image processing

loc. inglese [sec. XX; da image, immagine+processing, elaborazione] usato in italiano come sf. Branca dell'informatica che studia e definisce processi di trasformazione di immagini digitali. L'immagine digitale risulta dal campionamento e dalla quantizzazione dei segnali prodotti da un fenomeno fisico che viene osservato attraverso speciali dispositivi. L'osservazione può non essere compiuta nell'intervallo di frequenze proprie dell'ottica, ma nel campo degli infrarossi o dei raggi X. In generale si possono avere processi di imaging in cui una qualsiasi rilevazione di grandezze fisiche nello spazio si esprime nella forma di una matrice di numeri. Le operazioni tipiche dell'image processing modificano l'immagine in modo da renderla più adatta alle successive operazioni di analisi e per l'estrazione di informazioni significative. Molte di queste operazioni sfruttano la corrispondenza fra l'immagine e la sua rappresentazione nel campo delle frequenze ottenuta con la trasformata di Fourier, nel dominio spaziale, e la trasformata inversa che invece ricostruisce l'immagine in base allo spettro di frequenza. Su tale corrispondenza si utilizzano i cosiddetti filtri lineari, che possono essere di tipo passa-basso, per l'eliminazione del rumore, passa-alto per l'estrazione dei contorni, e passa-banda per l'evidenziazione di particolari caratteristiche del segnale. Gli operatori non lineari, anziché essere determinati dalla risposta in frequenza, si distinguono per le proprietà dei fenomeni che essi mettono in luce. Per esempio i filtri mediani, rimuovendo dall'immagine valori non presenti nel vicinato, riducono il rumore, mentre gli operatori di estrazione dei contorni sono specializzati a individuare contorni in particolari direzioni. Gli operatori dell'image processing si distinguono in puntuali, locali, contestuali e globali. I primi sono quelli che alterano il valore di un pixel unicamente sulla base del suo valore precedente. Un esempio sono gli operatori di soglia che assegnano un valore convenzionale, tipicamente 0, a tutti i pixel al di sotto di un certo valore e un altro, generalmente 1 o 255, a quelli al di sopra della soglia. Gli operatori locali agiscono in base ai valori presenti in un intorno definito del pixel da modificare, ossia l'insieme dei pixel adiacenti. Un'importante operazione locale è la convoluzione, che permette la realizzazione nel dominio dell'immagine dei filtri lineari definiti nel dominio delle frequenze. Gli operatori contestuali, invece, modificano il valore di un pixel sulla base dei valori di un insieme di pixel non definito a priori, ma che gode di certe proprietà. Questi operatori possono risultare dall'iterazione di operazioni locali, così che a ogni iterazione si estende l'insieme di pixel che influenza un certo valore. Esempi tipici sono gli operatori di simulated annealing (tempratura simulata) che identificano regioni nell'immagine, caratterizzate dal fatto che per ogni pixel (p) all'interno di una regione risulta minima la variazione rispetto al valore di quello scelto come seme per l'accrescimento della regione, e rispetto alla variazione che si otterrebbe assegnando p a una delle regioni adiacenti. Gli operatori globali sono, infine, quelli in cui il valore di un pixel dipende dal valore di tutti gli altri. Un esempio è l'equalizzazione che ridistribuisce i pixel su tutto l'intervallo dei possibili valori in modo che ogni valore sia associato allo stesso numero di pixel. Questa operazione risulta dalla combinazione di diverse operazioni: la costruzione di un'istogramma, che associa a ogni possibile valore la quantità dei pixel con quel valore, la costruzione di una tabella di corrispondenze fra i valori originari e i nuovi da assumere, e l'assegnazione di valori nuovi in base alla tabella. Mentre l'ultima operazione è di tipo puntuale, le prime due sono di analisi, cioè volte a ottenere descrizioni sintetiche dell'immagine. I sistemi di elaborazione di immagini combinano diversi tipi di operatori secondo strategie adattabili alle caratteristiche dell'immagine e alle esigenze dell'analisi. Si sono diffusi programmi, detti di fotoritocco, che mettono a disposizione degli utenti, anche non esperti, sofisticati operatori di image processing per l'uso interattivo.