Metody komputerowego przekształcania obrazów

Podobne dokumenty
Przetwarzanie obrazów wykład 2

Cyfrowe przetwarzanie obrazów. Dr inż. Michał Kruk

Przetwarzanie obrazów wykład 7. Adam Wojciechowski

Analiza obrazu. wykład 3. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy 2009

Przekształcenia punktowe

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

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

Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 9. Przetwarzanie sygnałów wizyjnych. Politechnika Świętokrzyska.

Proste metody przetwarzania obrazu

Zygmunt Wróbel i Robert Koprowski. Praktyka przetwarzania obrazów w programie Matlab

Grafika Komputerowa Wykład 2. Przetwarzanie obrazów. mgr inż. Michał Chwesiuk 1/38

Przetwarzanie obrazów rastrowych macierzą konwolucji

Spośród licznych filtrów nieliniowych najlepszymi właściwościami odznacza się filtr medianowy prosty i skuteczny.

Przetwarzanie obrazów wykład 4

Przekształcenia widmowe Transformata Fouriera. Adam Wojciechowski

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

Analiza obrazów. Segmentacja i indeksacja obiektów

Przetwarzanie obrazu

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

POB Odpowiedzi na pytania

Grafika komputerowa. Dr inż. Michał Kruk

Przekształcenia kontekstowe. Filtry nieliniowe Typowy przykład usuwania zakłóceń z obrazu

Analiza obrazu. wykład 4. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy 2009

Operacje morfologiczne w przetwarzaniu obrazu

Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 11. Filtracja sygnałów wizyjnych

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 3 AiR III

WYKŁAD 3. Przykłady zmian w obrazie po zastosowaniu Uniwersalnego Operatora Punktowego

Analiza obrazu. wykład 7. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy 2009

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 2

Parametryzacja obrazu na potrzeby algorytmów decyzyjnych

Elektronika i Telekomunikacja I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

6. Algorytmy ochrony przed zagłodzeniem dla systemów Linux i Windows NT.

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 10 AiR III

Komputerowe obrazowanie medyczne

AKWIZYCJA I PRZETWARZANIE WSTĘPNE

Ćwiczenie 6. Transformacje skali szarości obrazów

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 3

Analiza obrazu. wykład 1. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy Marek Jan Kasprowicz Analiza obrazu komputerowego 2009 r.

AKWIZYCJA I PRZETWARZANIE WSTĘPNE OBRAZU

Politechnika Świętokrzyska. Laboratorium. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Ćwiczenie 8. Filtracja uśredniająca i statystyczna.

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Filtracja nieliniowa obrazu

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne

Histogram obrazu, modyfikacje histogramu

Operator rozciągania. Obliczyć obraz q i jego histogram dla p 1 =4, p 2 =8; Operator redukcji poziomów szarości

Przetwarzanie obrazów wykład 3

Diagnostyka obrazowa

Przetwarzanie obrazów. Grupy metod przetwarzania obrazu. Przetwarzanie jednopunktowe. Przetwarzanie jednopunktowe. Przetwarzanie jednopunktowe

Analiza obrazu. wykład 6. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy 2009

Przekształcenia punktowe i geometryczne

Obraz i komputer. Trzy dziedziny informatyki. Podział przede wszystkim ze względu na dane wejściowe i wyjściowe

WYDZIAŁ FIZYKI I INFORMATYKI STOSOWANEJ

POPRAWIANIE JAKOŚCI OBRAZU W DZIEDZINIE PRZESTRZENNEJ (spatial image enhancement)

FILTRACJE W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI

CECHY BIOMETRYCZNE: ODCISK PALCA

Detekcja twarzy w obrazie

Politechnika Świętokrzyska. Laboratorium. Przetwarzanie obrazów medycznych. Ćwiczenie 5. Filtracja kontekstowa obrazów.

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

PRAKTYKA PRZETWARZANIA OBRAZU W PROGRAMIE MATLAB

Diagnostyka obrazowa

KARTA PRZEDMIOTU. W5/1;W16/1 W5 Zna podstawowe metody przetwarzania wstępnego EP WM K_W9/3; obrazów barwnych.

Rozpoznawanie obrazów na przykładzie rozpoznawania twarzy

Przedmowa 11 Ważniejsze oznaczenia 14 Spis skrótów i akronimów 15 Wstęp 21 W.1. Obraz naturalny i cyfrowe przetwarzanie obrazów 21 W.2.

