность, испуская серии коротких волновых импульсов, отражения которых от поверхности объекта регистрируются приемником локатора, после чего рассчитывается время прохождения импульса до объекта и обратно, откуда окончательно определяется дальность до точки поверхности объекта. Получаемое изображение называется картой глубин [1].

Двумерные поля дальностей используются в картографии, дистанционном зондировании Земли, технических измерениях и техническом контроле в промышленности и др. областях [1].

Двухмерные поля скоростей.

Формируются аналогичным образом (как двумерные поля дальностей), однако их пикселы содержат уже не значения расстояний до соответствующих точек, а значения скоростей движения этих точек. Вычисление скоростей происходит на основе анализа доплеровского сдвига Доплеровский сдвиг — сдвиг частоты (и изменение длины волны) излучения, воспринимаемый приёмником, вследствие движения источника излучения и/или движения приёмника. отраженного сигнала. Данный тип изображений используется в системах различного назначения, чаще всего — в целях выделения движущихся объектов [1].

Проблема совмещения и анализа данных, полученных из разных источников, поднята в сборнике тезисов ТЗСУМО-2010 [3] и ТЗСУ-2015 [56] в работах, посвященных совмещению и анализу видеоинформации в системах комбинированного видения, а также совмещению разнородных изображений в бортовых системах.