1. Introducere

Indiferent de domeniul de aplicatie, utilizarea calculatoarelor impune un format numeric pentru informatia prelucrata. Vederea artificiala respecta aceasta regula si lucreaza cu imagini numerice. Pentru a obtine imaginea numerica (digital image) este nevoie de doua elemente: senzorul si convertorul (digitizer).

Senzorul este un element fizic care percepe o radiatie electromagnetica intr-o anumita banda de frecventa (ultraviolete, infrarosu, vizibila, raze X). Iesirea senzorului este o marime electrica, in general o tensiune, proportionala cu energia radiatiei electromagnetice primita de senzor. In functie de aplicatie, banda de frecventa si senzorul aferent sunt diferite.

Convertorul este un dispozitiv electronic care primeste marimea electrica furnizata de senzor si o transforma intr-un format numeric.

Pentru aplicatiile de vedere artificiala, cel mai frecvent, senzorii sunt identificati cu numele generic de camere de luat vederi. Realitatea observata se prezinta atunci sub forma unei scene tridimensionale care este iluminata natural sau artificial. Lumina reflectata este absorbita de senzor a carui suprafata activa este bidimensionala. Desigur, se pot imagina si alte situatii particulare, dar cazul prezentat mai sus este cel mai frecvent si el are avantajul ca poate fi pus usor in corespondenta, si deci inteles, cu vederea umana.

Cele mai cunoscute camere de luat vederi au fost, in ordinea aparitiei si utilizarii istorice, camerele vidicon si camerele matriceale (solid state).

Lumina este focalizata pe suprafata senzorului prin intermediul unui sistem de lentile, la nivelul caruia are loc o transformare optica care depinde de natura si caracteristicile lentilei, respectiv ale luminii si sursei de lumina. O conditie pentru obtinerea unei imagini ideale este ca planul de focalizare sa coincida cu planul senzorului.

Camerele vidicon, utilizate din ce in ce mai putin, au fost proiectate pe baza principiului fotoconductivitatii. Pe suprafata tubului vidicon se creeaza o distributie de zone cu conductivitate variabila in functie de intensitatea luminii cu care aceste zone vin in contact. Un fascicul controlat de electroni care baleiaza suprafata tubului va genera un semnal electric variabil in timp in functie de intensitatea luminoasa a zonelor din scena reala.

Controlul modalitatii de baleiere permite pastrarea unei corespondente cunoscute intre pozitia geometrica a zonei de pe suprafata tubului (x,y) si valoarea semnalului electric la un anumit moment de timp t. Pe langa aceasta corespondenta spatiu-timp, apare si o a doua corespondenta intre nivelul intensitatii luminoase corespunzatoare zonei (x,y) si marimea semnalului electric u(t).

Camerele matriceale sunt formate din elemente fotosensibile, senzori individuali. Fiecare element fotosensibil poate fi privit ca o capacitate individuala care acumuleaza o sarcina mai mare sau mai mica in functie de intensitatea luminoasa primita. Citirea sarcinilor nu se poate face in acelasi timp pentru toate elementele (este evident ca nu putem avea practic, din punct de vedere tehnologic, un circuit electronic cu sute de mii sau milioane de pini) si ca urmare un proces de baleiere ramane necesar. Aici, baleierea este de fapt un transfer al sarcinilor catre dispozitivul care face efectiv citirea. Rezultatul va fi tot o marime electrica variabila in timp u(t).

Corespondenta dintre pozitia (x,y) a senzorului individual in matrice si momentul de timp t la care se considera valoarea u(t), este determinanta pentru geometria imaginii. Corespondenta dintre intensitatea luminoasa corespunzatoare pozitiei (x,y) si valoarea marimii electrice u(t), este responsabila pentru generarea unui nivel de gri sau a unei culori corecte.

In concluzie, fie un punct P(x,y,z) din scena tridimensionala. Lumina provenita de la o sursa este partial absorbita si partial reflectata de acest punct. Lumina reflectata din punctul P este focalizata de sistemul de lentile al camerei pe suprafata senzorului, in punctul P'(x,y). Corespondenta dubla P-P' constituie problema transformarii geometrice. Este intuitiv clar, ca pentru un sistem de lentile cunoscut si un punct P dat se poate determina in mod unic punctul P' corespunzator de pe suprafata senzorului. Invers problema este mai complicata. Daca se da un punct P' de pe suprafata senzorului atunci exista o infinitate de puncte P din scena tridimensionala al caror corespondent poate fi P'. Toate aceste puncte P sunt asezate pe dreapta care pleaca din P' si trece prin centrul lentilei.

In urma conversiei analog numerice se va obtine o matrice cu elemente numerice I(i,j), numite pixeli (picture element). Aceasta conversie analog-numerica presupune doua procese.

Esantionarea, sau discretizarea in timp, este procesul care pune in evidenta corespondenta dintre momentul t la care se face conversia si pozitia (i,j) corespunzatoare din imagine.

Cuantizarea, sau discretizarea in amplitudine, este procesul care asociaza fiecarui nivel al marimii continue u(t) o valoare numerica I(i,j) care se numeste nivel de gri sau culoare.