WYKŁAD 12. Analiza obrazu Wyznaczanie parametrów ruchu obiektów

Podobne dokumenty
Analiza obrazów. Segmentacja i indeksacja obiektów

WYKŁAD 13 ANALIZA I ROZPOZNANIE OBRAZU. Konstrukcja wektora cech z użyciem współczynników kształtu

Algorytmy decyzyjne będące alternatywą dla sieci neuronowych

Reprezentacja i analiza obszarów

Agnieszka Nowak Brzezińska

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 7 AiR III

Parametryzacja obrazu na potrzeby algorytmów decyzyjnych

Klasyfikatory: k-nn oraz naiwny Bayesa. Agnieszka Nowak Brzezińska Wykład IV

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Samochodowy system detekcji i rozpoznawania znaków drogowych. Sensory w budowie maszyn i pojazdów Maciej Śmigielski

Reprezentacja i analiza obszarów

Oświetlenie. Modelowanie oświetlenia sceny 3D. Algorytmy cieniowania.

Implementacja filtru Canny ego

Analiza składowych głównych. Wprowadzenie

Tadeusz Pankowski

Antyaliasing w 1 milisekundę. Krzysztof Kluczek

Agnieszka Nowak Brzezińska Wykład III

Pattern Classification

Hierarchiczna analiza skupień

Proste metody przetwarzania obrazu

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 9 AiR III

Przekształcenia punktowe

dr inż. Jacek Naruniec

Segmentacja obrazu. Segmentacja obrazu

Agnieszka Nowak Brzezińska Wykład III

SEGMENTACJA OBRAZU Wprowadzenie

SZTUCZNA INTELIGENCJA

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

POB Odpowiedzi na pytania

Diagnostyka obrazowa

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 10 AiR III

i ruchów użytkownika komputera za i pozycjonujący oczy cyberagenta internetowego na oczach i akcjach użytkownika Promotor: dr Adrian Horzyk

Segmentacja przez detekcje brzegów

Techniki uczenia maszynowego nazwa przedmiotu SYLABUS

Ćwiczenie 6. Transformacje skali szarości obrazów

Reprezentacje grafów nieskierowanych Reprezentacje grafów skierowanych. Wykład 2. Reprezentacja komputerowa grafów

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 8 AiR III

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

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 6 AiR III

Metody numeryczne Technika obliczeniowa i symulacyjna Sem. 2, EiT, 2014/2015

Architektura komputerów

Przetwarzanie obrazów wykład 2

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 3

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

Interpretacja gestów dłoni w sekwencji obrazów cyfrowych. autor: Karol Czapnik opiekun: prof. dr hab. Włodzimierz Kasprzak

Optymalizacja ciągła

Przetwarzanie obrazów wykład 4

Sortowanie. Bartman Jacek Algorytmy i struktury

SEGMENTACJA. Formalnie w wyniku procesu segmentacji następuje podzielenie pikseli obrazu na kilka rozdzielnych klas. 1-1

Podstawy programowania. Wykład: 13. Rekurencja. dr Artur Bartoszewski -Podstawy programowania, sem 1 - WYKŁAD

Sztuczna inteligencja : Algorytm KNN

Analiza składowych głównych

Przetwarzanie obrazu

Elementy modelowania matematycznego

ang. file) Pojęcie pliku (ang( Typy plików Atrybuty pliku Fragmentacja wewnętrzna w systemie plików Struktura pliku

SYSTEMY UCZĄCE SIĘ WYKŁAD 10. PRZEKSZTAŁCANIE ATRYBUTÓW. Dr hab. inż. Grzegorz Dudek Wydział Elektryczny Politechnika Częstochowska.

Zamiana reprezentacji wektorowej na rastrową - rasteryzacja

Rozpoznawanie obrazów na przykładzie rozpoznawania twarzy

Struktury Danych i Złożoność Obliczeniowa

rozpoznawania odcisków palców

Reprezentacja i analiza obszaru

Przetwarzanie obrazów wykład 7. Adam Wojciechowski

Rekurencja. Rekurencja zwana także rekursją jest jedną z najważniejszych metod konstruowania rozwiązań i algorytmów.

ALGORYTMICZNA I STATYSTYCZNA ANALIZA DANYCH

W poszukiwaniu sensu w świecie widzialnym

CLUSTERING. Metody grupowania danych

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

Bazy danych. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie. Wykład 3: Model związków encji.

