Filtracja obrazów. w dziedzinie częstotliwości. w dziedzinie przestrzennej

Podobne dokumenty
Rekonstrukcja obrazu (Image restoration)

Analiza obrazów - sprawozdanie nr 2

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

Algorytmy i struktury danych

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

Filtracja obrazu operacje kontekstowe

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

Przetwarzanie obrazu

Segmentacja przez detekcje brzegów

Przetwarzanie i Kompresja Obrazów. Filtracja

Przekształcenia kontekstowe. Filtry nieliniowe Typowy przykład usuwania zakłóceń z obrazu

Projekt 2: Filtracja w domenie przestrzeni

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

FILTRACJE W DZIEDZINIE CZĘSTOTLIWOŚCI

Grafika komputerowa. Dr inż. Michał Kruk

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

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne

Przetwarzanie obrazów rastrowych macierzą konwolucji

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów i Sygnałów

Podstawowe algorytmy i ich implementacje w C. Wykład 9

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

Algorytmy graficzne. Nieliniowa filtracja obrazów monochromatycznych

Zbigniew Sołtys - Komputerowa Analiza Obrazu Mikroskopowego 2016 część 5

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Przekształcenie Fouriera obrazów FFT

Przetwarzanie obrazów wykład 4

Michał Strzelecki Metody przetwarzania i analizy obrazów biomedycznych (1)

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

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

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

Przetwarzanie obrazów

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

Transformata Fouriera i analiza spektralna

Filtracja. Krzysztof Patan

Zadanie 1 Przygotuj algorytm programu - sortowanie przez wstawianie.

Programowanie w VB Proste algorytmy sortowania

Filtracja splotowa obrazu

prowadzący dr ADRIAN HORZYK /~horzyk tel.: Konsultacje paw. D-13/325

Filtracja nieliniowa obrazu

PODSTAWY INFORMATYKI wykład 10.

Struktury Danych i Złożoność Obliczeniowa

Podstawy OpenCL część 2

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów i Sygnałów

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

Restauracja a poprawa jakości obrazów

Filtracja w domenie przestrzeni

Parametryzacja obrazu na potrzeby algorytmów decyzyjnych

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania WIT

Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania

Filtry FIR i biblioteka DSPLIB

Programowanie proceduralne INP001210WL rok akademicki 2017/18 semestr letni. Wykład 3. Karol Tarnowski A-1 p.

Założenia i obszar zastosowań. JPEG - algorytm kodowania obrazu. Geneza algorytmu KOMPRESJA OBRAZÓW STATYCZNYCH - ALGORYTM JPEG

Diagnostyka obrazowa

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW LABORATORIUM

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Programowanie Proceduralne

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

Laboratorium Cyfrowego Przetwarzania Obrazów

Komputerowe obrazowanie medyczne

Sortowanie. Kolejki priorytetowe i algorytm Heapsort Dynamiczny problem sortowania:

Ćwiczenie 3,4. Analiza widmowa sygnałów czasowych: sinus, trójkąt, prostokąt, szum biały i szum różowy

CUDA Median Filter filtr medianowy wykorzystujący bibliotekę CUDA sprawozdanie z projektu

Rejestracja i rekonstrukcja fal optycznych. Hologram zawiera pełny zapis informacji o fali optycznej jej amplitudzie i fazie.

Splot i korelacja są podstawowymi pojęciami przetwarzania sygnałów.

Algorytmy numeryczne 1

1. Zbadać liniową niezależność funkcji x, 1, x, x 2 w przestrzeni liniowej funkcji ciągłych na przedziale [ 1, ).

b n y k n T s Filtr cyfrowy opisuje się również za pomocą splotu dyskretnego przedstawionego poniżej:

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

operacje porównania, a jeśli jest to konieczne ze względu na złe uporządkowanie porównywanych liczb zmieniamy ich kolejność, czyli przestawiamy je.

