باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

: جلسه پنجمرهای با استفاده از عملگتبدیل تصاویر

ریخت شناسی

الهام شعبانی نیا:مدرسدانشجوی دکترای هوش مصنوعی

دانشگاه اصفهان

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مقدمه.شددادهتوسعهگسستهتصاویرپردازشوتحلیلمنظوربه1960سالدرریخت‌شناسیفیلترهایتئوری•شده،عریفتپیشازریختیالمانیکباتصویرپیمایشباکهشده‌اندتعریفعملگرهاازمجموعه‌ایروشایندر•

.می‌پردازندتصویررویبرتبدیلانجامبه.شوندمیتعریفخاکستریوباینریتصاویررویبرپایهصورتبهشناسیریختعملگرهای•وگرفتهقرارسلپیکاینرویبرساختاریالمانلنگرپیکسلمی‌شود،اعمالپیکسلیکرویبرفیلترکهزمانی•

خواهندهمجموعایندرگیرندمیقرارساختاریالمانپوششتحتکهپیکسلآنهمسایگیپیکسل‌هایتمامی.بود

2

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

عملگرهای ریخت شناسی(erosion)سایش-1

.می‌نمایدجایگزینپیکسلیمجموعهدرموجودمقدارکمترینباراپیکسلمقدار،سایش

.می‌نمایداستفاده3×3ساختاریالمان‌هایازOpenCVپیش‌فرض،صورتبهبه(()cv::Matیکاینجادر)خالیماتریسیککهمی‌گیرندقراراستفادهموردزمانیپیش‌فرضالمان‌هایاین

می‌شود؛دادهگسترشوسایشتوابعبهسومآرگومانعنوانآنازادهاستفوماتریسیکصورتبهآن‌هاتعریفبادلخواه،شکلواندازهباساختاریالمان‌هایازمی‌توانیدشمااما.نماییداستفادهنیزتوابع،اینسومآرگومانعنوانبه

3

Erodes an image by using a specific structuring element.

C++: void erode(InputArray src, OutputArray dst, InputArray kernel, Point anchor=Point(-1,-1),

int iterations=1 )

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

عملگرهای ریخت شناسی

(erosion)سایش-1.می‌نمایدجایگزینپیکسلیمجموعهدرموجودمقدارکمترینباراپیکسلمقدار،سایش

4

Erodes an image by using a specific structuring element.

C++: void erode(InputArray src, OutputArray dst, InputArray kernel, Point anchor=Point(-1,-1),

int iterations=1 )

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

عملگرهای ریخت شناسی

(dilation)گسترش-1•.می‌نمایدجایگزینپیکسلیمجموعهدرموجودمقداربیشترینباراپیکسلمقداروبودهسایشمکملگسترش

.می‌کندپشتیبانیدرجاپردازشازOpenCVریخت‌شناسیتوابعکهکرداشارهنیزنکتهاینبهبایدهمچنین:توجه.گیردقراراستفادهموردتوابعایندرنتیجهتصویرعنوانبهمی‌تواندورودیتصویرکهاستمعنیاینبهاین

5

Dilates an image by using a specific structuring element.

C++: void dilate(InputArray src, OutputArray dst, InputArray kernel, Point anchor=Point(-1,-1),

int iterations=1 )

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

عملگرهای ریخت شناسی

(dilation)گسترش-1•.می‌نمایدجایگزینپیکسلیمجموعهدرموجودمقداربیشترینباراپیکسلمقداروبودهسایشمکملگسترش

6

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مثال

.کنیممیامتحانخاکستریتصویریکرویبررافرسایشوگسترشعملگرهای•

7

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

سطح باالی ریخت شناسیفیلترهای

8

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

باالسطح فیلترهای .دکراستفادهعملگرهادیگرتعریفبرایمی‌توانسایش،وگسترشریخت‌شناسیپایه‌ایعملگردواز•

فیلتر،هرمتناظرکدباcv::morphologyExتابعازریخت‌شناسی،باالیسطحفیلترهایاعمالمنظوربه•.می‌شوداستفاده

