MODELOWANIE OBRAZÓW METODAMI ANALIZY FUNKCJONALNEJ (WIELU SKAL)

Podobne dokumenty
2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

LABORATORIUM AKUSTYKI MUZYCZNEJ. Ćw. nr 12. Analiza falkowa dźwięków instrumentów muzycznych. 1. PODSTAWY TEORETYCZNE ANALIZY FALKOWEJ.

Cyfrowe przetwarzanie i kompresja danych

Transformaty. Kodowanie transformujace

Informacja o przestrzeniach Hilberta

Zastosowanie falek w przetwarzaniu obrazów

Transformata Fouriera

4 Zasoby językowe Korpusy obcojęzyczne Korpusy języka polskiego Słowniki Sposoby gromadzenia danych...

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 8 Transformaty i kodowanie cz. 2. Przemysław Sękalski.

TRANSFORMATA FALKOWA 2D. Oprogramowanie Systemów Obrazowania 2016/2017

Przetwarzanie Sygnałów. Zastosowanie Transformaty Falkowej w nadzorowaniu

Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów 1. Sygnały i ich parametry Pojęcia podstawowe Klasyfikacja sygnałów

TRANSFORMATA FALKOWA. Joanna Świebocka-Więk

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

POSZUKIWANIE FALKOWYCH MIAR POTENCJAŁU INFORMACYJNEGO OBRAZÓW CYFROWYCH JAKO WSKAŹNIKÓW JAKOŚCI WIZUALNEJ

FILTRACJE W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI

ALA MA KOTA MEDIA - OBRAZ OBRAZ. Operacje na obrazie. Informacja ukryta w teksturach, hierarchii krawędzi. Obraz to kompozycja:

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

Kompresja Danych. Streszczenie Studia Dzienne Wykład 13, f(t) = c n e inω0t, T f(t)e inω 0t dt.

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

9. Dyskretna transformata Fouriera algorytm FFT

WYKŁAD 9 METODY ZMIENNEJ METRYKI

Laboratorium Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych

Metody rozwiązania równania Schrödingera

Pałkowa analiza sygnałów

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

CYFROWE PRZTWARZANIE SYGNAŁÓW (Zastosowanie transformacji Fouriera)

Transformacje Fouriera * podstawowe własności

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

Zmiany fazy/okresu oscylacji Chandlera i rocznej we współrzędnych bieguna ziemskiego.

Algebra liniowa z geometrią

φ(x 1,..., x n ) = a i x 2 i +

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 9 AiR III

Lista. Przestrzenie liniowe. Zadanie 1 Sprawdź, czy (V, +, ) jest przestrzenią liniową nadr :

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Adaptacyjne Przetwarzanie Sygnałów. Filtracja adaptacyjna w dziedzinie częstotliwości

Automatyczne rozpoznawanie mowy - wybrane zagadnienia / Ryszard Makowski. Wrocław, Spis treści

Szybka transformacja Fouriera (FFT Fast Fourier Transform)

Kompresja dźwięku w standardzie MPEG-1

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 7 Transformaty i kodowanie. Przemysław Sękalski.

Kodowanie transformacyjne. Plan 1. Zasada 2. Rodzaje transformacji 3. Standard JPEG

Systemy. Krzysztof Patan

Przekształcenia widmowe Transformata Fouriera. Adam Wojciechowski

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Analiza i modelowanie przepływów w sieci Internet. Andrzej Andrijew

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 2

z = x + i y := e i ϕ z. cos ϕ sin ϕ = sin ϕ cos ϕ

Różne reżimy dyfrakcji

8. Analiza widmowa metodą szybkiej transformaty Fouriera (FFT)

Wykład 2. Transformata Fouriera

przetworzonego sygnału

DYSKRETNE PRZEKSZTAŁCENIE FOURIERA C.D.