AKWIZYCJA I PRZETWARZANIE WSTĘPNE

Fotometria CCD 4. Fotometria profilowa i aperturowa

Diagnostyka obrazowa

O ŚREDNIEJ STATYSTYCZNEJ

AiR_TSiS_1/2 Teoria sygnałów i systemów Signals and systems theory. Automatyka i Robotyka I stopień ogólnoakademicki

x(n) x(n-1) x(n-2) D x(n-n+1) h N-1

Luty 2001 Algorytmy (4) 2000/2001

Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 8 AiR III

Ćwiczenie 2. Przetwarzanie graficzne plików. Wprowadzenie teoretyczne

Diagnostyka obrazowa

Analiza algorytmów zadania podstawowe

Diagnostyka obrazowa

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Iteracja warunkowadopóki(while) Blok instrukcji. Pascal: begin instrukcja1; C: { end;

Sortowanie danych. Jolanta Bachan. Podstawy programowania

Politechnika Wrocławska Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Przetwarzanie sygnałów laboratorium ETD5067L

3 1 + i 1 i i 1 2i 2. Wyznaczyć macierze spełniające własność komutacji: [A, X] = B

KOMPRESJA OBRAZÓW STATYCZNYCH - ALGORYTM JPEG

Wykład 5. Metoda eliminacji Gaussa

Sortowanie topologiczne skierowanych grafów acyklicznych

Algorytmy Laplacian of Gaussian i Canny ego detekcji krawędzi w procesie analizy satelitarnych obrazów procesów atmosferycznych.

Różne reżimy dyfrakcji

CYFROWE PRZETWARZANIE OBRAZÓW W ŚRODOWISKU MATHCAD

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

Obraz jako funkcja Przekształcenia geometryczne

AiR_CPS_1/3 Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Digital Signal Processing

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

PoniŜej znajdują się pytania z egzaminów zawodowych teoretycznych. Jest to materiał poglądowy.

Transkrypt:

Filtracja obrazów w dziedzinie częstotliwości w dziedzinie przestrzennej filtry liniowe filtry nieliniowe

Filtracja w dziedzinie częstotliwości Obraz oryginalny FFT2 IFFT2 Obraz po filtracji f(x,y) H(u,v) g(x,y) g(x,y) = IF{ H(u,v) F{f(x,y)} }

Filtracja w dziedzinie częstotliwości - idealny filtr dolnoprzepustowy 2 2 0 0 ), ( ), ( 0 ), ( ), ( v u v D u D v D u D v D u v u H + = > = D 0

256x256 D 0 =0 D 0 =70

Obraz po filtracji, idealny filtr dolnoprzepustowy D 0 =0

Obraz po filtracji, idealny filtr dolnoprzepustowy D 0 =70

Obrazy po filtracji, idealny filtr dolnoprzepustowy D 0 =0 D 0 =70 D 0 =30

Filtracja w dziedzinie częstotliwości - filtr dolnoprzepustowy Butterwortha H( u,v ) = + ( 2 )[ D( u,v )/ D 0 ] 2n n- rząd filtru D( u,v ) = u 2 + v 2, n =, 2,... D 0

n = Obraz po filtracji,filtr dolnoprzepustowy Butterwortha D 0 =0

Obrazy po filtracji, filtr dolnoprzepustowy Butterwortha n = D 0 =0 D 0 =70 D 0 =30

Filtracja w dziedzinie częstotliwości - idealny filtr górnoprzepustowy H( u,v ) = 0 D( u,v ) D( u,v ) > D D 0 0 D( u,v ) = u 2 + v 2 D 0

Wynik działania idealnego filtru górnoprzepustowego D 0 =0 D 0 =70

Obraz po filtracji, idealny filtr górnoprzepustowy D 0 =0

Dodawanie składników o niższych częstotliwościach do charakterystyki filtru D 0 D 0 =70, d=5

Wynik działania idealnego filtru górnoprzepustowego D 0 =0 D 0 =70

Filtracja w dziedzinie częstotliwości - filtr górnoprzepustowy Butterwortha H( u,v ) = D( u,v ) = + ( u 2 + 2 )[ v 2 D 0 / D( u,v )] 2n n =, 2,... n- rząd filtru D 0