Podstawy programowanie systemów wizyjnych InSight firmy Cognex. Środowisku InSight Explorer / Spreadshee

Algorytmy metaheurystyczne Wykład 11. Piotr Syga

Idea. θ = θ 0, Hipoteza statystyczna Obszary krytyczne Błąd pierwszego i drugiego rodzaju p-wartość

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

WYMAGANIA EDUKACYJNE NA POSZCZEGÓLNE OCENY Z MATEMATYKI W KLASIE IV

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

WYKŁAD 10. kodem pierwotnym krzywej jest ciąg par współrzędnych x, y kolejnych punktów krzywej: (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),...

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

Sztuczne sieci neuronowe. Krzysztof A. Cyran POLITECHNIKA ŚLĄSKA Instytut Informatyki, p. 335

Przetwarzanie obrazu

Wykład 3 Składnia języka C# (cz. 2)

Analiza skupień. Analiza Skupień W sztucznej inteligencji istotną rolę ogrywają algorytmy grupowania

MATEMATYKA Z PLUSEM DLA KLASY VII W KONTEKŚCIE WYMAGAŃ PODSTAWY PROGRAMOWEJ. programowej dla klas IV-VI. programowej dla klas IV-VI.

Przetwarzanie obrazów rastrowych macierzą konwolucji

Definicja pliku kratowego

Diagnostyka obrazowa

STATYSTYKA I DOŚWIADCZALNICTWO

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI KLASA I GIMNAZJUM Małgorzata Janik

Detekcja punktów zainteresowania

Kodowanie i kompresja Streszczenie Studia Licencjackie Wykład 11,

Rozkład materiału a wymagania podstawy programowej dla I klasy czteroletniego liceum i pięcioletniego technikum. Zakres rozszerzony

W kolejnym kroku należy ustalić liczbę przedziałów k. W tym celu należy wykorzystać jeden ze wzorów:

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

Segmentacja obrazów cyfrowych z zastosowaniem teorii grafów - wstęp. autor: Łukasz Chlebda

1.1. Rachunek zdań: alternatywa, koniunkcja, implikacja i równoważność zdań oraz ich zaprzeczenia.

Data Mining Wykład 9. Analiza skupień (grupowanie) Grupowanie hierarchiczne O-Cluster. Plan wykładu. Sformułowanie problemu

str 1 WYMAGANIA EDUKACYJNE ( ) - matematyka - poziom podstawowy Dariusz Drabczyk

Algebra liniowa z geometrią

FRAKTALE I SAMOPODOBIEŃSTWO

Algorytmy genetyczne

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI DLA KLASY 7SP. V. Obliczenia procentowe. Uczeń: 1) przedstawia część wielkości jako procent tej wielkości;

Transkrypt:

WYKŁAD 1 Analiza obrazu Wyznaczanie parametrów ruchu obiektów Cel analizy obrazu: przedstawienie każdego z poszczególnych obiektów danego obrazu w postaci wektora cech dla przeprowadzenia procesu rozpoznania (ostatni etap procesu przetwarzania obrazu) Analiza obrazu - realizacja odwzorowania: BD : X D - przestrzeń obrazów, X - przestrzeń wektorów cech B - odwzorowanie wyznaczenie cech obiektów (wyodrębnionych uprzednio w procesie segmentacji) przydatnych w procesie właściwego rozpoznawania; cechy charakteryzujące kształty; współczynniki niezmiennicze względem typowych przekształceń obrazów (obroty, przesunięcia, zmiany skali) współczynniki kształtu, momenty geometryczne. Analiza obrazu: redukcja obrazu do punktu w n-wymiarowej przestrzeni cech lub do wektora cech x w n-wymiarowej przestrzeni cech: x = [ x,..., x ] x X 1 n T x 1,..., x n - współrzędne (składowe) wektora 1

Przykład: piksel jako składowa N elementowego wektora cech (tzn. n=n ). N N Obraz M = 56 B = 8 ( 1 bajt) M - liczba poziomów jasności wtedy: x = [ x,..., x ] d = [ d,..., d ] 1 N T 1 N T = BNN - liczba klas, czyli w tym przypadku liczba wszystkich możliwych obrazów, piksel d i stanowi i-tą składową wektora cech, gdzie i=1,...,n. Rozpoznanie obrazu realizacja odwzorowań: CX : FR : I C - ustalenie miary podobieństwa (dopasowania) nieznanego obiektu d opisanego wektorem cech x X do jednej z klas R D F - ustalenie ostatecznej decyzji o przynależności obiektu d opisanego wektorem cech x do klasy i maksymalna. I, dla której miara podobieństwa jest Efekt rozpoznania - automatyczna identyfikacja klasy, do której można zaliczyć nieznany obiekt (np. obraz). Złożenie 3 odwzorowań: A: D I, A = F C B