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania

Operacje przetwarzania obrazów monochromatycznych

3. OPERACJE BEZKONTEKSTOWE

Diagnostyka obrazowa

Filtracja liniowa (metody konwolucyjne, tzn. uwzględniające pewne otoczenie przetwarzanego piksla):

Szacowanie wartości monet na obrazach.

Michał Strzelecki Metody przetwarzania i analizy obrazów biomedycznych (1)

Przetwarzanie obrazu

Transformata Fouriera

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Wykład. Podstawowe przekształcenia morfologiczne. dr inż. Robert Kazała

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 7 AiR III

ALGORYTMY PRZETWARZANIA OBRAZÓW Projekt. Aplikacja przetwarzająca obrazy z możliwością eksportu i importu do programu MS Excel.

Diagnostyka obrazowa

Przetwarzanie obrazów wykład 6. Adam Wojciechowski

Przetwarzanie obrazu

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania WIT

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 2 AiR III

Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów

9. OBRAZY i FILTRY BINARNE 9.1 Erozja, dylatacja, zamykanie, otwieranie

Diagnostyka obrazowa

Podstawy OpenCL część 2

30 godzin, 6 punktów ECTS

zna wybrane modele kolorów i metody transformacji między nimi zna podstawowe techniki filtracji liniowej, nieliniowej dla obrazów cyfrowych

Diagnostyka obrazowa

Diagnostyka obrazowa

WYKŁAD 7. Obraz z wykrytymi krawędziami: gdzie 1 - wartość konturu, 0 - wartość tła.

Implementacja filtru Canny ego

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 12 AiR III

Diagnostyka obrazowa

Filtracja splotowa obrazu

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów. Karol Czapnik

Reprezentacja i analiza obszarów

Odciski palców ekstrakcja cech

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

Laboratorium Optyki Falowej

P R Z E T W A R Z A N I E S Y G N A Ł Ó W B I O M E T R Y C Z N Y C H

Transkrypt:

Metody komputerowego przekształcania obrazów Przypomnienie usystematyzowanie informacji z przedmiotu Przetwarzanie obrazów w kontekście zastosowań w widzeniu komputerowym Wykorzystane materiały: R. Tadeusiewicz, P. Korohoda, Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, Wyd. FPT, Kraków, 1997

Podstawowe grupy przekształceń obrazu Przekształcenia geometryczne Przekształcenia punktowe (bezkontekstowe) Przekształcenia kontekstowe (filtry konwolucyjne, logiczne i medianowe) Przekształcenia widmowe (wykorzystujące transformację Fouriera) Przekształcenia morfologiczne

Przekształcenia geometryczne (1) Na przekształcenia geometryczne składają się: przesunięcia obroty odbicia inne transformacje geometrii obrazu

Przekształcenia geometryczne (2) Przekształcenia geometryczne pełnią rolę pomocniczą w trakcie przetwarzania obrazu Przekształcenia te wykorzystywane są głównie do korekcji błędów wnoszonych przez system wprowadzający oraz do operacji pomocniczych Najczęściej wykorzystywane są do korekcji błędów geometrii obrazu takich, jak zniekształcenia poduszkowe, beczkowate i trapezowe Źródłem takich zniekształceń są najczęściej niskiej jakości układy optyczne stosowane w kamerach video

Przekształcenia geometryczne (3) Przekształcenia geometryczne wykorzystywane też mogą być do niwelowania niedostatków systemu akwizycji obrazu Przekształcenia geometryczne mogą występować jako samodzielne transformacje, ale mogą także być także wykorzystywane do wspomagania innych rodzajów przekształceń i analiz

Przekształcenia geometryczne (4)

Przekształcenia punktowe (1) Poszczególne elementy obrazu (punkty) modyfikowane są niezależnie od stanu elementów sąsiadujących Innymi słowy jeden punkt obrazu wynikowego otrzymywany jest w wyniku wykonania określonych operacji na pojedynczym punkcie obrazu wejściowego Dzięki takiej regule operacje jednopunktowe (inaczej zwane anamorficznymi) mogą być wykonywane stosunkowo łatwo i szybko nawet na bardzo dużych obrazach Najprostszymi operacjami punktowymi są: utworzenie negatywu rozjaśnienie lub zaciemnienie wybranych punktów obrazu

Przekształcenia punktowe (2) Modyfikowana jest jedynie wartość (np. stopień jasności) poszczególnych punktów obrazu Relacje geometryczne pozostają bez zmian Jeżeli wykorzystywana jest funkcja ściśle monotoniczna (rosnąca lub malejąca), to zawsze istnieje operacja odwrotna, sprowadzająca z powrotem obraz wynikowy na wejściowy Jeżeli zastosowana funkcja nie jest ściśle monotoniczna, pewna część informacji jest bezpowrotnie tracona Operacje te mają za zadanie jedynie lepsze uwidocznienie pewnych treści już zawartych w obrazie, nie wprowadzają one żadnych nowych informacji do obrazu