Akwizycja i przetwarzanie sygnałów cyfrowych

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Zmiany fazy/okresu oscylacji Chandlera i rocznej we współrzędnych bieguna ziemskiego.

Wykład 6: Reprezentacja informacji w układzie optycznym; układy liniowe w optyce; podstawy teorii dyfrakcji

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Modelowanie

Instrukcja do laboratorium z cyfrowego przetwarzania sygnałów. Wybrane właściwości Dyskretnej Transformacji Fouriera

POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Przestrzeń unitarna. Jacek Kłopotowski. 23 października Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH

Lista. Algebra z Geometrią Analityczną. Zadanie 1 Przypomnij definicję grupy, które z podanych struktur są grupami:

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 7 AiR III

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

f = 2 śr MODULACJE

Analiza matematyczna / Witold Kołodziej. wyd Warszawa, Spis treści

Wykład 1. Przestrzeń Hilberta

Adaptive wavelet synthesis for improving digital image processing

BIBLIOTEKA PROGRAMU R - BIOPS. Narzędzia Informatyczne w Badaniach Naukowych Katarzyna Bernat

Transformata Laplace a to przekształcenie całkowe funkcji f(t) opisane następującym wzorem:

AiR_CPS_1/3 Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Digital Signal Processing

spis treści 1 Zbiory i zdania... 5

Analiza porównawcza wybranych transformat w kontekście zobrazowania zaszumionego sygnału harmonicznego

Baza w jądrze i baza obrazu ( )

Rozdział 1 PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE

INTERPOLACJA I APROKSYMACJA FUNKCJI

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

Ćwiczenia nr 7. TEMATYKA: Krzywe Bézier a

Sylabus do programu kształcenia obowiązującego od roku akademickiego 2012/13

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Wykład 10. Transformata cosinusowa. Falki. Transformata falkowa. dr inż. Robert Kazała

Falki, transformacje falkowe i ich wykorzystanie

1 Przestrzeń liniowa. α 1 x α k x k = 0

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

Zadania z algebry liniowej Iloczyn skalarny, przestrzenie euklidesowe

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

ALGEBRA LINIOWA 2. Lista zadań 2003/2004. Opracowanie : dr Teresa Jurlewicz, dr Zbigniew Skoczylas

Numeryczna algebra liniowa. Krzysztof Banaś Obliczenia Wysokiej Wydajności 1

WYMAGANIA DOTYCZĄCE ZALICZENIA ZAJĘĆ

uzyskany w wyniku próbkowania okresowego przebiegu czasowego x(t) ze stałym czasem próbkowania t takim, że T = t N 1 t

Mechanika kwantowa Schrödingera

Akustyka muzyczna ANALIZA DŹWIĘKÓW MUZYCZNYCH

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

(1.1) gdzie: - f = f 2 f 1 - bezwzględna szerokość pasma, f śr = (f 2 + f 1 )/2 częstotliwość środkowa.

Transkrypt:

MODELOWANIE OBRAZÓW METODAMI ANALIZY FUNKCJONALNEJ (WIELU SKAL) Materiały KWOD, A.Przelaskowski Analiza funkcjonalna i harmoniczna Falki Dekompozycja falkowa Falki W

Podsumowanie Wprowadzenie: technika, rys historyczny Cyfrowa radiologia, doskonalenie technik obrazowania, integracja środowiska wspomagania Ograniczenia diagnostyki obrazowej poziom i przyczyny błędów Przegląd metod przetwarzania i analizy obrazów Koncepcja CAD vs ACD podstawowe idee wspomagania Rozumienie i interpretacja obrazów Przykłady CAD (rak płuc, rak sutka) Problem indeksowania (CAD-CBIR) Modele obrazów Funkcjonalna analiza obrazów