B: D ( cechy) X CX : R ( dopasowanie) FR : I ( decyzja) Oznaczenia: X - przestrzeń cech, C i ( x) - funkcja przynależności (miara dopasowania x do i-tej klasy), R - liczb rzeczywistych, - I - zbiór indeksów klas. tzn. i I Ogólnie: rozpoznanie obrazu jest to automatyczna identyfikacja klasy, do której można zaliczyć nieznany obiekt o dowolnej naturze, na przykład: rozpoznawanie scen i płaskich obrazów, rozpoznawanie mowy, identyfikacja stanu technicznego maszyn, diagnostyka chorób. 3

Etap poprzedzający analizę obrazu: Segmentacja czyli wyodrębnienie widocznych na obrazie obiektów Kolejny etap: Analiza obrazu czyli opis obrazu, wyznaczenie dla każdego obiektu cech przydatnych do rozpoznania Techniki segmentacji obrazu Rozróżniamy dwie podstawowe techniki segmentacji: segmentacja przez podział obszaru (region - splitting) segmentacja przez rozrost obszaru (region - growing) 4

Segmentacja przez podział obszaru ma charakter iteracyjny (rekursywny) i polega na stopniowym podziale dużych obszarów na mniejsze, w których piksle mają odpowiednią własność (kolor, jasność), znacznie różniącą się od własności piksli w innych obszarach. Zastosowanie metody progowania, wybór progu dyskryminacji Θ (poziom szarości). Dołączanie piksli spełniających warunki progowania i będących sąsiadami jednego lub więcej piksli należących już do obszaru (otrzymanego już w poprzednim kroku w wyniku podziału) Wada: Duża złożoność obliczeniowa segmentacji przez podział. 5

Zmniejszenie złożoności obliczeniowej: przeprowadzenie segmentacji wstępnej na obrazie o zredukowanej rozdzielczości (przestrzennej) a następnie przeprowadzenie segmentacji dokładnej przy pełnej rozdzielczości obrazu. Segmentacja przez rozrost obszaru - grupowanie sąsiednich piksli, których określona własność czyli atrybut (np. jasność) mieści się w przyjętym zakresie. Grupy te stanowią obszary atomowe. Następnie testowanie sąsiadujących ze sobą obszarów atomowych pod względem ich własności i relacji przestrzennych w celu ich połączenia (scalenia). W tym przypadku własnościami sąsiadujących obszarów mogą być: długość ich wspólnej granicy oraz długość obwodów a także wzajemne usytuowanie tych obszarów. - długość granicy wspólnej O 1 - obwód 1 - go obrazu O - obwód - go obrazu Warunek połączenia: / O 1 lub / O - muszą przekroczyć pewien próg. Własność segmentacji przez rozrost: silna zależność wyników segmentacji od wyboru progu. Nieskomplikowane sceny - dobre wyniki Sceny złożone - tendencje do tworzenia małych obszarów. Redukcję wpływu wyboru progu na rezultaty segmentacji można uzyskać poprzez przechowywanie drzewa obszarów otrzymanych na 6

różnych poziomach rozrostu obszaru. Jest wtedy możliwość badania przez procedurą segmentacji dodatkowych zależności między obszarami. Segmentacja oparta na statystyce Dotyczy obrazów, dla których jednorodność obszaru nie jest mierzona jednorodnością takich atrybutów jak jasność czy kolor. Jednorodność obszaru mierzona jest stałym wzorcem (teksturą). Segmentacja opiera się w tym przypadku na statystycznych właściwościach obszarów. Niektóre metody: - analiza fraktalna tekstury oparta na wymiarze fraktalnym D używanym jako parametr wyróżniający poszczególne tekstury. - wyróżnianie (a również tworzenie) tekstur z wykorzystaniem parametrów stochastycznych rozkładów Markowa 7

Przykłady algorytmów segmentacji Uwaga: w wyniku stosowania różnych metod segmentacji uzyskuje się zawsze krawędzie zamknięte (granice obszarów). Jest to zaleta w porównaniu np. z metodami detekcji krawędzi, które na ogół nie zapewniają ciągłości wykrytych krawędzi. Segmentacja bezpośrednia (metoda stosu) 1 krok: kasowanie obiektu, zapamiętanie na stosie. Analiza kolejnych linii obrazu binarnego b(x,y). Po napotkaniu pierwszego punktu obiektu (b=1) następuje przeszukiwanie najbliższego otoczenia wykrytego punktu i kasowanie kolejnych punktów należących do tego samego obiektu. Jednoczesne zapamiętywanie skasowanych punktów na stosie zlokalizowanym w pamięci komputera. krok: odtwarzanie obiektu polegające na nadaniu pikslom wartości będących kolejnymi identyfikatorami odnalezionych obiektów - automatyczne indeksowanie (do zakodowania indeksu wystarcza w praktyce 1 bajt). 8

