Ćwiczenia z grafiki komputerowej 5 FILTRY. Miłosz Michalski. Institute of Physics Nicolaus Copernicus University. Październik 2015

Transkrypt

1 Ćwiczenia z grafiki komputerowej 5 FILTRY Miłosz Michalski Institute of Physics Nicolaus Copernicus University Październik / 12

2 Wykorzystanie warstw Opis zadania Obrazy do ćwiczeń Zadanie ilustruje techniki użycia standardowych filtrów w przetwarzaniu obrazów: Gaussowskich, medianowych, Laplace a i wyostrzających (szczegółowe algorytmy kurs Grafika 2D ) a) Usuwanie szumu i drobnych uszkodzeń obrazu (zad. szum nn.jpg) b) Wykrywanie krawędzi (zad. kraw nn.jpg) c) Poprawa ostrości przez lokalne wzmocnienie kontrastu (zad. ostr nn.jpg) W p. a) należy porównać działanie filtrów Gaussowskiego i medianowego (odplamianie). Zalecane użycie zaznaczeń w celu jak najlepszej ochrony ważnych szczegółów obrazu przed rozmyciem. W p. c) należy znaleźć optymalne wizualnie ustawienia parametrów wyostrzania. 2 / 12

3 Filtry rozmywające 3 / 12

4 Filtry rozmywające Działanie polega na przypisaniu każdemu pikselowi uśrednionej jasności niewielkiej grupy jego sąsiadów. W ten sposób obraz ulega lokalnemu wygładzeniu z utratą ostrości szczegółów 3 / 12

5 Filtry rozmywające Działanie polega na przypisaniu każdemu pikselowi uśrednionej jasności niewielkiej grupy jego sąsiadów. W ten sposób obraz ulega lokalnemu wygładzeniu z utratą ostrości szczegółów Zastosowanie usuwanie szumu, niepożądanych artefaktów kompresji jpg, itp. 3 / 12

6 Filtry rozmywające Działanie polega na przypisaniu każdemu pikselowi uśrednionej jasności niewielkiej grupy jego sąsiadów. W ten sposób obraz ulega lokalnemu wygładzeniu z utratą ostrości szczegółów Zastosowanie usuwanie szumu, niepożądanych artefaktów kompresji jpg, itp. Uśrednianie jednostajne (zwykłe rozmycie) lub Gaussowskie 3 / 12

7 Filtry rozmywające Działanie polega na przypisaniu każdemu pikselowi uśrednionej jasności niewielkiej grupy jego sąsiadów. W ten sposób obraz ulega lokalnemu wygładzeniu z utratą ostrości szczegółów Zastosowanie usuwanie szumu, niepożądanych artefaktów kompresji jpg, itp. Uśrednianie jednostajne (zwykłe rozmycie) lub Gaussowskie Regulacja promienia rozmycia (r = 1 blok 3 3 piksele) 3 / 12

8 Filtry rozmywające Działanie polega na przypisaniu każdemu pikselowi uśrednionej jasności niewielkiej grupy jego sąsiadów. W ten sposób obraz ulega lokalnemu wygładzeniu z utratą ostrości szczegółów Zastosowanie usuwanie szumu, niepożądanych artefaktów kompresji jpg, itp. Uśrednianie jednostajne (zwykłe rozmycie) lub Gaussowskie Regulacja promienia rozmycia (r = 1 blok 3 3 piksele) Stosujemy w połączeniu z zaznaczeniami dla ochrony ważnych szczegółów obrazu. 3 / 12

9 Filtr medianowy 4 / 12

10 Filtr medianowy Filtr medianowy lepiej zachowuje krawędzie Gauss mediana 4 / 12

11 Filtr medianowy Filtr medianowy lepiej zachowuje krawędzie Gauss mediana Piksele otoczenia punktu (i, j) podlegają sortowaniu wg. jasności, wartość środkowa w tym sortowaniu staje się nową wartością x ij 4 / 12