9

C++: void morphologyEx(InputArray src, OutputArray dst, int op,

InputArray kernel, Pointanchor=Point(-1,-1), int iterations=1)

Type of a morphological operation that can be one of the following:

•MORPH_OPEN - an opening operation

•MORPH_CLOSE - a closing operation

•MORPH_GRADIENT - a morphological gradient

•MORPH_TOPHAT - “top hat”

•MORPH_BLACKHAT - “black hat”

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فیلتر باز کردن

می‌شودتعریفیافتهسایشتصویرگسترشصورتبهکردن،باز•

10

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فیلتربستن

.می‌شودتعریفگسترش‌یافتهتصویرسایشصورتبه،بستن•

11

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فیلتر بازکردن و بستن.می‌گیرندقراراستفادهمورداشیاشناساییدرمعموالًفیلترهااین•کردنبازلترفیکهصورتیدرکرده،متصلیکدیگربهراشده‌اندتکه‌تکهاشتباهاًکهاشیاییبستنفیلتر•

می‌کند؛حذفراشده‌اندایجادتصویردرنویزخاطربهکهکوچکیحباب‌هایپیدرپیصورتبهباینریتصاویررویبراگر.بودخواهدسودمندبسیارآن‌هاازترتیببهاستفاده‌یبنابراین•

.ماندخواهدباقیتصویردرموجوداصلیاشیایتنهانهایتدرشود،اعمالکردنبازوبستنفیلترهایتصویررویبرثیریتأ(بستنفیلترمتقابالًو)کردنبازفیلتربارهچندیناعمالکهداشتتوجهنکتهاینبهباید•

دیگردفعاتدرشده‌اند،پرفیلتراعمالاولدفعهدرکوچکسوراخ‌هایکهآنجاییاز.داشتنخواهدنتیجه.می‌شودگفتهidempotentعملگرها،این‌گونهبهریاضیاصطالحدر.شدنخواهدحاصلتصویر،درتغییری

12

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مثال.کنیممیحذفراناخواستهنویزهایزیرتصویردر•

.کنیمجداخطوطازرادوایرتمامداریمقصدزیرتصویردر•

13

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فیلتر گرادیان ریخت شناسیاینرفتنگنظردرخاکستری،تصاویررویبرریخت‌شناسیعملگرهایتأثیرچگونگیدرکبرایسادهروشیک•

خواهند(تفاعار)بلندیمیزانمعرفخاکستریسطوحکهصورتیبهاست،توپولوژیکیالیه‌هایصورتبهتصاویر.بود

هکآنجاییازهمچنین.دادخواهندتشکیلرادره‌هاتیره‌تر،رنگ‌هایوکوه‌هاروشن‌تر،رنگ‌هایدیدگاهایناز•با‌هاییصخره)پرتگاه‌هامی‌باشند،تاریکبهروشنپیکسل‌هایازسریعتغییراتمعرفآنکهدلیلبهلبه‌ها

.می‌دهندشکلرا(تندشیب‌هایدرموجودمقدارکمترینباپیکسلهرشود،اعمالبلندی‌هاوپستیاینرویبرسایشعملگراگرحال•

.شدخواهدآنارتفاعکاهشباعثنتیجهدرکهشد،خواهدجایگزینخودهمسایگیترشگسدره‌هاداخلسمتبهپرتگاه‌هامی‌شودباعثکهداشت،خواهدمتضادکامالًنتیجه‌ایگسترشعملگر•

.ماندخواهندتغییربدوننسبتاًهموارمناطقحالتدوهردرچندهر.یابند

14

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فیلتر گرادیان ریخت شناسی.می‌کندمعرفیرا(پرتگاه‌ها)لبه‌هاتشخیصبرایسادهروشیشده،مطرحدیدگاه•.می‌آیددستبههیافتسایشتصویرویافتهگسترشتصویربینتفاضلمحاسبهبالبه‌هامکانکهصورتاینبه•اینتفاضلبا،می‌گیردصورتلبه‌هامکاندریافتهسایشوگسترشتصویردوتغییراتبیشترینکهآنجاییاز•

.می‌شودمشخصبیشترچههرلبه‌هااینموقعیتتصویر،دو

آنورودیآرگومانکهزمانیcv::morphologyExتابعکهاستکاریدقیقاًاین•cv::MORPH_GRADIENT،می‌دهدانجامباشد.

