Filtracja obrazu operacje kontekstowe

Transkrypt

1 Filtracja obrazu operacje kontekstowe Podział metod filtracji obrazu Metody przestrzenne i częstotliwościowe Metody liniowe i nieliniowe Główne zadania filtracji Usunięcie niepożądanego szumu z obrazu Poprawa ostrości Usunięcie określonych wad obrazu Poprawa obrazu o złej jakości technicznej Rekonstrukcja obrazu w przypadku jego degradacji Filtry liniowe i nieliniowe w dziedzinie przestrzennej obrazu Filtry liniowe bazują na operacjach liniowych (łatwiejsze w realizacji). Filtr jest liniowy jeśli funkcja go realizująca spełniają dwa warunki: jest addytywna jest jednorodna Filtry nieliniowe oferują bogatsze możliwości ale są trudniejsze w realizacji 1 Filtracja obrazu koncepcja Degradacja Filtr odwrotny Odtworzenie obrazu poddanego degradacji poprzez zastosowanie odpowiedniego filtru odwrotnego Na wyjściu procesu uzyskuje się estymatę obrazu poddawanego rekonstrukcji Podstawowy problem brak znajomości funkcji degradacji oraz zakłóceń (nie można zbudować filtru odwrotnego dokładnie odpowiadającego rzeczywistości) W praktyce metody rekonstrukcji i poprawy jakości polegają na heurystycznym aproksymowaniu nieznanego filtru odwrotnego 2

2 Splot funkcji (konwolucja) Splot jest zdefiniowany na całym obszarze zmiennej x ale funkcja h może mieć skończoną dziedzinę. W takim przypadku splot z funkcją h staje się filtrem. Przykład filtrowanie na zasadzie obliczania lokalnie wartości średnich pewnej zaszumionej funkcji f Filtr jako splot 3 Splot dyskretny Funkcja obrazowa jest dwuwymiarowa i dyskretna, splot upraszcza się do sumowania - okno filtru (maska) z wagami o wymiarach 2a+1 na 2b+1 Własności splotu (przydatne w realizacji praktycznej): łączność pozwala na rozdzielenie filtrowania dowolnie dużą maską na kolejne filtrowania za pomocą małych masek rozdzielność pozwala na zastąpienie filtracji dwuwymiarowego obrazu złożeniem filtracji jednowymiarowych 4

3 Splot dyskretny dla otoczenia 3x3 Realizacja praktyczna operacji splotu wymaga utworzenia nowego bufora dla obrazu wynikowego (w przeciwieństwie do operacji punktowych)! 5 Realizacja filtracji poprzez operację korelacji (stosowana w praktyce) Dla masek symetrycznych splot jest identyczny z korelacją Filtr dolnoprzepustowy powinien przenosić składową stałą suma wag powinna wynosić 1 Filtr górnoprzepustowy nie przenosi składowej stałej suma wag powinna wynosić 0 6

4 Filtry dolnoprzepustowe W współczynnik normalizacji suma wag maski filtru 1 a 1 1 b 1 b b 2 b b > 1 1 b 1 Filtr Gaussa W=9 W=8+a W=(b+2) 2 W=9 7 Filtry dolnoprzepustowe Filtr uśredniający W=9 3x3 Filtr uśredniający W=121 11x11 8

5 Filtr Gaussa b=2,5 imnoise(i,'gaussian',0,.005) Filtr uśredniający W = 7 9 Filtry górnoprzepustowe W=1 W=1 W= W=16 Filtr górnoprzepustowy 10

6 Filtry górnoprzepustowe wykrywające krawędzie Krawędź to granica pomiędzy dwoma regionami o różniących się poziomach jasności. Podstawą większości technik wykrywania krawędzi jest porównywanie wartości lokalnych pochodnych stosując metody gradientowe z określonym progiem Gradient dla obrazu w punkcie Moduł gradientu Operatory Robertsa pion poziom skos 11 Działanie operatorów Robertsa poziom pion skos pion poziom 12

7 Operatory Prewitta Aproksymują pierwszą pochodną, gradient może być estymowany dla ośmiu kierunków, największa wartość estymowana wskazuje kierunek gradientu. Pierwsze trzy maski operatora mają postać Operatory Sobela Mniej czułe na szumy, daje silniejszą odpowiedź Operatory Sobela Binaryzacja Filtry wykrywające narożniki przykład maski Robinsona

8 Filtry wyostrzające (laplasjany) Laplasjany - filtry liniowe oparte o drugie pochodne cząstkowe mają maskę symetryczną (nie mają charakteru kierunkowego), mogą służyć do wyostrzania obrazu oraz wykrywania krawędzi (produkuje podwójny kontur i czuły na szumy dlatego poprzedza się filtrem Gaussa) = Korelacja obrazu z wzorcem Współczynnik korelacji Filtracja obrazu Operację korelacji często wykorzystuje się do prostego porównywania obrazu (fragmentów obrazu) z nauczonym wzorcem. Wartość korelacji określa stopień dopasowania obszaru obrazu do wzorca Metoda taka jest bardzo prosta ale jest czuła na zakłócenia, zmianę orientacji i czasochłonna dla dużych wzorców K R=0,993 16

9 Filtry logiczne Filtracja obrazu filtry nieliniowe Filtracja logiczna jest najprostszym przykładem filtracji nieliniowej. Polega na badaniu wartości wyrażenia logicznego, które opisuje związki między punktami z dowolnie wybranego sąsiedztwa w zależności od potrzeb. Najczęściej wybiera się otoczenie w postaci czterosąsiedztwa z punktem analizowanym i stosuje się przede wszystkim dla obrazów binarnych Przykładowe reguły a b X c d Wyeliminowanie zakłóceń w postaci izolowanych punktów i poziomych linii o szerokości jednego piksela Usunięcie izolowanych pojedynczych punktów 17 Filtracja medianowa Filtracja obrazu filtry nieliniowe Wartość wynikowa punktu jest medianą (wartością środkową) zbioru punktów z sąsiedztwa branych pod uwagę do filtracji Zaleta filtrów medianowych zdolność do usuwania większości lokalnych zakłóceń i szumów typu sól i pieprz. Filtry medianowe nie powodują zamazywania krawędzi i drobnych detali w porównaniu do filtracji liniowej i metod konwolucyjnych Filtracja medianowa dla zakłócenia Przed filtracją Po filtracji Filtr medianowy Filtr uśredniający 18

10 Filtracja obrazu filtry nieliniowe Filtracja medianowa dla krawędzi Przed filtracją Po filtracji Filtr medianowy Filtr uśredniający 19 Filtracja obrazu filtry nieliniowe Filtry lokalnego maksimum i minimum Stosowane jako podstawowe operatory morfologiczne odpowiednio dylatacji i erozji na obrazach monochromatycznych Element strukturalny Dylatacja Erozja 20