ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 4 Vít Lédl vit.ledl@tul.cz TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
OBRAZ Obraz - spojitá skalární f-ce (objemové obrazy tomograf) f (x, y,t) 2D intenzitní signál, možné i s vývojem v čase Hodnoty obrazové f-ce odpovídají jasu Obtíže, množství dat, perspektiva, šum Vzorkuje se prostorově rozloženými fotocitlivými elementy Digitalizovaná data PIXEL - picture element Dále nedělitelná nejmenší část obrazu Pixel x photosite ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 4 2
OBRAZ PŘÍKLADY 3
OBRAZ DIGITALIZACE Vzorkovací mřížka Počet obrazových bodů Vzorkovací kritérium Prostorové frekvence Kvantování jas >> signál, Černobílý obraz, aproximace signálu Barevný obraz Binární obraz Nepřímé barvy, barevná věrnost 4
OBRAZOVÉ MŘÍŽKY - USPOŘÁDÁNÍ Různé tvary, L, čtverec, obdélník, šestiúhelník Okolí uspořádání Vzorkovací kritérium vzdálenost mezi vzorky (Shanonovo kritérium) 5
VZORKOVÁNÍ PŘÍKLAD 1 256 x 256 128 x 128 6
VZORKOVÁNÍ PŘÍKLAD 2 256 x 256 64 x 64 7
VZORKOVÁNÍ PŘÍKLAD 3 256 x 256 32 x 32 8
KVANTOVÁNÍ PŘÍKLAD 1 256 úrovní 64 úrovní 9
KVANTOVÁNÍ PŘÍKLAD 2 256 úrovní 16 úrovní 10
KVANTOVÁNÍ PŘÍKLAD 2 256 úrovní 4 úrovně 11
VLASTNOSTI DIGITÁLNÍHO OBRAZU Rozlišení prostorové, plošné řádek, sloupec Rozlišení jasové Rozlišení spektrální, (stupně šedi) Sekvence rozlišení časové 12
DIGITÁLNÍ OBRAZY Binární Šedotónový Barevný Nepravé barvy 13
FORMÁTY DIGITÁLNÍHO OBRAZU Černobílé : - binární - šedotónové - 8bit, 10bit,... Barevné: RGB - 3x8bit, i více... RGB + průhlednost další: CMY, HSV,... Nekomprimované x Komprimované Formáty, BMP, TIFF, (BEZEZTRÁTOVÁ KOMPRESE) JPG, GIF ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 4 RAW - format 14
NÁROKY NA PAMĚŤ 8-bitů na pixel (1 byte) uloží 256 odstínů šedi, a 24-bitů na pixel (3 bytes) trichromaticky uloží 16 milliónů barev 1 stránka A4 při 300 DPI v 8 bitech tj. 256 úrovní šedi má 8,3 megabajtů 15
VZDÁLENOST V OBRAZE Funkce D se nazýva vzdáleností, když D p, q ( )! 0 D( p, q) = 0 D p, q ( ) = D q, p ( ), speciálně, (identita)., (symetrie). D p,r ( )! D p, q ( ) + D q, r ( ), (trojúhelníková nerovnost). 16
D E D 4 D 8 (( x, y), ( h, k) ) = x! h ( ) 2 + ( y! k) 2 (( x, y), ( h, k) ) = x! h + y! k (( x, y), ( h, k) ) = max x! h, y! k ZPRACOVÁNÍ OBRAZU přednáška 4 DEFINICE VZDÁLENOSTI VE ČTVERCOVÉM RASTRU Euklidovská vzdálenost Vzdálenost městských bloků (vzdálenost na Manhattanu) Vzdálenost na šachovnici (z pohledu šachového krále) { } D E D 4 D 8 17
HRANICE OBLASTI Hranice oblasti je množina pixelů oblasti majících alespoň jednoho souseda nepatřícího do oblasti. Spojitá obrazové funkce >> nekonečně tenká hranice. V digitálním obraze má hranice konečnou tlouštku. Je nutné rozlišovat mezi vnitřní a vnější hranicí. Hranice oblasti (border) hrana (edge) hranový bod (edgel). 18
BAREVNÉ SYSTÉMY REPREZENTACE Aditivní, subtraktivní 19
Jas x četnost HISTOGRAM Ekvalizace + vyhlazování 20
ZPŮSOBY SNÍMÁNÍ OBRAZU Videometrie zpracování obrazu Zjišťuje se poloha, rozměry atd. Jednorozměrné pole informací Dvourozměrné pole informací Vícerozměrné pole informací 21
POLE OPTOELEKTRONICKÝCH SENSORŮ Pole diskrétních sensorů fotodiod, MOS fototranzistory Jsou integrovány na jednom čipu Čtení sekvenční náhodné Sekvenční vidicon CCD Náhodné CMOS, pole fotodiod, co se tím myslí (RAM) Fotonásobiče, pole fotonásobičů, image intensifiery 22
POLE OPTOELEKTRONICKÝCH SENSORŮ II Jednorozměrné, lineární, 1D linear array Rychlé i 100 KHz, velký DR (i jiné tvary) Dvourozměrné 2D, až KFPS spíš míň Lze snímat 2D s 1D snímačem scannery Nebo 2D s bodovým snímačem 23
FOTOELEMENTY - CHARAKTERISTIKY Vycházíme z rozměrů a tvaru obrazové mřížky Rozměr photosite, rozlišení prostorové Počet x počet y, M x N, rozměr Δx, Δy Δx = Δy Citlivost Spektrální citlivost Omezení pro určité vlnové délky Rozlišení jasů 24
HISTORIE SNÍMÁNÍ 25 25
Praktické ukázky 26