Wynik działania filtru górnoprzepustowego Butterwortha n = D 0 =0 D 0 =70

Obraz po filtracji,filtr górnoprzepustowy Butterwortha

Wynik działania filtru górnoprzepustowego Butterwortha n = D 0 =0 D 0 =70

Filtracja w dziedzinie przestrzennej Obraz oryginalny f(x,y) Splot 2D Obraz po filtracji g(x,y) h(x,y) g(x,y) = IF{ H(u,v) F{f(x,y)} } = IF {H(u,v)}** IF {F {f(x,y)} } = h(x,y)**f(x,y)

Charakterystyka filtru w dziedzinie przestrzennej Aby zachować wartość średnią obrazu, suma elementów maski musi być równa maski: NxN IF{H(u,v)}=h(x,y) ĥ dobiera się tak, abyf(ĥ(x,y)) =Ĥ(x,y) H(x,y) ĥ(x,y) 3x3 5x5

Dwuwymiarowa operacja splotu maski i obrazu h(-,-) h(-,0) h(-,) I(i-,j-) h(0,-) I(i-,j) I(i-,j+) h(0,0) h(0,) I(i,j-) h(,-) I(i,j) h(,0) I(i,j+) h(,) I(i+,j-) I(i+,j) I(i+,j+) Tylko dla masek symetrycznych!

Wyznaczanie punktów obrazu po filtracji h f(x,y) g(x,y)=h(x,y)**f(x,y) g(x,y) obraz oryginalny f obraz po filtracji g

h f(x,y) Efekty brzegowe? obraz oryginalny f obraz po filtracji g

Efekty brzegowe - jedno z rozwiązań (maska 3x3) h f(x,y) pomija się pierwszy rząd, pierwszą kolumnę, ostatni rząd i kolumnę obrazu oryginalnego (NxN)- w efekcie obraz po filtracji jest mniejszy: (N-2)x(N-2)

Wyznaczanie punktów obrazu po filtracji - algorytm f, g : array[0..n-, 0..N-] of byte; { size2 - połowa wymiaru maski } h : array[-size2..size2,-size2..size2] of integer;... for i:= to N-2 do for j:= to N-2 do begin g[i,j]:=0; for k:=-size2 to size2 do for l:=-size2 to size2 do g[i,j]:=g[i,j] + f[i+k,j+l] * h[i+k,j+l]; end;... Sprawdzanie zakresu g[i,j]!!!

Filtracja w dziedzinie przestrzennej - - filtr dolnoprzepustowy uśredniający = 9 h = 25 h 2 Czy można używać masek o wymiarach parzystych?

transmitancja filtru uśredniającego dla maski h 5x5 dla maski h 2 3x3

Wynik działania filtru uśredniającego dolnoprzepustowego 3x3

Wyniki działania filtru uśredniającego obraz oryginalny maska 3x3 maska 5x5

Filtracja w dziedzinie przestrzennej - filtr dolnoprzepustowy Gaussa 2 0 2 2 d ) y x ( e x,y ) h( + = π 0.03 0.0838 0.03 0.0838 0.693 0.0838 0.0838 0.03 = 0.03 h N ) v u ( d e H( u,v ) 2 2 2 0 + = π 2 2 4 2 2 = h

Wynik działania filtru Gaussa obraz oryginalny obraz po filtracji

Efekty działania różnych filtrów dolnoprzepustowych obraz zniekształcony szumem N(0, 0.0) filtr uśredniający 3x3 filtr Gaussa 3x3 filtr Butterwortha D 0 =50

Efekty działania różnych filtrów dolnoprzepustowych obraz zniekształcony szumem N(0, 0.0) filtr uśredniający 5x5 filtr Gaussa 5x5 filtr Butterwortha D 0 =30

Efekty działania różnych filtrów dolnoprzepustowych obraz zniekształcony szumem N(0, 0.002) filtr uśredniający 3x3 filtr Gaussa 3x3 filtr Butterwortha D 0 =50

Filtracja w dziedzinie przestrzennej - filtry górnoprzepustowe = 8 h = 0 7 67 0 7 0 0 67 33 3 67 0 0 7 67 0 7 0 2......... h laplacian