12 Filtr medianowy Filtr medianowy lepiej zachowuje krawędzie Gauss mediana Piksele otoczenia punktu (i, j) podlegają sortowaniu wg. jasności, wartość środkowa w tym sortowaniu staje się nową wartością x ij Parametr sterujący r: rozmiar bloku (2r + 1) (2r + 1) pix. 4 / 12

13 Filtr medianowy odplamianie 5 / 12

14 Filtr medianowy odplamianie GIMP: odplamianie (despeckle) używa 2 dodatkowych parametrów B i W (poziom czerni i bieli): w obliczeniu mediany biorą udział te piksele z otoczenia, których jasność mieści się w zakresie B W 5 / 12

15 Filtr medianowy odplamianie GIMP: odplamianie (despeckle) używa 2 dodatkowych parametrów B i W (poziom czerni i bieli): w obliczeniu mediany biorą udział te piksele z otoczenia, których jasność mieści się w zakresie B W Zmniejszenie zakresu B W powoduje większe ujednolicenie jasności w otoczeniach. Służy do odsiewania szumu wyraźnie różniącego się od tła (np. salt & pepper) 5 / 12

16 Filtr medianowy odplamianie GIMP: odplamianie (despeckle) używa 2 dodatkowych parametrów B i W (poziom czerni i bieli): w obliczeniu mediany biorą udział te piksele z otoczenia, których jasność mieści się w zakresie B W Zmniejszenie zakresu B W powoduje większe ujednolicenie jasności w otoczeniach. Służy do odsiewania szumu wyraźnie różniącego się od tła (np. salt & pepper) Ustawienia standardowe: B = 0, W = 255 zwykła mediana 5 / 12

17 Filtr medianowy odplamianie GIMP: odplamianie (despeckle) używa 2 dodatkowych parametrów B i W (poziom czerni i bieli): w obliczeniu mediany biorą udział te piksele z otoczenia, których jasność mieści się w zakresie B W Zmniejszenie zakresu B W powoduje większe ujednolicenie jasności w otoczeniach. Służy do odsiewania szumu wyraźnie różniącego się od tła (np. salt & pepper) Ustawienia standardowe: B = 0, W = 255 zwykła mediana W obszarach, gdzie jasność żadnego z pikseli bloku nie mieści się w zakresie B W filtr nie wprowadza zmian 5 / 12

18 Filtr medianowy odplamianie B=0 W=255 0% B=13 W=242 5% B=25 B=64 W=230 W=192 10% 25% 6 / 12

19 Filtry wykrywające karwędzie 7 / 12

20 Filtry wykrywające karwędzie Bazują na obliczaniu różnic jasności sąsiednich pikselów: mała różnica = kolor czarny duża różnica = kolor jasny 7 / 12

21 Filtry wykrywające karwędzie Bazują na obliczaniu różnic jasności sąsiednich pikselów: mała różnica = kolor czarny duża różnica = kolor jasny Istnieje kilka szczegółowych algorytmów różnicowych: Laplace a, Sobela, różnicowe rozmycie Gaussowskie itp. (p. materiał kursu Grafika 2D ) 7 / 12

22 Filtry wykrywające karwędzie Bazują na obliczaniu różnic jasności sąsiednich pikselów: mała różnica = kolor czarny duża różnica = kolor jasny Istnieje kilka szczegółowych algorytmów różnicowych: Laplace a, Sobela, różnicowe rozmycie Gaussowskie itp. (p. materiał kursu Grafika 2D ) Filtry wyostrzające wykorzystują także mechanizm detekcji krawędzi 7 / 12

23 Filtry wyostrzające Zasada działania polega na dodaniu lub odjęciu od obrazu wyjściowego odpowiednio wzmocnionego (lub osłabionego) obrazu wykrytych krawędzi. Efekt działania: wzmocnienie kontrastu wokół krawędzi, powodujące pozorne ich wyostrzenie. Parametry kontrolne: 8 / 12

