Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνων

Abstract

Κύριοι στόχοι του βιβλίου είναι η εισαγωγή στις θεμελιώδεις έννοιες και μεθοδολογίες που εφαρμόζονται στην επεξεργασία και ανάλυση εικόνων και η παροχή στέρεης γνώσης, που μπορεί να αποτελέσει αφετηρία για περαιτέρω μελέτη και έρευνα στο γνωστικό αυτό αντικείμενο. Καλύπτεται το σύνολο της βασικής θεματολογίας της επεξεργασίας και ανάλυσης εικόνων, ξεκινώντας από τα βασικά χαρακτηριστικά των εικόνων, την ψηφιοποίησή τους, τη βελτίωση των εικόνων με σημειακή επεξεργασία, όπως και το φιλτράρισμα χωρικά ή στο πεδίο των συχνοτήτων. Επίσης, περιλαμβάνονται ορθομοναδιαίοι μετασχηματισμοί με έμφαση στον μετασχηματισμό Fourier, στον μετασχηματισμό συνημιτόνου και στην ανάλυση κύριων συνιστωσών, όπως και στον κυματιδιακό μετασχηματισμό. Ιδιαίτερα αναφερόμαστε στο φιλτράρισμα με σκοπό την εξομάλυνση των εικόνων, συμπεριλαμβάνοντας τη μείωση θορύβου. Παρουσιάζονται μέθοδοι αποκατάστασης εικόνων με ιδιαίτερη αναφορά στη θεωρία ομαλοποίησης. Επιπρόσθετα, εστιάζουμε στις βασικές μεθοδολογίες και τεχνικές της μορφολογικής επεξεργασίας. Γίνεται διεξοδική ανάπτυξη των τεχνικών συμπίεσης εικόνων, με λεπτομερή παρουσίαση των προτύπων κωδικοποίησης. Παρουσιάζεται με πληρότητα ο εντοπισμός περιγραμμάτων περιοχών εικόνων μέσω της ανίχνευσης ακμών και της παρακολούθησης ενεργών περιγραμμάτων σε ισοσταθμικά σύνολα. Γίνεται πολύπλευρη αναφορά στην τμηματοποίηση εικόνων, τόσο με κλασικές μεθόδους, όσο και με μοντέλα τυχαίων πεδίων Markov, τομές γράφων και ισοσταθμικά σύνολα. Η ανίχνευση γωνιών και η εξαγωγή χαρακτηριστικών σημείων και περιοχών συνιστούν ξεχωριστά θέματα και τροφοδοτούν επίσης την περιγραφή περιεχομένου, στην οποία περιλαμβάνονται στατιστικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά. Η αντιστοίχιση εικόνων βασισμένη σε χαρακτηριστικά σημεία ή σε πλήρη πυκνότητα παρουσιάζεται ενδελεχώς. Τέλος, περιλαμβάνεται μια εκτενής εισαγωγή στα νευρωνικά δίκτυα και στη βαθιά μάθηση, με έμφαση στα συνελικτικά νευρωνικά δίκτυα.

The main objectives of the book are to introduce the fundamental concepts and methodologies applied in image processing and analysis and to provide solid knowledge that can be the basis for further study and research in this field. The entire fundamental topics of image processing and analysis are covered, starting from the basic characteristics of images, their digitization, image enhancement by pixel-based processing, as well as spatial filtering or in the frequency domain. Also, the book includes orthogonal transformations with emphasis on the Fourier transform, cosine transform and principal component analysis, as well as wavelet transform. We refer to filtering to smooth images, including noise reduction. Image restoration methods are presented concerning regularization theory. We further focus on the basic methodologies and techniques of morphological processing. A thorough discussion of image compression techniques is given with a detailed presentation of coding schemes and standards. The localization of image region contours through edge detection and tracking of active contours in level sets is presented in detail. A comprehensive report on image segmentation is given, using both classical methods and Markov random field models, graph cuts and level sets. Corner detection and feature extraction are considered and are also used in the content description, which also includes statistical and geometric features. Matching images based on feature points or dense fields is presented in detail. Finally, an extensive introduction to neural networks and deep learning is included with a focus on convolutional neural networks.