Analiza funkcjonalna Cechy obrazów: skalowalność w rosnącej dziedzinie, co prowadzi do koncepcji uciąglenia sygnałów Funkcja opisem informacji: dobieramy funkcje przybliżające z sieci aproksymacji danego rozwiązania (możliwie małolicznej względem błędu aproksymacji) Teoria: analiza funkcjonalna (harmoniczna) i teoria aproksymacji Praktyka: hierarchiczne bazy wielu skal opisujące zarazem właściwości lokalne i globalne, przestrzenne i częstotliwościowe obrazów

Interpolacja oraz aproksymacja istoty sygnału Sygnały o skończonej energii ciągły s( t) L ( R), czyli s( t) dt dyskretny s l (Z), czyli n s n Analiza funkcjonalna Interpolacja sygnału za pomocą bazy funkcji s( t) a ( t n), gdzie a s, s( t) ( t); ( t) ( t n) n n n n n n Aproksymacja istoty sygnału s M n1 a n n s n A M a n n liniowa nieliniowa (A M jest zbiorem M największych współczynników)

Efektywne modele aproksymacji nieliniowej Model z 15 % współczynników uporządkowanych nierosnąco 50 50 00 00 150 150 100 100 50 50 50 0 0 00 400 600 800 1000 100 sygnał oryginalny 0 50 0 00 400 600 800 1000 100 transformaty Fouriera (D=45,5) 00 00 150 150 100 100 50 50 0 0 00 400 600 800 1000 100 transformaty DCT (D=37,4) 0 0 00 400 600 800 1000 100 transformaty falkowej (D=0,008)

Potęga Fouriera Częstotliwościowa analiza sygnałów Dla każdej funkcji f(x) okresowej () mamy szereg: f a x a a cos kxb kx 0 a k b k 1 k1 0 k k sin 0 1 0 1 0 f f f xdx xcoskxdx xsinkxdx Zespolone szeregi Fouriera f x a k k e j x k, a R k

Transformacja Fouriera (analiza i synteza) Zakładamy, że f, czyli energia f jest skończona: f = Iloczyn skalarny (metryka): operator TF: ciągła: dyskretna: fˆ( ) 1 1 fˆ k f n e N 1 n0 f ( t) e it dt π i kn N

Falki Shannona Shannonowska funkcja przesłony: Shannon ( x) sinc (x) sinc ( x) { Shannon ( x) : j, k Z} jest orthonormalną bazą przestrzeni L j,k (R)

Falki Shannona Widmo shannon ( x) sinc (x) sinc ( x) widmo sinc (x) widmo sinc ( x) Reprezentacja sygnałów: ograniczonych do pasma, ) można opisać za pomocą sinc(xn) ograniczonych do (, ), ), za pomocą ( x n) ograniczonych do (4, ), 4), za pomocą, n... 1 (x n) 1,n 1 x ( n) 4

Podział przestrzeni czas-częstotliwość (położenie-skala) Zasada nieoznaczoności Heisenberga, czyli atomy położenieczęstotliwość: x t Dobór atomów zależnie od charakteru sygnału sinc(4x-k) częstotliwość frequency sinc(x-m) sinc(x-n) czas time

FALKI

Falki czyli natura Falki odzwierciedlają naturalny charakter informacji (treści) obrazowej Yves Meyer: Falki, gdziekolwiek one są, nie pomagają nam wyjaśnić faktów naukowych, ale pozwalają opisać rzeczywistość wokół nas, bez względu na to jak bardzo jest naukowa Falkowe korzyści: Naturalny opis obrazu w wielu skalach Hierarchia i zależność informacji Selektywność informacji Upakowanie informacji Łatwiejsza identyfikacja informacji użytecznej Składanie (synteza) informacji w różnej postaci Klasyfikacja jakościowa i ilościowa

Poszukujemy reprezentacji!!! - nie interpretacji Benoit Mandelbrot: Świat wokół nas jest bardzo złożony. Narzędzia opisu świata, jakimi dysponujemy, są bardzo słabe. Pitagoras: nie wyrażaj małej rzeczy w wielu słowach, lecz rzecz wielką w niewielu Pitagoras: liczba jest istotą wszystkich rzeczy Stefan Kisielewski: wszak istotą jest zasada, nie zaś elementy, poprzez które się ona realizuje Ważna jest relacja: opis (reprentacja-model) uwarunkowania fizyczne interpretacja (semantyka)