Przekształcenia punktowe (3) Bezpośrednio widocznym efektem przekształceń punktowych jest więc zawsze zmiana skali jasności obrazu bez zmiany geometrii widocznych na obrazie obiektów

Przekształcenia punktowe (4) Mimo bardzo prostego matematycznie charakteru przekształcenia punktowe bardzo radykalnie modyfikują subiektywne wrażenie, jakie uzyskujemy oglądając obraz Czasem prowadzi to do krańcowego zniekształcenia obrazu, czasem jednak pozwala wykryć lub uwypuklić pewne cechy obrazu praktycznie niewidoczne, gdy się ogląda obraz oryginalny Fragment czeku oryginalny obraz Fragment czeku poddany transformacji punktowej. Widać fałszerstwo

Przekształcenia punktowe (4) Uwypuklenie wybranych jasności ekranu wydobycie poziomic szarości Normalizacja zmiana zakresu wartości pikseli Korekcja gamma redukcja nadmiernego kontrastu Dodanie (odjęcie) stałej wartości do wartości pikseli rozjaśnienie (przyciemnienie) obrazu Przemnożenie obrazu przez liczbę zwiększenie zróżnicowania stopni szarości na obrazie Potęgowanie (pierwiastkowanie, logarytmowanie) Podwyższenie kontrastu w zakresie dużych (małych) jasności

Przekształcenia punktowe (5) Wyrównywanie histogramu takie przekształcenie jasności poszczególnych punktów obrazu, aby ilość punktów o jasności leżącej w każdym z równych przedziałów histogramu była (w przybliżeniu) taka sama Operacje na dwóch obrazach dodanie dwóch obrazów odjęcie dwóch obrazów przemnożenie dwóch obrazów kombinacja liniowa dwóch obrazów Binaryzacja zamiana obrazu mającego wiele poziomów szarości na obraz, którego piksele mają wyłącznie wartości 0 i 1 Tablice LUT tablice, pozwalające szybko wykonać niektóre przekształcenia jednopunktowe

Przekształcenia kontekstowe (1) Przekształcenia przy pomocy filtrów polegają na modyfikacji poszczególnych elementów obrazu w zależności od stanu ich samych i ich otoczenia Ze względu na tę kontekstowość operacje filtracji mogą wymagać dość długiego czasu (żeby wyprodukować jeden punkt obrazu wynikowego trzeba poddać określonym przekształceniom zarówno odpowiadający mu punkt obrazu źródłowego, jak i kilka (do kilkudziesięciu) punktów z jego otoczenia Ze względu na brak otoczenia, z przekształcenia zwykle wyłączane są krawędzie obrazu

Przekształcenia kontekstowe (2) Przekształcenia wchodzące w skład filtracji obrazu są zazwyczaj algorytmicznie proste i regularne, a ponadto mogą być wykonywane na wszystkich punktach obrazu równocześnie bez konieczności uwzględniania przy przetwarzaniu jednego piksela wyników przetwarzania innych pikseli Dzięki tej właściwości, do celów filtracji obrazów coraz chętniej i coraz częściej stosuje się specjalizowane procesory dokonujące współbieżnego przetwarzania wszystkich punktów obrazu na drodze czysto sprzętowej

Przekształcenia kontekstowe (3) Cele przekształceń: Stłumienie w obrazie niepożądanego szumu Wzmocnienie w obrazie pewnych elementów zgodnych z posiadanym wzorcem Usunięcie określonych wad z obrazu Poprawa obrazu o złej jakości technicznej Rekonstrukcja obrazu, który uległ częściowemu zniszczeniu Podział filtrów: liniowe (wykonujące operację filtracji w oparciu o pewną liniową kombinację wybranych pikseli obrazu wejściowego) nieliniowe (wykonujące operację filtracji w oparciu o pewną nieliniową funkcję wybranych pikseli obrazu wejściowego)

Przekształcenia kontekstowe (4) Filtry dolnoprzepustowe usuwają zakłócenia z obrazu Filtry górnoprzepustowe gradienty wydobywają z obrazu składniki odpowiedzialne za szybkie zmiany jasności - a więc kontury, krawędzie, drobne elementy faktury, itp. wyostrzają obraz

