Zpracování obrazu a fotonika 2006

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Zpracování obrazu a fotonika 2006"

Vladimír Vlček
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Základy zpracování obrazu Zpracování obrazu a fotonika 2006

2 Reprezentace obrazu Barevný obrázek Na laně rozměry: 1329 x 2000 obrazových bodů 3 barevné RGB kanály 8 bitů na barevný kanál FUJI Superia 400 filmový skener Nikon nasnímáno v prostoru Adobe RGB

3 Vzorkování a kvantizace obrazu Vzorkování (sampling ampling): digitalizace v prostorových souřadnic adnicíchch Kvantizace (quantization uantization): digitalizace v úrovních

4 Vzorkování a kvantizace obrazu

5 Vzorkování a kvantizace obrazu

6 Vzorkování a kvantizace obrazu

7 Reprezentace obrazu RGB R G B

8 Reprezentace obrazu CIE Lab L a b šedotonový (luminosity) chrominační chrominanční

9 Reprezentace obrazu Srovnání RGB CIE Lab u = v = 4x 2x + 12y + 3 9y 2x + 12y + 3 Kolorimetrický diagram stejných rozdílů

10 Reprezentace obrazu Srovnání RGB CIE Lab Další možnosti: CMYK tiskový prostor (doplňkov kové barvy) Indexovaná barva Barevné profily a přizpp izpůsobení zařízen zení! Zpracování v kanálu L není změna barevného podání

11 Popis obrázku - histogram Luminosity Histogram Distribuční (rozdělovací) funkce úrovní (pro daný kanál) v obraze.

12 Popis obrazu - histogram Funkce pravděpodobnost = f(úrovně) Normování na počet bodů v obraze. Součet úrovní v histogramu = 1, resp. počet bodů v obraze Neexistuje vztah mezi polohou v histogramu a v obraze! Informace o správné expozici Histogram Distribuční (rozdělovací) funkce úrovní (pro daný kanál) v obraze.

13 Popis obrazu - histogram Saturace do bílé ztráta kresby Hodnoty: Mean střední hodnota Std Dev. odchylka Median medián (ve spojení s mean informace o tvaru h.) Pixels počet obr. bodů Pozadí snímku Histogram Distribuční (rozdělovací) funkce úrovní (pro daný kanál) v obraze.

14 Vyrovnání (ekvalizace)) histogramu

15 Vyrovnání (ekvalizace)) histogramu

16 Převodní charakteristika Zesvětlení podání světel

17 Převodní charakteristika Ztmavení podání stínů

18 Negativ Převodní charakteristika

19 Převodní charakteristika Binarizace obrazu

20 2D konvoluce Integrální podoba: ( f g )( x, y ) = f ( u, v ) g( x u, y v ) dudv FT ( f g)( x, y)) = F( u, v). G( u, v) Diskrétní tvar: ( F G)( i, j) = G( k, l) F( i k + 1, j l+ 1) k l

21 Vstup 2D konvoluce - příklady Po konvoluci Dolní propust (průměrování) 1 g( x, y) = 1/

22 Vstup 2D konvoluce - příklady Po konvoluci Horní propust (zvýraznění detailů) 1 g( x, y) = 1/

23 Vstup 2D konvoluce - příklady Po konvoluci Horní propust Prewitové filtr (zvýraznění horiz. hran) 1 g( x, y) = 1/

24 Vstup 2D konvoluce - příklady Po konvoluci 0 g( x, y) = 1/1 1 0 Horní propust Laplaceův filtr (zvýraznění horiz.i ver. hran)

25 Vstup Sobelova filtrace Po filtraci Dvě směrové filtrace horizintální, vertikální G V 1 ( x, y) = 1/ G H 1 ( x, y) = 1/ Fáze a modul fáze

Mediánov nová filtrace 100 256 108 101 0 106 106 110 104 (100 101 106 256 0 110 108 106 104) (0 100 101 104 106 106 108 110 256) Šum Salt and

26 Mediánov nová filtrace ( ) ( ) Šum Salt and Pepper Mediánová filtrace 3x3 Medián je 106 a hodnota 0 se nahradí 106 Odstranění: defektů, impulsového šumu a rušení, škrábance, hot a cool pixels

27 Korekce RAW snímku RAW símek přímo z kamery Obsahuje temný proud šum elektroniky vinětaci Jak má vypadat?

28 Korekce RAW snímku RAW símek přímo z kamery Korigovaný snímek Obr. převzaty z

29 Korekce snímac mací soustavy Aditivní zkreslení (šum) odstranění pomocí temného snímku, filtrací Multiplikativní (vinětace) odstranění flat fieldem,, modelem