Definicja falki Falka to funkcja f o następujących właściwościach: a) f, czyli energia f jest skończona: b) wartość średnia f wynosi zero, tj. Warunki te wymuszają co najmniej kilka oscylacji c) alternatywnie do a) i b): Warunki a) i b) oraz c) są równoważne, jeśli f zanika szybciej niż dla Cechy: silnie wyróżniona jest lokalizacja w czasie, tj. funkcja jest lokalna nośnik (zbiór niezerowych wartości) jest zwarty (czyli domknięty i ograniczony) i niepusty nośnik jest prawie zwarty (widmo częstotliwościowe ma zwarty nośnik) kształt przypomina gasnące pobudzenie ośrodka, tj. falę z gasnącymi amplitudami kolejnych oscylacji oddalających się od zaburzenia centralnego

Transformacja falkowa Baza przekształcenia liniowego: rodzina falek Transformacja falkowa (ciągła)

Przykład: kapelusz meksykański: Ciągła transformacja falkowa

Ciągła transformacja falkowa - synteza rekonstrukcja: warunek na falki: warunek uproszczony: Problemy z dokładną rekonstrukcją rozwiązanie: transformacja dyskretna

Problem doboru bazy przekształcenia przykładowe falki: baza falkowa: translacja skalowanie s, x ( t) 1 t x, s s s 0 Baza funkcji dopasowanych do cech sygnału (obrazu?) falka Meyera wraz z funkcją skalującą

APROKSYMACJA WIELOROZDZIELCZA

Analiza (aproksymacja) wielorozdzielcza Teoria nawiązująca do piramid wieloskalowych (Gaussa, Laplace a) Efekt: praktyczny schemat liczenia dyskretnej transformacji falkowej Istnieją algorytmy alternatywne Wielorozdzielczość - jednoczesne występowanie wielu skal w reprezentacji sygnału Zasadnicza idea: dekompozycja funkcji na centralną reprezentację zgrubną (niskorozdzielczą) oraz sekwencję reprezentacji szczegółowych (wysokorozdzielczych) procedura dekompozycji zakłada kolejne aproksymacje sygnału z malejącą rozdzielczością (rosnącą skalą)

Hierarchiczna piramida - = - = =

Definicja MRA (multiresolution analysis/approximation) (niezmiennicza względem przesunięcia, skalowanie z dwójką) (skalowanie) (skalowanie przez ) (zerowanie reprezentacji zgrubnej wytracenie całej energii w reprezentacjach szczegółowych) (rozpinanie przestrzeni do L (R)) (istnienie centralnej podprzestrzeni z bazą Riesza)

Bezpośrednie konsekwencje MRA Dwie kluczowe operacje: skalowanie i przesuwanie Zupełność przestrzeni opisu sygnału w L (R) (przypadek p. Hilberta) Znaczy to, że energia każdego sygnału w jest ograniczona i rozwinięcia funkcji w bazie tej podprzestrzeni są ograniczane dodatkowymi warunkami Każdą funkcję f L ( R) można aproksymować z dowolną dokładnością - za pomocą rzutów na : V m lim m PV m lub też z utratą wszystkich szczegółów: f f lim f 0 m PV m

Baza centralnej podprzestrzeni V 0 Baza Riesza jest uogólnieniem pojęcia bazy ortonormalnej - w centralnej podprzestrzeni V 0 określa skrajne warunki na postać transformacji realizujących analizę wielorozdzielczą sygnałów jest bazą przestrzeni V 0 ( ), której funkcje są liniowo niezależne współczynniki istnieją dwie dodatnie stałe A i B ( ) takie, że zachodzi warunek: znaczy to, że rozwinięcia dowolnej funkcji przestrzeni L (R) są numerycznie stabilne w danej bazie Wśród różnych postaci bazy numerycznie stabilnej szczególnie użyteczną jest baza ortonormalna, dla której A=B=1, czyli dla dowolnej f V 0 o reprezentacji f an( t n) zachodzi n f n a n

