Transformace obrazu Josef Pelikán KSVI MFF UK Praha

Podobné dokumenty
KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

Kompresní metody první generace

Úvod do kvantového počítání

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

9. cvičení z Matematické analýzy 2

31ZZS 9. PŘEDNÁŠKA 24. listopadu 2014

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Multimediální systémy

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Numerické metody a programování

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

Program SMP pro kombinované studium

Úvod do zpracování signálů

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

FOURIEROVA ANAL YZA 2D TER ENN ICH DAT Karel Segeth

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

Několik aplikací. Kapitola 12

Lineární a adaptivní zpracování dat. 3. SYSTÉMY a jejich popis ve frekvenční oblasti

Numerické metody a programování. Lekce 4

1. Vlastnosti diskretních a číslicových metod zpracování signálů... 15

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

7. Lineární vektorové prostory

transformace je posunutí plus lineární transformace má svou matici vzhledem k homogenním souřadnicím [1]

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Skalární součin. študenti MFF 15. augusta 2008

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

II. Úlohy na vložené cykly a podprogramy

8 Matice a determinanty

Circular Harmonics. Tomáš Zámečník

Eukleidovský prostor a KSS Eukleidovský prostor je bodový prostor, ve kterém je definována vzdálenost dvou bodů (metrika)

19 Hilbertovy prostory

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

Roman Juránek. Fakulta informačních technologíı. Extrakce obrazových příznaků 1 / 30

FOURIEROVA TRANSFORMACE FOURIEROVA VĚTA

Matematika I (KMI/PMATE)

NALG 001 Lineární algebra a geometrie 1, zimní semestr MFF UK Doba řešení: 3 hodiny

Modelování systémů a procesů (11MSP) Bohumil Kovář, Jan Přikryl, Miroslav Vlček. 8. přednáška 11MSP pondělí 20. dubna 2015

0.1 Funkce a její vlastnosti

1 Projekce a projektory

Operace s obrazem I. Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity Brno. prezentace je součástí projektu FRVŠ č.

Zdrojem většiny příkladů je sbírka úloh 1. cvičení ( ) 2. cvičení ( )

Poznámky k Fourierově transformaci

Matematika (KMI/PMATE)

Základy matematiky pro FEK

Analýza a zpracování digitálního obrazu

Čebyševovy aproximace

0.1 Úvod do lineární algebry

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

0.1 Úvod do matematické analýzy

Fourierovské metody v teorii difrakce a ve strukturní analýze

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

FOURIEROVA TRANSFORMACE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LDF MT MATEMATIKA VEKTORY, MATICE

Deformace rastrových obrázků

2010 Josef Pelikán, CGG MFF UK Praha

Operace s maticemi. 19. února 2018

15 Maticový a vektorový počet II

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Matematika B101MA1, B101MA2

Lineární algebra - I. část (vektory, matice a jejich využití)

Požadavky ke zkoušce. Ukázková písemka

Při návrhu FIR filtru řešíme obvykle následující problémy:

Operace s maticemi

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

POSLOUPNOSTI. 1. Najděte prvních pět členů posloupnosti (a n ) n=1, je-li a) a n = 1 2 (1 + ( 1)n ), b) a n = n + ( 1) n, c) a n = ( 1) n cos πn2

Katedra aplikované matematiky FEI VŠB Technická univerzita Ostrava

Lineární transformace

aneb jiný úhel pohledu na prvák

fluktuace jak dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak hodnot Heart Rate Variability) je jev, který

Linearní algebra příklady

Spektrální analýza a diskrétní Fourierova transformace. Honza Černocký, ÚPGM

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

Ortogonální transformace a QR rozklady

AVDAT Vektory a matice

sin(x) x lim. pomocí mocninné řady pro funkci sin(x) se středem x 0 = 0. Víme, že ( ) k=0 e x2 dx.

ALG2: Lineární Algebra (Skripta Horák, jako doplněk i skripta Kovár v IS)

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Úlohy k přednášce NMAG 101 a 120: Lineární algebra a geometrie 1 a 2,

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Integrální transformace obrazu

Základy matematiky pro FEK

P7: Základy zpracování signálu

WAVELET TRANSFORMACE V POTLAČOVÁNÍ

Signál v čase a jeho spektrum

Lineární a adpativní zpracování dat. 3. Lineární filtrace I: Z-transformace, stabilita

oblasti je znázorněn na obr Komplexní obálku můžeme rozepsat na její reálnou a

Afinní transformace Stručnější verze

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

Cvi ení 2. Cvi ení 2. Modelování systém a proces. Mgr. Lucie Kárná, PhD. March 5, 2018

