1 Niniejszy dokument zawiera materiały do wykładu z przedmiotu Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów i Sygnałów. Jest on udostępniony pod warunkiem wykorzystania wyłącznie do własnych, prywatnych potrzeb i może być kopiowany wyłącznie w całości, razem ze stroną tytułową. Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 1 AiR III Joanna Ratajczak KCiR (W4/K7) Copyright c 2015 Joanna Ratajczak 1
dr inż. Joanna Ratajczak pokój 330, budynek C-3 email: joanna.ratajczak@pwr.edu.pl http://rab.ict.pwr.wroc.pl/~jr Konsultacje WTOREK 7:30 9:00 CZWARTEK 7:30 9:30 J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 1 / 29
Zasady zaliczenia Końcowa ocena: zaliczenie laboratorium (50%) zaliczenie wykładu (50%) Ocena z laboratorium i wykładu muszą być pozytywne. Dwa terminy kolokwium. Kolokwium piszą wszyscy. Zaokrąglanie w kierunku wykładu. Reklamacje... J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 2 / 29
Zawartość wykładu Akwizycja obrazów Dyskretyzacja, kwantyzacja Transformacje punktowe Transformacje widmowe (FFT) Operatory lokalne (liniowe, nieliniowe) Segmentacja (progowanie, gradient) Wykrywanie krawędzi (transformacja Hougha) Operacje morfologiczne (kontur, szkielet) Parametryzacja sylwetek (metoda momentów) Stereowizja dwukamerowa J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 3 / 29
Pomoce dydaktyczne materiały do wykładu Gonzales R.,Woods R., Digital Image Processing, Prentice Hall, New Jersey, 2001. Pavlidis T., Grafika i przetwarzanie obrazów, WNT, Warszawa, 1987. Skarbek W., Metody reprezentacji obrazów cyfrowych, PLJ, Warszawa, 1993. Tadeusiewicz R., Korohoda P., Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów, FPT, Kraków, 1997. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 4 / 29
System wizyjny przykład https://www.youtube.com/watch?v=d6copjwj0s4 Fanuc J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 5 / 29
Pętla sterowania akwizycja przetwarzanie Scena Obraz działanie analiza Decyzja Opis rozpoznawanie J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 6 / 29
działanie Scena Decyzja akwizycja rozpoznawanie Obraz Opis przetwarzanie analiza Cele przetwarzania stopniowa redukcja informacji, np. obraz barwny obraz w skali szarości obraz czarno-biały, wyłonienie istotnych informacji, np. kształtu, wielkości, eliminacja zbędnych lub szkodliwych informacji, np. szumów, artefaktów. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 7 / 29
działanie Scena Decyzja akwizycja rozpoznawanie Obraz Opis przetwarzanie analiza Cele analizy wyznaczenie liczbowych charakterystyk i ich parametrów statystycznych, pomiar wartości określonych cech. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 8 / 29
Transformacje pomiędzy poszczególnymi kl. obr. (przetwarzanie) filtracje, transformacje filtracje, transformacje punkty charakterystyczne I pełna gradacja kontrastu IV punkty lub wieloboki segmentacja kontur szkielet punkty charakterystyczne segmentacja krzywych II dwa poziomy szarości III krzywe ciągłe lub linie proste kontur, szkielet filtracje, transformacje filtracje, transformacje J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 9 / 29
Transformacje pomiędzy poszczególnymi klasami obrazów (grafika) filtracje, transformacje filtracje, transformacje I pełna gradacja kontrastu cieniowanie II dwa poziomy szarości rendering wypełnianie wypełnianie IV punkty lub wieloboki rendering aproksymacja interpolacja III krzywe ciągłe lub linie proste filtracje, transformacje filtracje, transformacje J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 10 / 29
Zależności przy tworzeniu systemu wizyjnego ZADANIE WIEDZA A PRIORI O SCENIE wybór opisu wybór cech metoda segmentacji metoda akwizycji przetwarzanie wstępne przetwarzanie wtórne akwizycja przetwarzanie wstępne segmentacja przetwarzanie wtórne analiza J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 11 / 29
Światło a widmo elektromagnetyczne f [Hz] 10 21 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3 10 3 10 0 10 3 10 6 10 9 10 12 λ [nm] promienie promienie widmo mikro- fale gamma X optyczne fale radiowe ultrafiolet światło widzialne podczerwień λ 10 nm 380 nm 780 nm 10 µm 100 µm 1 mm 400nm 500nm 600nm 700nm J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 12 / 29
100 80 Pręciki Czopki Względna czułość oka 60 40 20 0 400 500 600 700 Długość fali λ [nm] J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 13 / 29