30 Korekce RAW snímku RAW símek přímo z kamery Korigovaný snímek Obr. převzaty z

31 Multiplikativní zkreslení - vinětace Změna osvětlení v závislosti na vzdálenosti od středu E = 2 πτ D 4 L cos θ 4 f 2 D E = c f 2 Minimalizace Vhodná konstrukce objektivu cl.číslo, průměr, ohnisko Korekce následným zpracováním θ Úhel paprsků, které vstupují do soustavy. Nevyhnutelná vada!

32 Vinětace Změna osvětlení v závislosti na vzdálenosti od středu Snímek před úpravou Snímek po úpravě - Photoshop

33 Flat Field Kompenzace vinětace defektů v obraze (prach) Vyrovnání pole F k ( x, y) = K F( x, y) FF( x, y) Technika získání: homogenní osvětlení snímací a zobrazovací soustavy (odrazná deska). model soustavy obnova nejdéle po každé změně! je třeba RAW flat field korigovat na temný proud.

34 Temný snímek Temný snímek dark frame Zdroje: Tepelně generovaný náboj ve struktuře Šum součástek Typický charakter (vadné sloupce), histogram

35 Temný snímek Tepelný šum Kvantové jevy nenulová teplota I d = Aexp( B k B ) T Kodak KAF-0400 CCD produkuje 1e /s na pixel při 0 C Čtecí šum (elektronika + CCD!): Kodak KAF-0400 CCD je 15 e RMS tj. nelze mít nikdy lepší přesnost bez ohledu na teplotu! Pozn. Čtecí šum elektroniky lze vyjádřit i ve Voltech KAF-0400 CCD má výstupní uzel, který převede 1 elektron na 10 μv. Výsledný parametr za A/D převodníkem (typicky 16 bitů rozsah 2V) Parametr e /ADU.

36 Temný snímek Výsledný parametr za A/D převodníkem (typicky 16 bitů rozsah 2V). Např. Předpokládejme že kamera je vybavena 16 bitovým A/D převodníkem se vstupním rozsahem 2 V. Tj. 2 V signál je rozdělen na jednotek. 1 jednotka reprezentuje 2 V / = 30,5 μv. Předpokládejme že výstupní uzel použitého CCD snímače generuje napětí 10 μv na elektron. Výsledný poměr je (30,5 μv / ADU) / (10 μv / e ) = 3 e / ADU. To znamená že každé 3 elektrony v potenciálové jámě pixelu způsobí jeden inkrement čísla ve výsledném obrazu. Typicky také 2,3 e / ADU nebo 1,5 e / ADU.

37 Temný snímek Tepelný šum Kvantové jevy nenulová teplota I d = Aexp( B k B ) T Kodak KAF-0400 CCD produkuje 1e /s na pixel při 0 C BIAS FRAME: základní úroveň hodnoty pixelů definovaná elektronikou kamery. Tj. temný snímek s nulovou expoziční dobou. Temný proud x fix pattern noise!

38 Temný snímek Tepelný šum Kvantové jevy nenulová teplota I d = Aexp( B k B ) T Korekce: F d ( x, y) = F( x, y) D( x, y) Podmínky snímání: Stejná teplota, expoziční doba a rozlišení. Nepříliš velký časový odstup Jinak model superdark z více snímků nebo použití filtrace (např. medián).

39 Postup korekce RAW snímku RAW nekorigovaný - snímek

40 Postup korekce RAW snímku RAW nekorigovaný snímek - F Temný snímek - D Po korekci temným snímkem - Fd

41 Postup korekce RAW snímku Po korekci temným snímkem - Fd Flat field - FF Korigovaný snímek - Fk

42 Postup korekce RAW snímku RAW nekorigovaný - snímek Korigovaný snímek - Fk

Podobné dokumenty

Digitální astronomická. fotografie. zimní semestr Radek Prokeš. FJFI ČVUT v Praze

Digitální astronomická. fotografie. zimní semestr Radek Prokeš. FJFI ČVUT v Praze Fyzikální seminář zimní semestr 2009 Digitální astronomická Digitální astronomická fotografie Radek Prokeš FJFI ČVUT v Praze 15. 10. 2009 Digitální astronomická fotografie Digitální astronomická fotografie!