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

0.1 Úvod do lineární algebry

Necht L je lineární prostor nad R. Operaci : L L R nazýváme

Lineární algebra : Skalární součin a ortogonalita

Výpočet průsečíků paprsku se scénou

Tajemství skalárního součinu

2. Schurova věta. Petr Tichý. 3. října 2012

Transkript:

Transformace obrazu 99725 Josef Pelikán KSVI MFF UK Praha email: Josef.Pelikan@mff.cuni.cz WWW: http://cgg.ms.mff.cuni.cz/~pepca/

Transformace 2D obrazu dekorelace dat potlačení závislosti jednotlivých vzorků (pixelů) spektrální analýza a syntéza spektrální prostor: frekvence obsažené v signálu (obrazovém, zvukovém) nejčastěji ortogonální (nebo unitární) transformace projekce do některé ortogonální (unitární) baze spojité i diskrétní formy transformace

Skalární součin Vektorový prostor se skalárním součinem, : reálné nebo komplexní funkce na intervalu T: f, g = f( x) g( x) dx posloupnosti reálných nebo komplexních čísel: a, b = ai b reálné nebo komplexní matice: A, B = aij b T i i, j i ij

Ortogonální systém Systém U jestliže platí: = { u u u }, 2, 3,... u m, u = n je ortogonální, c > pro m = n m jinak Systém U je ortonormální, jestliže platí: u, u = δ m n m n ( )

Úplný ortogonální systém Ortogonální systém úplný, jestliže: U = { u u u }, 2, 3,... je ) v prostoru konečné dimenze je bazí 2) v prostoru nekonečné dimenze lze každý prvek a aproximovat libovolně přesně částečným součtem: i= a A u i i

Ortogonální transformace Výpočet koe cientů pro aproximaci prvku ortogonálním systémem: min Ai i= a A u i i Optimální koe cient: A i = c a, u i i Transformace T: a A i { }

Separabilní 2D transformace diskrétní transformace v prostoru R M potřebuje O(M 2 2 ) násobení a sčítání M koe cientů, každý M násobení A = a k, l u k, l i, j ij M k= l= ( ) ( ) jestliže je systém U separabilní, je třeba jen O(M(M)) operací ij u k, l = v k w l ( ) ( ) ( ) ij i j

Separabilní 2D transformace systémy { v i } a { w j } musí být samy také ortogonální často se pro čtvercové matice používá v i = w i separabilní transformace se provádí ve dvou krocích jeden krok transformuje sloupce, druhý řádky maticový zápis: A = V a W v = A W = V A w

Odvození A = a k, l u k, l = i, j ij M k= M l= ( ) ( ) = a k, l v k w l = k= M l= ij ( ) ( ) ( ) i = v k a k, l w l = v k A k ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) i j k= l= k= M = w l a k, l v k = w l A l j ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) j i l= k= l= M i j j w i v

Komplexní Fourierova řada 2πnt 2πnt 2πnt exp i = cos i sin T T T n = Komplexní funkce g s periodou T : g( t) A n nt = An exp 2 π i T n= T 2 nt = g( t) 2 π exp T T T 2 i dt

Spojitá Fourierova transformace Komplexní funkce g s konečnou energií komplexní spektrální funkce G(f) G f = g t exp 2π f t i dt ( ) ( ) ( ) g t = G f exp 2π f t i df ( ) ( ) ( )

Příklad spojité FT g obdélník. impuls: /2 /2 g G f = sinc π f = ( ) ( ) sin π π f f ( ) G(f) amplituda: fáze: π 3 2 2 3 π

Diskrétní Fourierova transform. Baze: f n ( ) k = 2πkn exp i ; k, n < Unitární transformace: G k = g n f n ( ) ( ) ( ) n= g n = G k f n ( ) ( ) ( ) k= k k

Rychlé algoritmy výpočtu DFT využívají vlastnosti komplexně sdružených koe cientů: G k G = k 2 2 princip rozděl a panuj (Cooley 65). FFT : ko cienty se rozdělí na sudé a liché (=2M) každá skupina se spočítá algoritmem FFT M výpočet výsledku pomocí násobení a sčítání složitost D FFT je O( log 2 ), při paralelní HW implementaci O(log 2 )

Schema rychlé DFT (FFT) x ±n y x ± y exp 2πn i M...... M (M)...... FFT M FFT M......