Baza ortonormalna Jeśli jest bazą Riesza, to można znaleźć postać taką postać, by była to baza ortonormalna (uprasza się ostatni warunek MRA do baz ortonormalnych) Najbardziej naturalną jest rodzina funkcji postaci m/ m m, n( t) ( t n) o skali m i współczynnikach skalujących a m, n f,m, n Jest to baza funkcji skalujących (aproksymujących) ze skalującą funkcją podstawową falka

Równanie skalujące Podstawowa funkcja skalująca dla V 0 to ( t) V 0,0 0 Z MRA mamy V0 V1, co oznacza że również ( t) V 1, czyli można ją rozwinąć w V 1 za pomocą funkcji bazowych m/ m ( ) ( ) (t ) m, n t t n 1, n n otrzymujemy wtedy równanie skalujące: h n ( t ) h (t n) n n gdzie to współczynniki rozwinięcia w bazie (interpretowane jako współczynniki dyskretnego filtru h skojarzonego z bazą funkcji skalujących), przy czym h n ( t) (t n) dt V 1

Filtry skalujące (dolnoprzepustowe) Z warunku ortonormalności w dziedzinie częstotliwości wynika zależność ( k k R 1 co w połączeniu z interpretacją równania skalującego w dziedzinie jn częstotliwości daje warunek na filtry ( H() h n e ) H( ) H( ) Dyskretne filtry spełniające ten warunek nazywane są sprzężonymi filtrami lustrzanymi (conjugate mirror filters) Ortogonalność jest kontrolowana przez liczbę zer w π co jest często wykorzystywane przy projektowaniu bazy funkcji skalujących - to rozwiniemy później n

Falkowa przestrzeń uzupełniająca dopełnienie informacji o szczegółach w danej skali szczegóły potrzebne do zwiększania rozdzielczości aproksymacji V m funkcji f zawarte są w uzupełniających podprzestrzeniach takich, że W m V m1 Jeśli Wm jest ortogonalne do m, to jest jego dopełnieniem do uzupełniającym energię sygnału: m1 oraz w odniesieniu do kolejnych skal aproksymacji: Wm W m' dla m m' oraz przy co daje dla kolejnych przestrzeni ortogonalnych W m V V W m1 m' Podprzestrzenie są rozpinane przez ortogonalne bazy falkowe W m V V m 1 V V m m W W mm V m i0 m m W mi m' m

Baza falkowa Ortogonalny rzut funkcji f na podprzestrzeń szczegółów W m jest rozwinięciem w ortonormalnej bazie falkowej tej podprzestrzeni: PW m f f, m, n m, n nz zachodzi też: P W m f P V m f P V m1 f P V m f oraz f P W m m f m, nz f, m, n m, n cm, n ( f ) m, nz m, n gdzie c m, n f, m, n to współczynniki falkowe Zbiór funkcji { } m, n nz jest falkową bazą ortonormalną podprzestrzeni Wm m / m m, n ( t) ( t n)

Równanie falkowe Związek pomiędzy bazą falkową i bazą funkcji skalujących, wynikający z MRA oraz koncepcji uzupełnienia, ma postać równania falkowego: współczynniki górnoprzepustowego filtru lustrzanego g: Zależności pomiędzy współczynnikami skalującymi i falkowymi kolejnych skal aproksymacji w dekompozycji (analizie) f są następujące: są to filtrowe odpowiedniki równania skalującego i falkowego Przy rekonstrukcji: 1n ( t) gn(t n) ( 1) h1 n g n 1 ( t), (t n) m, n ( f ) hk nam1, k ( f m, n ( f ) g knam1, k k k a ) n n (t n) c ( f )