Problem: Dlaczego do zakodowania indeksu wystarcza w praktyce 1 bajt? Jak wygląda obraz po 1-szym kroku? Algorytm liniowego przeglądania obrazu i sklejeń. Przeglądanie obrazu linia po linii x - punkt badany; załóżmy, że należy on do obiektu; dalsze postępowanie zależy od wartości punktów już badanych (a,b,c,d), tzn. czy należą one do obiektu, czy nie. warianty metody: tworzenie i bieżąca modyfikacja tablicy sklejeń wykonywanie sklejeń na bieżąco Tworzenie i bieżąca modyfikacja tablicy sklejeń: tablica taka ma tyle elementów, ile jest możliwych do wykrycia obiektów (zwykle 54 przy jednobajtowym indeksowaniu obiektów). Indeksami elementów tablicy są numery obiektów nadawane wstępnie w trakcie segmentacji obrazu, wartościami elementów tablicy są definitywne numery obiektów. Sklejenia dokonuje się poprzez wpisanie do elementów tablicy o indeksach równych numerom sklejanych obiektów - numeru obiektu po sklejeniu. 9

Przykład: Załóżmy, że na pewnym etapie procesu segmentacji wykryto 5 oddzielnych obiektów: (sklejenie obiektów 3 i 5) (sklejenie obiektów 1 i 3) Tablica UT: zamiana numerów obiektów sklejanych na odczytane z tablicy. Zaleta metody: Metoda sklejeń przy użyciu liniowego przeglądania obrazu jest szybsza od metody indeksowania iteracyjnego (rekursywnego). Wady: większy stopień skomplikowania algorytmu, niż w metodzie indeksowania rekursywnego. możliwość przepełnienia tablicy sklejeń (1 wariant). wielokrotne przekodowywanie obrazu. 10

Wyznaczanie cech obiektów Obraz po segmentacji: Żądana własność cech: - afiniczność czyli niezmienniczość względem: obrotu. przesunięcia. skali. Jakie cechy nadać obiektom 1,, 3, aby dokonac ich odpowiedniej klasyfikacji Podstawowe cechy: współczynniki kształtu. momenty geometryczne. 11

Współczynniki kształtu W 1= S π Współczynniki cyrkularności (W1,W): W1 określa średnicę koła o powierzchni równejpowierzchni badanego obiektu, W = π W określa średnicę koła o długości obwodu równej długości obwodu badanego obiektu - obwód obiektu, S - powierzchnia obiektu W 3 = S 1 π Współczynnik Malinowskiej Współczynniki W 1,,3 - szybkie obliczanie W4 = π S ( r ) ds Współczynnik Blaira-Blissa (większa wrażliwość na zmiany kształtu); r - odległość elementu pola ds od środka ciężkości obiektu W5 = W6 = S S 3 lds ( d) n d r W7 = min R max 1 W8 = max Współczynnik Danielssona l - minimalna odległość elementu ds od konturu obiektu Współczynnik Haralicka d - odległość piksli konturu od jego środka ciężkości n - liczba punktów konturu. Współczynniki W4,5,6 - wolniejsze obliczanie niż W1,,3 Współczynnik p1; r min - minimalna odległość konturu od środka ciężkości, R max - maksymalna odległość konturu od środka ciężkości Współczynnik p 1

W7, W8 określają cechy pośrednie W9 = π S Współczynnik Mz (Malinowskiej uproszczony) max - maksymalny gabaryt obiektu Przykład: wyznaczenie W1 i W dla wybranych obiektów 1W1, W1 - współczynnik W1 liczony odpowiednio dla obiektu 1 i 1W, W - współczynnik W liczony odpowiednio dla obiektu 1 i S1 1W 1= = π S1 S, r1 r r 1 1W = 1 = r π 1, r r1 1 S W1= = r π 1W1 W1, W = = r π W 1W W1 wyznacza średnicę koła (r 1 lub r ) o powierzchni równej powierzchni analizowanego obiektu W wyznacza średnicę koła (r 1 lub r ) o obwodzie równym obwodowi analizowanego obiektu 13

14

Zobrazowanie W1 i W dla obiektu : Problem: zobrazować W1 i W dla obiektu 1 Przykład: wyznaczenie W7 i W8 (p1, p) dla obiektów 1 i r W7 = min Rmax Obiekt 1: W7 1, W81 W8 = max Obiekt : W71, W8 1 Współczynniki kształtu W1,...,W9 stanowią skalarną miarę kształtu analizowanego obiektu. Konstrukcja wektora cech z użyciem współczynników kształtu 15

16

17

18

19