Wynik działania filtrów górnoprzepustowych filtr dla maski h filtr dla maski h 2 - filtr Laplace a

),, ( ), ( ) ( ), ( ), ( ), ( ) ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( + = = + = = = + = A y x f y x f A y x f y x f y x f A y x f y x Af y x f y x f y x f y x f H L L HB H L Przykład konstrukcji filtru górnoprzepustowego ( high boost filter) = 9 A h HB

Efekty działania filtru high boost filtr Laplace a A=. A=.5

jeżeli chcemy zachować wartość średnią obrazu, to do środkowego elementu maski h[0,0] należy dodać zmodyfikowana maska filtru Laplace a h ' 2 = 0. 7 0. 67 0. 7 0. 67 2. 33 0. 67 0. 7 0. 67 0. 7

= 0 0 5 0 0 3 ' h = 9 4 ' h zmodyfikowana maska filtru h

Zastosowania filtrów górnoprzepustowych obraz rozmyty obraz po filtracji górnoprzepustowej, z zachowaniem wartości średniej

mikroskopowy obraz komórek skóry obraz po filtracji górnoprzepustowej, z zachowaniem wartości średniej

Filtracja w dziedzinie przestrzennej - filtry nieliniowe Obraz wynikowy tworzony jest na podstawie ograniczonej liczby punktów obrazu źródłowego Punkty obrazu wynikowego są nieliniową funkcją punktów obrazu źródłowego (ewentualnie również elementów masek)

Filtr medianowy Co to jest mediana??? Mediana jest jednym z kwantyli. Kwantyle dzielą dany zbiór na części pod względem liczby jednostek spełniających określoną relację (np. relację większości)

Mediana dzieli zbiór na dwie równoliczne części. Ma wartość większą (bądź równą) od połowy jego elementów oraz ma wartość mniejszą (bądź równą) od połowy jego elementów. {, 5, 7, 88, 89} {,, 7, 7, 7} {,, 7, 7} {, 5, 28, 44}

Wyznaczanie punktów obrazu dla filtru medianowego h f(x,y) g(x,y)=mediana {f(x,y); (x,y) h} g(x,y) obraz oryginalny f obraz po filtracji g

Podstawowym zadaniem przy wyznaczaniu mediany dla zbioru jest jego uporządkowanie (sortowanie). Jednym z prostych i wydajnych algorytmów sortowania jest tzw. algorytm sortowania bąbelkowego. a[k], k=..n - wektor elementów zbioru for i:=2 to N do begin for j:=n downto i do if a[j-]>a[j] then begin x=a[j-]; a[j-]:=a[j]; a[j]:=x; end; end;

Przykład działania algorytmu dla wektora o długości 8 2 3 4 5 6 7 8 (iteracje) 44 06 06 06 06 06 06 06 55 44 2 2 2 2 2 2 2 55 44 8 8 8 8 8 42 2 55 44 42 42 42 42 94 42 8 55 44 44 44 44 8 94 42 42 55 55 55 55 06 8 94 67 67 67 67 67 67 67 67 94 94 94 94 94 Stan początkowy

Wydajność algorytmu: średnia liczba porównań Pp = 0.5(N 2 -N) średnia liczba zamian Pz = 0.75(N 2 -N) dla N=9 Pp = 36, Pz = 54 dla N=25 Pp = 300, Pz = 450 N. Wirth, Algorytmy + struktury danych = programy, WNT, Warszawa 989

Filtr medianowy [ x 3] /3*[ ] mediana średnia

Filtr medianowy - właściowości. Skutecznie usuwa zakłócenia impulsowe o liczbie punktów mniejszej niż połowa liczby punktów maski filtracji 2. Zachowuje położenie i ostrość brzegów obrazu (w przeciwieństwie do uśredniających filtrów splotowych) 3. Jasności punktów obrazu wynikowego mają wartości pochodzące od samego obrazu (nie ma potrzeby skalowania obrazu) 4. Duży koszt obliczeniowy wynikający z wymogu sortowania punktów obrazu w masce

MATLAB Demo filtr medianowy