24 Filtry wyostrzające Zasada działania polega na dodaniu lub odjęciu od obrazu wyjściowego odpowiednio wzmocnionego (lub osłabionego) obrazu wykrytych krawędzi. Efekt działania: wzmocnienie kontrastu wokół krawędzi, powodujące pozorne ich wyostrzenie. Parametry kontrolne: promień r szerokość rozmycia, powyżej której filtr nie działa 8 / 12

25 Filtry wyostrzające Zasada działania polega na dodaniu lub odjęciu od obrazu wyjściowego odpowiednio wzmocnionego (lub osłabionego) obrazu wykrytych krawędzi. Efekt działania: wzmocnienie kontrastu wokół krawędzi, powodujące pozorne ich wyostrzenie. Parametry kontrolne: promień r szerokość rozmycia, powyżej której filtr nie działa próg t minimalna różnica jasności wykrywana jako krawędź 8 / 12

26 Filtry wyostrzające Zasada działania polega na dodaniu lub odjęciu od obrazu wyjściowego odpowiednio wzmocnionego (lub osłabionego) obrazu wykrytych krawędzi. Efekt działania: wzmocnienie kontrastu wokół krawędzi, powodujące pozorne ich wyostrzenie. Parametry kontrolne: promień r szerokość rozmycia, powyżej której filtr nie działa próg t minimalna różnica jasności wykrywana jako krawędź rozmiar s stopień wzmocnienia kontrastu 8 / 12

27 Filtry wyostrzające parametry jasnoœæ r r t h 9 / 12

28 Filtry wyostrzające parametry jasnoœæ r r t h promień r szerokość rozmycia, r = DPI (dla dużych DPI 200 zmiany w obrębie 1 2 pikseli nie są widoczne gołym okiem) 9 / 12

29 Filtry wyostrzające parametry jasnoœæ r r t h promień r szerokość rozmycia, r = DPI (dla dużych DPI 200 zmiany w obrębie 1 2 pikseli nie są widoczne gołym okiem) próg t minimalna różnica jasności, t = 3 6 (RGB), t = 7 12 (GS) 9 / 12

30 Filtry wyostrzające parametry jasnoœæ r r t h promień r szerokość rozmycia, r = DPI (dla dużych DPI 200 zmiany w obrębie 1 2 pikseli nie są widoczne gołym okiem) próg t minimalna różnica jasności, t = 3 6 (RGB), t = 7 12 (GS) rozmiar s stopień wzmocnienia kontrastu s = h t, t s = % 9 / 12

31 Filtry wyostrzające parametry r=1 r=2 r=4 s=100% s=200% t=128 t=32 t=4 10 / 12

32 Filtry wyostrzające obrazy RGB Filtry wyostrzające mogą produkować niepożądane efekty w obrazach barwnych. Dzieje się tak, gdy wyostrzanie stosowane jest do każdego z kanałów RGB z osobna, a relacje jasności wokół krawędzi w różnych kanałach są odwrócone. 11 / 12

33 Filtry wyostrzające obrazy RGB Filtry wyostrzające mogą produkować niepożądane efekty w obrazach barwnych. Dzieje się tak, gdy wyostrzanie stosowane jest do każdego z kanałów RGB z osobna, a relacje jasności wokół krawędzi w różnych kanałach są odwrócone. 11 / 12

34 Filtry wyostrzające obrazy RGB Filtry wyostrzające mogą produkować niepożądane efekty w obrazach barwnych. Dzieje się tak, gdy wyostrzanie stosowane jest do każdego z kanałów RGB z osobna, a relacje jasności wokół krawędzi w różnych kanałach są odwrócone. Poprawnie: wyostrzanie powinno być wykonywane jedynie w kanale jasności. Należy obraz przeprowadzić do reprezentacji HSB, Lab itp. i zastosować filtr w odpowiednim kanale. 11 / 12

35 Filtry wyostrzające obrazy RGB Tęczowe aureole to efekt wyostrzania w każdym z kanałów RGB z osobna w miejscach, w których relacje jasności w kanałach są względem siebie odwrotne R G B Wiersz dolny: efekt zastosowania filtra wyłącznie w kanale jasności w rozkładzie HSB 12 / 12