.ودبخواهندضخیم‌ترنیزشدهدادهتشخیصلبه‌هایباشد،بزرگ‌ترساختاریالماناندازههرچهاستبدیهی•

15

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

Top hatفیلتر

رازیرفیلترباشد،cv::MORPH_TOPHATآنورودیآرگومانکهزمانیcv::morphologyExتابع•:کندمیاعمال

16

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

Top hatفیلتر

رازیرفیلترباشد،MORPH_BLACKHATآنورودیآرگومانکهزمانیcv::morphologyExتابع•:کندمیاعمال

17

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مثال

.آوریدبدستشناسیریختعملگرهایکمکباراتصویریکهایلبه•

18

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

قطعه بندی تصاویر با استفاده از الگوریتم آبگیر

19

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

الگوریتم آبگیربهی‌توانمآنازاستفادهباکهمی‌باشدتصویرپردازشزمینهدرمعروفالگوریتم‌هایازیکیآبگیرالگوریتم•

.نمودتقسیمهمگنناحیه‌هاییبهراتصویریکسرعتگرفتهنظردرتوپولوژیالیه‌هایصورتبهتصویرکهزمانیکهاستاستواراساساینبرالگوریتمایناصلیایده•

صلیانسخهدر.شده‌اندمحصورشیب‌داریلبه‌هایتوسطمسطحنسبتاًحوزه‌هایبامتناظرهمگننواحیشود،.می‌نمایدتقسیمکوچکناحیهچندینبهراآنتصویر،حدازبیشقطعه‌بندیباالگوریتماین

•OpenCVمنظوربهشدهتعریفپیشازگذارینشانهچندازکهمی‌دهدارائهراالگوریتماینازدیگرینسخه.می‌نمایداستفادهقطعه‌بندینحوهراهنمایی

20

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

الگوریتم آبگیر

.می‌شوداستفادهآبگیرالگوریتماساسبرتصاویرقطعه‌بندیبرایcv::watershedتابعاز•رغیپیکسلهرکهمی‌باشدعالمت‌دارصحیحمقادیربابیتی32شدهنشانه‌گذاریتصویریکتابعاینورودی•

.می‌باشدبرچسبیکمعرفصفر

بر.می‌باشندیخاصناحیهبهمتعلقیقینطوربهکهمی‌باشدتصویرپیکسل‌هایازبرخینشانه‌گذاریاصلی،ایده•چهبهمتعلقپیکسل‌هادیگرکهنمودخواهدمشخصآبگیرالگوریتمشده،نشانه‌گذاریتصویرایناساس

.هستندناحیه‌هایی

21

void watershed(InputArray image, InputOutputArray markers)

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

الگوریتم آبگیر

.دهدبتابعاینبهورودیعنوانبهدلخواهبرچسبتعدادهرباایشدهنشانه‌گذاریتصویرمی‌تواندکاربر•255ازربیشتبتواندتااستشدهانتخابعالمت‌دارصحیحمقادیربابیتی32صورتبهشدهنشانه‌گذاریتصویر•

داردنگهخوددررابرچسبتاستصویریاین.داردنگهخوددرمی‌شود،دادهاختصاصسدپیکسل‌هایبهکهرا-1مقداربتواندهمچنینو•

.می‌شودبازگرداندهcv::watershedتابعتوسطکه

22

void watershed(InputArray image, InputOutputArray markers)فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

الگوریتم آبگیر

.می‌کنیماستفادهتوپولوژیدیدگاهازآبگیرالگوریتمکارکردچگونگیتوضیحبرای•صفرطحسازآب.استتصویرمعادلتوپولوژیبهسیالبانداختنراهبهآبگیر،الگوریتمپشتدرپنهانایده•

