Analiza obrazu komputerowegokomputerowego

wykład 1

Marek Jan KasprowiczUniwersytet Rolniczy 2009

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Plan wykładu• Wprowadzenie – pojęcie obrazu

f i lcyfrowego i analogowego• Geometryczne przekształcenia obrazuy p• Przekształcenia punktowe• Kontekstowa filtracja obrazu filtry liniowe• Kontekstowa filtracja obrazu – filtry liniowe

i nielinioweT f j F i• Transformacje Fouriera

• Przekształcenia morfologiczneg• Analiza obrazu

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Literatura i programy komputeroweKomputerowa analiza i przetwarzanie obrazuR T d i i P K h d 1997R. Tadeusiewicz, P. Korohoda, 1997 r.(niektóre przykłady pokazane w trakcie wykładu będą

pochodzić z powyższej książki)pochodzić z powyższej książki)http://winntbg.bg.agh.edu.pl/skrypty2/0098/Image Tool http //ddsd thscsa ed /dig/itdesc htmlImage Tool http://ddsdx.uthscsa.edu/dig/itdesc.htmlImlab http://imlab.sourceforge.net/download.htmlI J htt // b i f ih /ij/ImageJ http://rsb.info.nih.gov/ij/Origin 8.0 – program komercyjnyPh t h CS2 k jPhotoshop CS2 – program komercyjnyMotic 2.0 – program komercyjny

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Przykładowe zastosowaniaPrzykładowe zastosowania analizy obrazuy

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Zastosowanie: obrazy satelitarne, meteorologia

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Zastosowanie: medycyna

tomografiag

komputerowa

mikroskopiamikroskopia

Obrazy 3D

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Zastosowanie: kryminalistyka

analiza pismaporównywanie portretów

i i hpamięciowych

porównywanie linii papilarnych

http://www.warminsko-mazurska.policja.gov.pl/lk/index.php?id_category=570

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Zastosowanie: astronomia

http://www aik magazyn pl/http://www.aik.magazyn.pl/

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Podstawowe pojęcia

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Przebieg procesu widzenia1. Recepcja (akwizycja obrazu)2 Przetwarzanie obrazu (filtracja wstępna2. Przetwarzanie obrazu (filtracja wstępna,

eliminacja zakłóceń, kompresja obrazu, k i ż h h it )eksponowanie ważnych cech, itp.)

3. Analiza obrazu (wydobycie cech ( y yopisujących obraz)

4 Rozpoznanie obrazu i jego interpretacja4. Rozpoznanie obrazu i jego interpretacja

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Schemat naturalnego przetwarzania obrazu

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Schemat automatycznego widzenia

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

sygnał analogowy - sygnał który możesygnał analogowy - sygnał, który może przyjmować dowolną wartość z ciągłego przedziału nieskończonego lub ograniczonego zakresem zmienności). Jego wartości mogą zostać określone wJego wartości mogą zostać określone w każdej chwili czasu dzięki funkcji matematycznej opisującej dany sygnał. Przeciwieństwem sygnału analogowego jest sygnał skwantowanyjest sygnał skwantowany

sygnał cyfrowy - to sygnał którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne Jegosygnał cyfrowy - to sygnał, którego dziedzina i zbiór wartości są dyskretne. Jego odpowiednikiem o ciągłej dziedzinie i ciągłym zbiorze wartości jest sygnał analogowy. Znaczenie tego terminu może odnosić się do: - wielkości fizycznej która z natury jest dyskretna (np liczba błysków lampy wwielkości fizycznej, która z natury jest dyskretna (np. liczba błysków lampy w ciągu godziny) - wielkości pierwotnie ciągłej i analogowej, która została spróbkowana i skwantowana (np. sygnał na wyjściu komparatora napięcia kontrolującego pewien s a o a a ( p syg a a yjśc u o pa a o a ap ęc a o o ującego pe eproces w określonych chwilach) - każdej reprezentacji jednego z powyższych, w tym (najczęściej) w postaci ciągu liczb zapisanych w pamięci maszyny cyfrowej (np. plik komputerowy typu WAV).p y p ę y y y j ( p p p y yp )

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Obraz – rzut przestrzeni trójwymiarowej na f t ł (2D)fragment płaszczyzny (2D)

obraz analogowy obraz cyfrowyobraz analogowy obraz cyfrowy

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Dyskretyzacja obrazu:i i d l ś i i• ograniczenie zdolności rozpoznawania

szczegółów• ograniczenie ilości możliwych do

rozróżnienia stanów elementu (kolorów)( )• analizowanie obrazu płaskiego zamiast

przestrzennegoprzestrzennego• analizowanie obrazu statycznego zamiast

d namic negodynamicznego

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Rozmieszczenie cyfrowych elementów obrazówRozmieszczenie cyfrowych elementów obrazów

Siatka heksagonalna siatka kwadratowa

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Rozdzielczość obrazu – jeden z parametrów trybu wyświetlania parametr określający liczbę pikseli obrazuwyświetlania, parametr określający liczbę pikseli obrazu wyświetlanych na ekranie w bieżącym trybie pracy monitora komputerowego, telewizora a także każdego innego wyświetlacza, którego obraz budowany jest z pikseli. Rozdzielczość wyraża się w postaci liczby pikseli w

i i i i ipoziomie i w pionie.