lub lub lub J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 14 / 29
Model barw RGB Zakłada, że każdą barwę można uzyskać mieszając trzy barwy podstawowe. Każdy kolor reprezentowany jest przez trzy składowe: czerwoną (R), zieloną (G), niebieską (B). J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 15 / 29
Model barw RGB Zielony Żółty Turkusowy Biały Czarny Czerwony Niebieski Purpurowy Odcienie szarości Model addytywny inne kolory tworzą się na zasadzie dodawania. Najczęściej stosowany 24 bitowy zapis kolorów. Wartość 0 każdej składowej kolor czarny, wartość 255 kolor biały. Wykorzystywany tam, gdzie źródłem barwy jest światło. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 16 / 29
Model barw HSV/HSB Przestrzeń barw jest stożkiem. Hue odcień, kolor, Saturation nasycenie, Value/Brightness wartość/jasność. H V S Aby określić barwę definiuje się barwę spektralną oraz dodaną ilość czerni i bieli aby otrzymać końcową barwę. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 17 / 29
Model barw CMY(K) Każdy kolor reprezentowany jest przez 3 składowe + 1 dodatkowa: turkusową (Cyan), purpurową (Magenta), żółtą (Yellow), czarną (black). Model substraktywny inne kolory tworzą się na zasadzie odejmowania. Wykorzystywany w poligrafii. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 18 / 29
Temperatura bieli Barwa biała jest to najjaśniejsza z barw, powstała po zrównoważonym zmieszaniu barw prostych. Przez człowieka jest odbierana jako najjaśniejsza w otoczeniu odmiana szarości. Nie istnieje jedna konkretna barwa biała. Wrażenie czystej bieli jest odbierane indywidualnie i w zależności od siły światła (słabe oświetlenie odcienie cieplejsze, przy wzroście oświetlenia wrażenie neutralnej bieli przesuwa się w kierunku odcieni chłodniejszych). Temperatura źródeł światła: 2000 K światło świecy i lampy naftowej, 2900-3200 K lampa halogenowa, 2000-4000 K barwa neutralnie biała, 4000-5000 K barwa lekko chłodno-biała, 5000-5500 K światło dzienne, 7000 K zachmurzone niebo. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 19 / 29
J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 20 / 29
J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 20 / 29
J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 21 / 29
Parametry obrazu Podstawowe parametry obrazu rozdzielczość, głębia bitowa, format zapisu. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 22 / 29
Rozdzielczość Zwykle rozumiana dwojako: rozmiar obrazu liczba pikseli w pionie i poziomie, dokładność wyświetlania liczba punktów na cal (dpi). J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 23 / 29
Rozdzielczość Zwykle rozumiana dwojako: rozmiar obrazu liczba pikseli w pionie i poziomie, dokładność wyświetlania liczba punktów na cal (dpi). 1 =2.54cm 1 =2.54cm 10dpi 20dpi J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 24 / 29
Głębia bitowa Miara liczby bitów przechowujących informację dla jednego piksela obrazu cyfrowego. Określa ilość informacji o kolorze dostępnej dla każdego piksela obrazu. 0 1 00 01 10 11 0000 1111 00000000 11111111 J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 25 / 29
Liczba dotępnych kolorów 2 2 2 2 2 2 = 64 00 01 10 11 Liczba dotępnych kolorów 2 8 2 8 2 8 = 16777216 00000000 11111111 J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 26 / 29
Format zapisu W znaczący sposób decyduje o jakości obrazu i rozmiarze pliku. Formaty zapisu dzielimy na: formaty przechowujące grafikę rastrową, stosujące kompresję stratną (JPEG, DjVu), stosujące kompresję bezstratną (PNG, GIF), nie stosujące kompresji (XCF, BMP, PSD); formaty przechowujące grafikę wektorową (PS, EPS). J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 27 / 29
Grafika rastrowa Obraz jest budowany z prostokątnej siatki pikseli (najmniejszy, niepodzielny element obrazu o stałej barwie). Zapamiętywana jest dwuwymiarowa tablica bitmapa. Zajętość pamięci niezależna od stopnia skomplikowania obrazu. Brak możliwości skalowania bez utraty jakości. Grafika wektorowa Obraz jest rysowany za pomocą punktów, kresek lub łuków. Zapamiętywane są charakterystyczne dane figur, np. średek okręgu i jego promień, początek i koniec odcinka. Zajętość pamięci zależna od stopnia skomplikowania obrazu. Dowolne powiększanie obrazów bez straty jakości. J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 28 / 29
Grafika wektorowa a rastrowa J. Ratajczak Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów wykład 1 29 / 29