تشکیلآبریزحوزهیک،(...و1،2،3سطوحبه)می‌یابدافزایشآنسطحکهطورهمانومی‌شودشروع.می‌دهد

.شددخواهنادغامیکدیگربانهایتدرمختلفحوزهدوآبنهایتدرومی‌یابدافزایشتدریجبهحوزهایناندازه•.داردنگهجدایکدیگرازراحوزهدوآنتامی‌کندایجادسدیکالگوریتملحظهایندر•یقطعه‌بندشدهایجادسدهایوآبگیرحوزه‌هایمجموعهرسید،خودمقداربیشترینبهآبسطحکهزمانی•

.می‌دهندشکلراآبگیر

23

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

الگوریتم آبگیرزمانیودادخواهدتشکیلراکوچکیبسیارآبگیرحوزه‌هایابتدادرآبگیری،روندمی‌رود،انتظارکههمان‌گونه•

عثبانتیجهدرکهمی‌شودایجادزیادیبسیارسدهایباشند،شدنادغامحالدریکدیگرباحوزه‌هااینکه.شدخواهدتصویرحدازبیشقطعه‌بندی

شدهگزاریهنشانپیشازسطوحازآبگیریالگوریتم،اینتغییریافتهنسخهدرمشکلاینازجلوگیریبرای•ودمی‌شودادهاختصاصنشانههمانمقداربامطابقبرچسبینشانهاینازشدهایجادحوزهبه.می‌شودشروعی‌شوندمادغامیکدیگرباآن‌هاونشدهایجادسدیدیگرمی‌رسندهمبهیکسانبرچسب‌هایباحوزهدوکهزمانی

.می‌شودجلوگیریحدازبیشقطعه‌بندیمشکلازنتیجهدرکه.می‌افتداتفاق،cv::watershedتابعفراخوانیباکهاستروندیاین•

24

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مثالبهمربوطناحیهزیرتصویردر•

.نماییداستخراجرازمینهپیش

25

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

با استفاده از الگوریتم زمینه پساستخراج اشیای GrabCut

26

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

•OpenCVالگوریتمهمچنینGrabCutمی‌باشد،قطعه‌بندیزمینهدردیگریمعروفالگوریتمکهرا.استنمودهپیاده‌سازی

الگوریتمباشباهت‌هاییآناستفادهنحوهدرکهآنجاییازامانمی‌کندعملریخت‌شناسیمبنایبرالگوریتماین•.می‌نماییممعرفیدستورالعملایندرراآندارد،وجودآبگیر

27

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

.دمی‌نمایتولیدرادقیق‌ترینتایجامامی‌باشد،زیادترینسبتاًمحاسباتیباردارایGrabCutالگوریتم•صورتبهراپیش‌زمینهاشیایمی‌خواهیدکهاستزمانیبرایانتخاببهترینالگوریتماینکهگفتمی‌توان•

دادهقرارگریدیتصویردروبریده‌شدهتصویریازاشیاایناستنیازکهزمانیمثالبرای)نماییداستخراجکامل(.شود

28

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

لیست پارامترها•imgتصویر‌ورودی•Mask-ینه‌پس‌زم/پس‌زمینه‌و‌چه‌نواحی‌احتماال‌پیش‌زمینه‌/ماسکی‌که‌با‌آن‌مشخص‌می‌کنیم‌چه‌نواحی‌پیش‌زمینه

(‌‌cv2.GC_BGD, cv2.GC_FGD, cv2.GC_PR_BGD, cv2.GC_PR_FGD)اینکار‌با‌پرچم‌های‌زیر.‌هستند.انجام‌می‌شود3و0،1،2و‌یا‌ساده‌تر‌از‌آن‌با‌تعیین‌

•rect .مختصات‌پنجره‌ای‌است‌که‌شیئ‌پیش‌زمینه‌را‌شامل‌می‌شود-

29

void grabCut(InputArray img, InputOutputArray mask, Rect rect, InputOutputArray bgdModel,

InputOutputArray fgdModel, int iterCount, int mode=GC_EVAL فرادرس(

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

پارامترهالیست

•bdgModel, fgdModelه‌به‌این‌منظور‌مورد‌استفاداین‌دو‌آرایه‌.‌آرایه‌های‌مورد‌استفاده‌در‌داخل‌الگوریتمو‌از‌آن‌ها‌می‌توان‌در‌فراخوانی‌های‌دوباره‌این‌قرار‌می‌گیرند‌که‌الگوریتم‌وضعیت‌داخلی‌خود‌را‌در‌آن‌ها‌ذخیره