Diskrétní sinová transformace Pro obrazová data s korelačním koe cientem <.5 Baze: { s ( n ) ( k ) ( n ) k n } k = 2 π < sin ;, Unitární transformace: G k = g n s n ( ) ( ) ( ) n= g n = G k s n ( ) ( ) ( ) k= k k

Diskrétní cosinová transformace Pro obrazová data s velkým korelačním koe cientem Baze: C c n = C ( ) k k k Unitární transformace: π( 2n ) k cos ; k, n < 2 G k = C g n c n ( ) ( ) ( ) k n= g n = C G k c n ( ) ( ) ( ) k= k k k C k pro k = = 2 jinak

Příklad D cosinové baze c c c 2 c 3 c 4 c 5 c 6 c 7 c 8 c 9 c c c 2 c 3 c 4 c 5

Schema rychlé DCT g g g 2 C/4 C/4 C/4 S/8 S3/8 C/4 C/8 G G 2 G m = 4 G G 4 G 2 m = 8 g 3 C3/8 G 3 G 6 g 4 g 5 g 6 g 7 C/4 C/4 C/4 C/4 S/6 C/6 S5/6 C5/6 S3/6 S3/6 S7/6 S7/6 G G 5 G 3 G 7

Diskrétní Hartleyova transform. Reálný ekvivalent diskrétní Fourierovy transformace Baze: h n ( ) k = cas ; k, n < Unitární transformace: 2πkn G k = g n h n ( ) ( ) ( ) n= g n = G k h n ( ) ( ) ( ) k= k k casx = sinx cosx

Rademacherovy funkce (922) Ortogonální neúplný systém funkcí na, : R R R 2 R 3 R 4

Walshovy funkce (923) Zúplněný systém Rademacherových funkcí: W W W 2 W 3 W 4 W 5 W 6 W 7

Hadamardovo uspořádání Uspořádání podle kmitočtu a rekurzivní dekompozice: W W W 2 W 3 W 4 W 5 W 6 W 7 Walsh H H H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 Hadamard

Hadamardova transformace Pro obrazová data s velkým korelačním koe cientem Baze: { H ( n ) ( ) b( k n) k n } k = <, ;, Unitární transformace: G k = g n H n ( ) ( ) ( ) n= g n = G k H n ( ) ( ) ( ) k= k k b k, n = ( ) i= k i n i binární rozvoje

Rychlá Hadamardova transform. g g g 2 G G G 2 8 m = 4 8 8 G G G 2 m = 8 g 3 G 3 8 G 3 g 4 8 G 4 g 5 8 G 5 g 6 8 G 6 g 7 8 G 7

Hadamardova maticová transf. Rekurentní de nice Hadamardovy transformace v maticové podobě (jen pro =2 k ): H 2 = 2 H 2 = 2 H H H H Transformace maticí H: T T G = Hg g = GH

Haarova ortonormální baze A. Haar (99): n Pro k < = 2 lze jednoznačně nalézt čísla p, q tak, že platí: k p = 2 q p < n q 2 p Baze na, : Hr x ( ) Hr x = ( ) k = p 2 q q 2 p x < 2 2 2 2 p x < jinde 2 2 p q q 2 2 p p

Haarova baze pro =6 Hr Hr ± Hr 8 Hr 9 ±2 2 Hr 2 Hr 3 ± 2 Hr Hr Hr 4 Hr 5 ±2 Hr 2 Hr 3 Hr 6 Hr 4 Hr 7 Hr 5

Haarova transformace dobře reprezentuje lokální změny obrazu většina bazických funkcí má velmi omezený nosič nejjednodušší wavelet hierarchická rekurzivní de nice, všechny prvky baze lze získat z jediné funkce dilatací a posunutím rychlá transformace O(log 2 ): sčítání, odčítání a násobení 2 p/2

Slantova transformace S 2 2 = Rekurentní de nice Slantovy transformace: S 4 3 5 5 5 3 5 5 3 5 3 5 5 2 = Slantova baze obsahuje po částech lineární funkce

Rekurentní de nice Slantovy tr. S 2 = 2 a2 b2 a2 b2 I b2 a2 b2 a2 I 2 2 I I 2 2 S S a = 3 2 4 b 2 2 2 = 2 2 4

Konec Další informace: A. Jain: Fundamentals of Digital Image Processing, PrenticeHall, 989, 3288 W. Pratt: Digital Image Processing, 2nd edition, J. Wiley, ew York, 99, 9326 S. Haykin: An Introduction to Analog and Digital Communications, J. Wiley, ew York, 989