การกรองและการปรับปรุงภาพ

การกรองและการปรับปรุงภาพเป็นการปรับเปลี่ยนค่าพิกเซลเพื่อลดสัญญาณรบกวน เพิ่มความคมชัดของรายละเอียด หรือปรับปรุงภาพในด้านอื่นๆ เพื่อการรับชมหรือการวิเคราะห์เพิ่มเติม

Definition

การกรองภาพคือการแปลงภาพโดยการรวมแต่ละพิกเซลเข้ากับพิกเซลข้างเคียงตามกฎที่กำหนด และการปรับปรุงภาพคือการใช้การแปลงดังกล่าวเพื่อปรับปรุงคุณภาพการรับรู้หรือการวิเคราะห์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการกรองเชิงเส้นด้วยการคอนโวลูชัน (convolution) รวมถึงการปรับภาพให้เรียบด้วย Gaussian และการเพิ่มความคมชัด การวิเคราะห์ตัวกรองในโดเมนความถี่ ตัวกรองแบบไม่เชิงเส้น เช่น ตัวกรองมัธยฐาน (median) และตัวกรองแบบทวิภาค (bilateral) ที่รักษาขอบภาพ การเพิ่มความคมชัดของคอนทราสต์โดยใช้ฮิสโตแกรม และการแลกเปลี่ยนระหว่างการลดสัญญาณรบกวนกับการรักษาความละเอียดของภาพ

Core questions

• จะลดสัญญาณรบกวนได้อย่างไรโดยไม่ทำให้รายละเอียดที่สำคัญพร่ามัว?
• ตัวกรองมีพฤติกรรมอย่างไรในโดเมนความถี่?
• เมื่อใดที่ตัวกรองแบบไม่เชิงเส้นดีกว่าตัวกรองเชิงเส้น?
• จะปรับปรุงคอนทราสต์ของภาพได้อย่างไร?

Key concepts

• เคอร์เนลคอนโวลูชัน
• การปรับภาพให้เรียบด้วย Gaussian
• การกรองในโดเมนความถี่
• การกรองมัธยฐาน
• การกรองแบบทวิภาค
• การปรับสมดุลฮิสโตแกรม

Key theories

การกรองคอนโวลูชันเชิงเส้น

การคอนโวลูชันภาพด้วยเคอร์เนลจะช่วยให้เกิดการปรับภาพให้เรียบ การเพิ่มความคมชัด และการเน้นขอบภาพ และทฤษฎีคอนโวลูชันเชื่อมโยงการดำเนินการเชิงพื้นที่เหล่านี้กับการคูณในโดเมนความถี่ ซึ่งช่วยให้เข้าใจว่าตัวกรองแต่ละตัวลดทอนหรือขยายความถี่ใดบ้าง

การกรองที่รักษาขอบภาพ

ตัวกรองแบบทวิภาคจะหาค่าเฉลี่ยของพิกเซลใกล้เคียงโดยถ่วงน้ำหนักทั้งความใกล้ชิดเชิงพื้นที่และความคล้ายคลึงของความเข้มแสง ซึ่งจะช่วยปรับสัญญาณรบกวนภายในบริเวณให้เรียบในขณะที่ยังคงรักษาขอบภาพที่ชัดเจนไว้ได้ ซึ่งแตกต่างจากการเบลอแบบ Gaussian ทั่วไป

Clinical relevance

การกรองและการปรับปรุงภาพเป็นกระบวนการปกติในการเตรียมภาพทางการแพทย์ การถ่ายภาพและกล้องสมาร์ทโฟน การสำรวจระยะไกล และเป็นกระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นที่ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของการตรวจจับและการจดจำในขั้นตอนถัดไป

History

ทฤษฎีการกรองเชิงเส้นได้ถูกนำมาจากกระบวนการประมวลผลสัญญาณแบบคลาสสิกมาใช้ในการประมวลผลภาพดิจิทัลในช่วงทศวรรษ 1970; ตัวกรองแบบไม่เชิงเส้นที่รักษาขอบภาพ เช่น ตัวกรองแบบทวิภาค ได้ปรากฏขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 และมีอิทธิพลต่อการถ่ายภาพเชิงคำนวณในเวลาต่อมา

Key figures

• Carlo Tomasi
• Roberto Manduchi

Seminal works

• gonzalez2018
• tomasi1998

Frequently asked questions

ทำไมการเบลอจึงช่วยลดสัญญาณรบกวน?

สัญญาณรบกวนแบบสุ่มจะแตกต่างกันอย่างรวดเร็วจากพิกเซลหนึ่งไปยังอีกพิกเซลหนึ่ง และการหาค่าเฉลี่ยของแต่ละพิกเซลกับพิกเซลข้างเคียงจะช่วยลดความแปรผันส่วนใหญ่ลงได้ แม้ว่าจะทำให้รายละเอียดที่แท้จริงอ่อนลงด้วย เว้นแต่จะใช้ตัวกรองที่รักษาขอบภาพ

การปรับสมดุลฮิสโตแกรมทำอะไร?

เป็นการกระจายความเข้มของพิกเซลใหม่เพื่อให้ครอบคลุมช่วงที่มีอยู่ได้สม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มคอนทราสต์และเผยรายละเอียดในภาพที่ดูมืดเกินไป สว่างเกินไป หรือแบนราบ