Pro úlohy digitálního zpracování obrazu je příznačný velký objem dat. Doposud ani rychlé počítače s konvenční sériovou architekturou nejsou schopny

Transkript

1 Obrazová matice

2 Pro úlohy digitálního zpracování obrazu je příznačný velký objem dat. Doposud ani rychlé počítače s konvenční sériovou architekturou nejsou schopny vykonat instrukce v čase, který odpovídá rychlosti standardních digitalizátorů televizního signálu. Například zařízení s čtvercovým obrazem rozměru 256 x 256 a 50 obrazy za sekundu dodává informaci o obrazovém elementu každých 140 ns. Pro 25 obrazů za sekundu rozměru 512 x 512 je to již 70 ns. Jedním z východisek pro urychlení výpočtu je paralelní přístup při zpracování obrazu. Algoritmy zpracování obrazu se většinou skládají z malé množiny operací, které jsou vykonány nad všemi obrazovými elementy. Paralelní počítače se nejčastěji klasifikují podle Flynna do čtyř tříd : - SISD (Single Instruction, Single Data) architektura obvykle sériová. - SIMD (Single Instruction, Multiple Data) se využívá v případě, že se jednou instrukcí zpracovává více prvků vektoru, nebo pole. Tento případ odpovídá nižší úrovni digitálního zpracování obrazu a využívá jej většina existujících paralelních architektur. Můžeme je rozdělit na dvě skupiny zřetězené zpracování (pipeline) a pole procesorů. - MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) je architektura nejobecnější. S různými daty pracuje více procesorů s navzájem odlišnými programy. Programování je komplikované. - MISD (Multiple Instruction, Single Data) architektura se nepoužívá, uvádí se jen pro úplnost třídění. Lze využít superpočítač typu Alfa 2100 fy Digital, který Univerzita Palackého v roce 1996 zakoupila a který je přístupný pomocí počítačové sítě UP budované na páteři ATM 155 Mb.

3 Obrazový analyzátor DIPS verze 5.0vs Digital Image processing System DIPS verze 4.0vs 1992 fy SOFO (Druckmüler, Heriban) vznikl v Brně při VŠ strojní jako kompendium řešených aplikací obrazové analýzy. Systém je dále rozvíjen a v současné době je distribuován jako DIPS verze 5.0 pod operačním systémem Windows. Uvedená verze, doplněná o tzv. SlowScan, který umožňuje průměrované opakované snímání statických obrazů, a tím získání obrazu velmi vysoké kvality pro vysoce náročné analýzy. SlowScan nachází uplatnění při snímání obrazů s velmi nízkým kontrastem (holografie, metalografie), při fotometrické analýze obrazů a pod. Systém může pracovat ve třech zobrazovacích režimech, které odpovídají možným rozlišením grafických karet VGA, Tseng, S3 (640x480, 800x600, 1024x768) při základní digitalizaci 640 x 480 pixelů a intenzitu 256 úrovní (1B). Systém obsahuje základní operace s pixely obrazů a umožňuje spouštění jejich sekvencí pomocí programových dávek. Rozhodnutí jednotlivých operací jsou stanoveny na základě histogramů a kumulovaných histogramů. [P2].

4 Standardní obrazový systém (DIPS) Analyzátor DIPS 5.0vs je v našem případě implementován do prostředí počítače typu IBM PC řady P2. Vstup tvoří televizní CCD kamera. V našem případě je použita CCD kamera typu OS 458 s rozlišovací schopností 795 x 596 obrazových elementů (picture elements) doplněná objektivem Videoopticon 1,6/8. Po jeho digitalizaci je užit digitalizační adapter LR 6000D umístěný přímo v počítači a řízený programem pro obrazovou analýzu. Výstup zařízení tvoří datový soubor v běžném obrazovém protokolu, který je možno zobrazit na monitoru počítače, vytisknout tiskárnou, nebo použít pro další zpracování. Schéma obrazového analyzátoru DIPS 4.0vs

5 Vstupní signál obraz Obraz vyhodnocovaného předmětu je snímán CCD kamerou. Dále je převáděn do tvaru obrazové matice, ve které jsou obrazové body (dále pixely) uloženy v celočíselných hodnotách v intervalu (0, 255), na jejichž uložení ve dvojkové soustavě stačíjeden byte. Poloha každého pixelu v následující obrazové matici (15) je určena dvěma indexy, kde i udává sloupec a j řádek obrazové matice: A a a a a a a a a 0,0 1,0 2,0 m,0 0,1 1,1 2,1 m,1 = a0,2 a1,2 a2,2 a m,2 a a a a 0, n 1, n 2, n m, n Za standardní lze považovat, když hodnota pixelu 0 je zobrazena černě, hodnota 255 bíle a ostatní hodnoty jsou černobílé odstíny mezi nimi. Hodnotám na monitoru lze však přiřadit i barvy (pseudobarvy) (viz obr. 2). (1.)

6 Obr. 1. Princip vytváření barev (pseudobarev) podle barevné palety

7 Konvence matematického zápisu obrazových transformací Nechť x značí reálnéčíslo a a,b nechť jsou přirozená čísla. Dále zavádíme funkce: cut [omezení hodnoty na interval (0,255)] (1.) 0 pro x < 0 cut ( x) = x pro 0 x pro x > 255 trunc (odseknutí desetinné části reálného čísla) = n (2.) trunc( x) kde n je celé číslo vzniklé z x odseknutím číslic za desetinnou čárkou, round (zaokrouhlování reálného čísla na číslo celé) ( ) round x ( ) ( ) trunc x pro x 0 = trunc x 0.5 pro x < 0 div (celočíselné dělení) a adivb= trunc pro b<> 0 b mod (zbytek po celočíselném dělení) amod b= a b a div b ( ) (3.) (4.)

8 divc (dělení s omezením výsledku na interval (0,255) a zaokrouhlením) (, ) divc x y x cut round pro y <> 0 = y 255 pro y = 0 (5.) max(maximum) ( xy) max, x pro x y = y pro x< y (6.) min (minimum) ( xy) min, x pro x y = y pro x > y

9 Tvar obrazového souboru *.DIG Obrazový analyzátor používá velmi jednoduchý protokol pro zápis obrazového souboru, proto je protokol využíván i v našich dalších aplikacích. Dále je přiložena tab. 1 a tab. 2, která popisuje povinnou a nepovinnou část souboru s extenzí DIG.

10