.‌‌تابع‌به‌منظور‌ادامه‌بهبود‌قطعه‌بندی‌بر‌روی‌همان‌تصویر‌استفاده‌نمود•iterCountتعداد‌تکرارهایی‌که‌الگوریتم‌باید‌اجرا‌شود.•mode-که‌بایستیGC_INIT_WITH_RECTیا‌GC_INIT_WITH_MASKیا‌ترکیب‌این‌دو‌باشد.

30

void grabCut(InputArray img, InputOutputArray mask, Rect rect, InputOutputArray bgdModel,

InputOutputArray fgdModel, int iterCount, int mode=GC_EVAL فرادرس(

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

قطعاتبهتصویرقطعه‌بندیبهزیرصورتبهGrabCutالگوریتمورودی،اطالعاتنمودنمشخصبا•.می‌پردازدزمینهپسوپیش‌زمینه

(cv::GC_PR_FGD)پیش‌زمینهبرچسبنشده،نشانه‌گذاریپیکسل‌هایتمامیبهموقتطوربهابتدا•.می‌شوددادهاختصاص

K)می‌کندیمتقسدستهچندینبهرنگیتشابهاساسبرراپیکسل‌هاالگوریتمکنونی،بخش‌بندیاساسبر•.(زمینهپسبرایبخشKوپیش‌زمینهبرایبخش

پسطعاتقتشخیصبهپیش‌زمینهوزمینهپسپیکسل‌هایبینمرزهاییمعرفیباالگوریتمبعدمرحلهدر•،می‌گیردانجامبهینه‌سازیروندیکباکاراین.می‌پردازدپیش‌زمینهوزمینه

درومایدنمتصلیکدیگربهراآن‌هاپیکسل‌هاشباهتاساسبرتامی‌کندسعیالگوریتمکهصورتاینبه•رنظدرمجازاتمقداریکآن‌هابرایباشدداشتهقراریکدستنسبتاًمقادیربانواحیدرمرزیکهصورتی‌.می‌گیرد

31

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

GrabCutالگوریتم

.می‌شودحلGrabCutsالگوریتمتوسطبهینه‌سازیمسئلهاین•بهش‌هاییبرآندرکهمتصلگرافیکقالبدرراآنویافتهراممکنجواببهینه‌ترینمی‌تواندالگوریتماین•

.دهدارائهاست،شدهاعمالجواببهترینبهرسیدنمنظورساسابر.می‌دهداختصاصپیکسل‌هابهراجدیدیبرچسب‌هایآمده،دستبهقطعه‌بندیاساسبرالگوریتم•

همینویدآدستبهبهینه‌تریقطعه‌بندیتاشودتکرارمی‌توانددوبارهبخش‌بندیروندجدیدبرچسب‌هایاین.یابدادامهمی‌تواندرونداینطور

ربهینه‌تراگرفتهانجامقطعه‌بندیتدریجبهکهاستتکراریروندیکدارایGrabCutالگوریتمبنابراین•در).آیددستبهمتفاوتتکرارهایتعدادبامی‌تواندبهینهقطعه‌بندییکتصویر،پیچیدگیبهبسته.می‌سازد

!(باشدکافیمی‌تواندتکراریکسادهتصویریک.دمی‌کنمشخصراتکرارتعدادهمینمی‌شود،دادهشده،معرفیتابعبهآرگومانآخرینعنوانبهکهعددی•

32

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

مثال

.نماییداستخراجرازمینهپیشبهمربوطناحیهزیرتصویردر•

33

فرادرس

FaraDars.org

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

34

فرادرس این اسالید ها بر مبنای نکات مطرح شده در « آموزش پردازش تصویر با »

.تهیه شده است

.نماییدلینک زیر مراجعه برای کسب اطالعات بیشتر در مورد این آموزش به

faradars.org/fvimg9405

باتصویر پردازش

faradars.org/fvimg9405

فرادرس

FaraDars.org