Filtry falkowe Na podstawie MRA i dopełnień podprzestrzeni istnieje związek: przy Konstrukcje filtrów (baz) falkowych są bardzo różnorodne. / / ) ( 1/ H G ) ( ) ( * H e G i

KONSEKWENCJE PRAKTYCZNE

Przykładowe realizacje skalowania i filtrowej reprezentacji bazy falkowej Filtry sprzężone z funkcjami skalującymi falkami: ( t) hn (t n) n ( t) ~ gn(t n) n (t) ( t 1) ( t 1) (t) 1 ( t ) 0 1 h 1, h 0 h 1 1 1 (t ) 1 ( t ) 0 1 g 1, g 0 g 1 1 1 (t )

Aproksymacja sygnału w różnych skalach funkcje skalujące

Detale i przybliżenia Sygnał Współczynniki falkowe Aproksymacja z pozostałych skal

Dokładność w przybliżeniu Lokalna charakterystyka sygnału (nieciągłości, osobliwości) upakowanie energii w określonych miejscach przestrzeni falkowej

Falka Haara i baza ortogonalna konstruowanie funkcji skalującej baza ortogonalna w skali diadycznej falki nie są wzajemnie ortogonalne w innej skali konstruowanie falki skala diadyczna

Falka Daubechies funkcja skalująca falka baza falkowa (różne skale, przesunięcia)

Inne falki falka Lemarie-Battle falka Meyera wraz z funkcją skalującą

Rozkład podpasm dekompozycji skala oryginał

Falkowa dziedzina Dzielą przestrzeń czas-częstotliwość na różne atomy

Alternatywy d e t g x g x t i t S x ) ( ) (, ), (, F d e t R f t S f j x x ), ( ), ( ) ( ) ( ), ( * t x t x E t R i x d e t x t x h f t S f j x * ) ( ) ( ) ( ), ( dv e f X f X f t S d e t x t x f t S t j W X f j W x * * ) ( ) ( ), ( ) ( ) ( ), ( Transformacje "krótkoczasowe : gdzie estymata lokalnej funkcji autokorelacji sygnału x(t) w otoczeniu chwili czasowej t: W najprostszym przypadku można napisać: Przykładowo, klasyczna transformata Wignera: Okienkowa transformacja Fouriera:

Efekty analiz czas-częstotliwość Zaszumiony sygnał z liniową modulacją częstotliwości» Transformata Wignera-Ville a (prezentacja konturowa) Widmo częstotliwościowe

Syntetyczne podsumowanie dekompozycja falkowa Baza powstaje z falki matki: s, x 1 t x ( t), s 0 s s ( t) dt 0 1 s, x 1 dyskretyzacja f c m, nz m, n ( f ) m, n ( t) Postać transformaty falkowej przy dyskretyzacji dziedziny przesunięcia x i skali s: m m s s0, x nx0s0, gdzie m, nz, m/ m m, n( t) s0 ( s0 t nx0 ) dla funkcji (sygnału) f, co daje kładąc s 0, x 0 1 tworzymy rozwinięcia w bazach ortonormalnych..

Podsumowanie aproksymacja wieloskalowa sygnałów (t) ) ( ) ( /, n t t m m n m ) (, ) (, ) (, ) (,,,,,,,, t f t m t f t f n k m n k n k m n n m n m n m n n m Z Z Z k k m n k n m f a h f a ) ( ) (, 1, k k m n k n m f a g f c ) ( ) (, 1, - funkcja skalująca, analogicznie mamy Dekompozycja f: Sposób obliczania współczynników transformaty jest następujący: współczynniki skalujące współczynniki falkowe )] ( ) ( [ ) (,,, 1 f c g f a h f a k m k n k m k k n n m Rekonstrukcja:

Dekompozycja (analiza) sygnału oryginał szczegóły przybliżenia

Rozkład pasm w dekompozycji skala oryginał

Analiza i synteza sygnału (falki Haara) oryginał rekonstrukcja

Falkowe liczenie Wektor danych wejściowych: [1,0,-3,,1,0,1,] Filtry Haara: Wektor współczynników: 1, 1 Haar h 1, 1 g Haar 1, 1, 5, 1 1,,1,,

PROSTE ZASTOSOWANIA

Przykład docierania do sygnału (dopplerowskiego) sygnał widmo z szumem widmo sygnału dopplerowskiego odszumianie: wydobywanie sygnału zagnieżdżonego w szumie informacyjnym, czyli estymacja sygnału użytecznego ważne są lokalne zmiany, szczegóły metoda: masymalne rozdzielenie sygnału i szumu (zwykle w nowej dziedzinie) + selekcja (najprościej progowanie)

Rekonstrukcja z progowaniem odtwarzanie sygnału na podstawie zerowanych współczynników falkowych i skalujących

sygnał Odszumianie sygnału sygnał z szumem współczynniki bazy Różne metody progowania twarde prog. () miękkie prog. () rekonstrukcja twarde prog. (4) miękkie prog. (4) rekonstrukcja

Gubienie szczegółów sygnał odszumiony sygnał proste uśrednianie odsz. falkowe

Odszumianie dopplera spektrogram sygnału oryginalnego po odszumieniu (falka rzędu 8) po odszumieniu (falka rzędu 4)

FALKOWA DEKOMPOZYCJA OBRAZÓW

sekwencyjna filtracja z podpróbkowaniem Falkowa dekompozycja obrazów (jądro separowalne)

Dekompozycja falkowa (schemat diadyczny, z separowanym jądrem)

Falkowa dekompozycja obrazów

Korzyść ze stosowania transformacji falkowej

Pakiety falek

Falki bez decymacji

Falkowe mikrozwapnienia bez decymacji

Modele

Modele

Rodzina falek w reprezentacji obrazów doskonalenie reprezentacji Falki tensorowe Złożenie przekształceń 1W po wierszach i kolumnach Pakiety falek Bazy nadmiarowe Falki geometryczne Wedgelety, czyli kliniki Beamlety, czyli beleczki Falki kierunkowe Ridgelety, czyli grzbieciki Curvelety, czyli krzywki Contourlety, czyli konturki

FALKI DOBRZE OPISUJĄ KRAWĘDZIE??? f L ( R ) Przy transformacji W z separowalnym jądrem (1W1W) dobrze reprezentowane są jedynie punkty osobliwe, a nie linie czy krzywe (czyli kontury)

OGRANICZENIA FALEK 1W1W Nie można określić gładkości krawędzi Lepsze wpasowanie w krawędź, charakterystyka gładkości falki 1W1W (tensorowe) falki W (contourlety, curvelety) Oprócz położenia i skali dochodzi argument: orientacja

Aproksymacja wedgeletowa

PROSTA OBSERWACJA Ludzki system widzenia (HVS): bardzo efektywny, szybki, a receptory dostarczają informacji o położeniu, skali i orientacji Upakowane (sparse) składniki obrazów naturalnych (Olshausen, Field, 1996) imagelets poszukiwanie upakowanej reprezentacji bloki danych źródłowych

Curvelety

Curvelety II

Dziedzina krzywek

Obrazki krzywkowe

Countourlets: filtry kierunkowe kierunkowe filtry Haara (niebieski to 1, żółty to -1)

Contourlets: dekompozycja pasma kierunkowe obraz

Contourlets: rozkłady współczynników 3 poziom banku 8 filtrów kierunkowych

Contourlets: dekompozycja obrazu

Obraz w dziedzinie konturków

Aproksymacje 13,6% współczynników falkowa wedgeletowa curveletowa DFT