この記事では、画像処理における基本的なアルゴリズムとその実装例（プログラム）についてまとめました。
【画像処理とは】特徴・応用例
画像処理（Image processing）とは、コンピュータを用いて画像に対して次の処理①②を行うことです。
| – | 処理内容 | 応用例 |
|---|---|---|
| ① | 画像から画像への変換 | 画像編集ソフト（画像の拡大・縮小・高画質化など） |
| ② | 画像から様々な情報の取得 | デジタルカメラ（顔検出機能など）、自動運転技術（障害物の認識など）、医療機器（CT画像の分析など） |
①は画像処理、②はコンピュータビジョンと区別する場合もあります。
画像処理技術（画像センサと画像処理の組合せ）の特徴は以下のとおりです。
| – | 画像処理の特徴 |
|---|---|
| ① | 画像センサ（カメラ）は、他のセンサーと比較しても多くの情報を取得できるため、対応できる課題分野の幅が大きい。 |
| ② | 画像センサが取得する情報量は多いため、データ処理の計算コストが高い（高価な計算機が必要）。 |
【画像処理入門】基礎的なアルゴリズム
基本的な画像処理アルゴリズムについて以下にまとめました。
| – | 画像の基本構造 |
|---|---|
| データ構造 | ■デジタル画像の基本構造 ■標本化 ■量子化 ■ラスタ走査と二次元配列走査 |
| 色空間 | ■RGB ■GRAY ■HSV |
| 色空間の変換 | ■RGB→GRAY ■RGB→HSV |
| 減色 | ■K平均法 |
| – | ヒストグラム・濃度変換 |
|---|---|
| 基礎 | ■ヒストグラムとは |
| 濃度変換 | ■線形濃度変換 ■非線形濃度変換（ガンマ補正） ■ヒストグラム平均化 |
| – | 空間フィルタリング |
|---|---|
| 基礎 | ■畳み込み演算とは |
| 平滑化 | ■平均値 ■ガウシアン ■メディアン |
| 輪郭抽出 | ■一次微分 ■Prewitt ■Sobel ■Laplacian ■エンボス ⑥LoG ⑦Canny |
| 高速処理 | ■積分画像 ■DoG ■DoM ■XDoG |
| まとめ | ■空間フィルタリングの種類 |
| – | 周波数フィルタリング |
|---|---|
| 基礎 | ■画像のフーリエ変換 |
| ノイズ除去 | – |
| 画像圧縮 | – |
| – | 二値画像 |
|---|---|
| 基礎知識 | ■二値画像とは |
| 二値化処理 | ■単純二値化 ■適応型二値化 ■大津の二値化 |
| 膨張収縮 | ■膨張収縮処理 ■マスク処理 |
| 直線検出 | ■ハフ変換（古典的） ■ハフ変換（確率的） |
| – | 幾何学的変換 |
|---|---|
| 補間 | ■最近傍補間法 ■バイリニア補間法 ■バイキュービック補間法 |
| 回転 | ■アフィン変換 |
| – | パターン認識 |
|---|---|
| テンプレート探索 | ■SSD・SAD・NCC・ZNCC ■FFT+積分画像で高速化 |
| 特徴量 | ■Haar-like ■HoG ■SIFT ■SURF ■位相限定相関法 |
| 識別器 | ■カスケード型 ■SVM ■ニューラルネット |
| 利用例 | ■顔検出（Haar Cascade） ■人検出（HoG SVM） |
| – | 動画像処理 |
|---|---|
| 動体検出 | ■背景差分法 ■フレーム差分法 ■色追跡（HSV） |
| 動体追跡 | ■MeanShift ■Camshift ■オプティカルフロー ■パーティクルフィルタ |
| – | 画像計測 |
|---|---|
| ノイズ | ■ショットノイズ ■熱ノイズ |
| 距離計測 | ■単眼カメラ ■ステレオカメラ ■エピポーラ幾何学 ■キャリブレーション ■ステレオマッチング |
| 三次元計測 | ■位相シフト法 |
| – | ファイル構造 |
|---|---|
| ファイル構造 | ■ヘッダ部とデータ部 |
| BMP | ■BMP形式 ■BMPをバイナリエディタで解析 |
| JPG | – |
| PNG | – |
| GIF | – |
| – | 応用例 |
|---|---|
| 画像加工 | ■写真の漫画化 ■写真のアニメ絵化 |
【画像処理応用】プログラミング、ソフトウェア、その他
画像処理プログラミング・ソフトウェアについて以下にまとめました。
| – | 画像処理プログラミングまとめ |
|---|---|
| Python | ■Pythonで画像処理入門 ■Python + OpenCV入門 ■Python + Scikit image入門 |
| C# | ■C#で画像処理入門 |
| – | 画像処理ソフトまとめ、その他 |
|---|---|
| 画像編集ソフト | ■GIMP入門 |
| その他 | ■プロ生ちゃん（暮井 慧）（お借りした画像） |
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