P j i d i l ś i ż i t kż i il ś iPojęcie rozdzielczości używa się także w znaczeniu ilości pikseli na cal. Wyrażana jest wtedy w jednostka ppi – pixels per inch (monitory) lub dpi – dots per inch (drukarki)per inch (monitory) lub dpi dots per inch (drukarki)

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Obraz jako funkcja

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

256x256 128x128 64x64

32x32 16x16 8x8Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

pomniejszony z 256x256 do

32x32 i z powrotem

powiększony

NN BC

powiększony z 256x256 do

4096x4096 i z4096x4096 i z powrotem

pomniejszony

BCNN BCNN

Interpolacja metodą "najbliższego sąsiada", ang. nearest neighbor -i k i db i i k i i jbliż ik lprzy powiększaniu odbywa się wierne kopiowanie najbliższego piksela.

W przypadku skalowania innego niż o wielokrotność 100% jest to statystyczne kopiowanie niektórych pikseli. Przy pomniejszaniu jest to mechaniczne pomijanie niektórych pikseli. Metoda najprostsza i wymagająca od komputera najmniejszej mocy obliczeniowej. Jest to interpolacja rzadko stosowana, ponieważ w przypadku dużych p j , p p yp ypowiększeń wyraźnie widać grupy identycznych pikseli, a granice pomiędzy pikselami są wyraźne, ostre, nie rozmyte. Metoda dobra przy obrabianiu zrzutów z ekranu monitora, np. okien dialogowych,obrabianiu zrzutów z ekranu monitora, np. okien dialogowych, przycisków. Można jej także użyć do najbardziej kontrastowych obrazów, oraz obrazów o motywach wyraźnie ułożonych na siatce. Reguły nie ma Decyzję należy podjąć drogą eksperymentu wszystkoReguły nie ma. Decyzję należy podjąć drogą eksperymentu - wszystko zależy od oczekiwanych rezultatów. Jest to jedyna interpolacja nie powodująca rozmycia kształtów – owo rozmycie jest jednak najczęściej

t b dl h i t l l d bpotrzebne dla zachowania naturalnego wyglądu obrazu.

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Interpolacja liniowa szczególny przypadek interpolacji za pomocą funkcji liniowej. Jeśli x określa wartość z przedziału x0 < x < x1,a y0 = 0 1 0f(x0) i y1 = f(x1) tablicę wartości danej funkcji, oraz h = x1 − x0 odstęp pomiędzy argumentami, wówczas liniową interpolację wartości L(x) funkcji f otrzymujemy jako:funkcji f otrzymujemy jako:

Interpolacja dwusześcienna - metoda, ta uwzględnia kolor od wszystkich ś i ik li i d j h ik l i t l D j jlośmiu pikseli sąsiadujących z pikselem interpolowanym. Daje ona najlepsze

rezultaty, łagodne krawędzie i przyjemny (naturalny) dla oka kolor i kształt obrazka po transformacji. Jest to domyślna opcja w większości programów graficznychgraficznych.

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

obraz oryginalny 16x16

powiększony 32x32 BCp ę y

powiększony 32x32 NN powiększony 32x32 BL

obraz oryginalny 16x16

powiększony 24x24 BCp ę y

powiększony 24x24 NN powiększony 24x24 BL

pomniejszony 8x8 BC

obraz oryginalny 16x16

pomniejszony 8x8 NNpomniejszony 8x8 BL

Reprezentacja koloru

Każdy z elementów dyskretnej reprezentacji obrazu może przyjmowaćKażdy z elementów dyskretnej reprezentacji obrazu może przyjmować tylko jeden z pośród ograniczonej ilości stanów. Ilość ta popularnie zwana ilością kolorów, może być także w komputerowej

t ji b i t t j k il ść bitóreprezentacji obrazu interpretowana jako ilość bitów przeznaczonych na zapamiętanie stanu jednego elementu (bpp –bits per pixel).

Najpopularniejsze formatybi 1 b 2 k l• binarny – 1 bpp – 2 kolory

• monochromatyczny – 8 bpp – 256 stopni szarości• kolorowy – 24 lub 32 bpp – 17 milionów odcieni kolorówkolorowy 24 lub 32 bpp 17 milionów odcieni kolorów

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

binarnymonochromatycznykolorowy yy yy

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.

Kolorowy256 64 16256

8 4 2

Marek Jan Kasprowicz – Analiza obrazu komputerowego – 2009 r.