Przekształcenia widmowe (1) Podobne do filtracji kontekstowych, z tą różnicą, że kontekstem używanym w operacjach jest cały obraz Technika przekształceń widmowych polega na tym, że najpierw w oparciu o cały obraz obliczane jest (z użyciem transformacji Fouriera) dwuwymiarowe widmo obrazu: Następnie widmo to podlega określonej modyfikacji (na przykład usuwane są składowe o wysokich częstotliwościach), a następnie dokonywana jest rekonstrukcja obrazu (z użyciem odwrotnej transformacji Fouriera):

Przekształcenia widmowe (2) Taki sposób przetwarzania obrazu pozwala na wyjątkowo precyzyjne kontrolowanie skutków dokonywanych transformacji, jednak z punktu widzenia jakości obrazów nie wnosi istotnie nowej jakości, a wiąże się z ogromnym obciążeniem obliczeniowym komputera (wykonywanie transformacji Fouriera) Transformata Fouriera nadaje się z kolei do implementacji na procesorach kart graficznych, dzięki czemu czas jej działania może ulec znaczącemu przyspieszeniu.

Przekształcenia morfologiczne (1) Różnią się od filtrów tym, że dany element obrazu nie jest modyfikowany zawsze, ale tylko wtedy, gdy spełniony jest zadany warunek logiczny Wykonywane są zazwyczaj iteracyjnie, aż do zaistnienia zadanego warunku logicznego (zazwyczaj braku dalszych zmian w przetwarzanym obrazie) Są jednymi z najważniejszych operacji w komputerowej analizie obrazu, gdyż odpowiednio kombinowane w zestawy pozwalają na najbardziej złożone operacje, związane z analizą kształtu elementów obrazu oraz ich wzajemnego położenia

Przekształcenia morfologiczne (2) Element strukturalny obrazu Wycinek obrazu (przy dyskretnej reprezentacji obrazu - pewien podzbiór jego elementów) z wyróżnionym jednym punktem (tzw. punktem centralnym). Najczęściej stosowanym elementem strukturalnym jest koło o promieniu jednostkowym na siatce heksagonalnej lub kwadratowej

Przekształcenia morfologiczne (3) Ogólny algorytm: przyłóż centralny punkt kolejno do wszystkich punktów obrazu (element strukturalny jest przemieszczany po całym obrazie i dla każdego punktu obrazu wykonywana jest analiza koincydencji punktów obrazu i elementu strukturalnego, przy założeniu, że badany punkt obrazu jest punktem centralnym elementu strukturalnego) sprawdź, czy lokalna konfiguracja punktów odpowiada układowi, zapisanemu w elemencie strukturalnym (w każdym punkcie obrazu następuje sprawdzenie, czy rzeczywista konfiguracja pikseli obrazu w otoczeniu tego punktu zgodna jest z wzorcowym elementem strukturalnym) wykonaj, w przypadku zgodności konfiguracji punktów, operację określoną dla danego przekształcenia (w przypadku wykrycia zgodności wzorca pikseli obrazu i szablonu elementu strukturalnego następuje wykonanie pewnej (ustalonej) operacji na badanym punkcie; zazwyczaj jest to prosta zmiana koloru lub nasycenia jasności tego punktu, chociaż w ogólnym przypadku można założyć wykonanie dowolnej operacji

Przekształcenia morfologiczne (4) Erozja W implementacji komputerowej erozja jednostkowa polega na usunięciu wszystkich tych punktów obrazu o wartości 1, które posiadają choć jednego sąsiada o wartości 0 Erozję można także interpretować matematycznie jako tzw. filtr minimalny, to znaczy taki operator, w którym każdemu punktowi przypisuje się minimum z wartości jego sąsiadów

Przekształcenia morfologiczne (5) Dylatacja Przeciwieństwo erozji Jeżeli punkt centralny i otoczenie elementu strukturalnego zgadza się z lokalną konfiguracją punktów obrazu, to nowa wartość punktu centralnego obrazu przyjmuje wartość 1 (pod warunkiem, że nie wszystkie wartości otoczenia obrazu są równe 0. Filtr maksymalny, to znaczy taki operator, w którym każdemu punktowi przypisuje się maksimum z wartości jego sąsiadów

Przekształcenia morfologiczne (6) Otwarcie i zamknięcie Automediana Detekcja ekstremów Ścienianie Szkieletyzacja Obcinanie gałęzi Wyznaczanie centroidów Pogrubianie Wypukłe otoczenie Złożenia przekształceń morfologicznych