Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Bevezetés

Kató Zoltán

Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika tanszék

SZTE

(http://www.inf.u-szeged.hu/~kato/teaching/)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Digitális képfeldolgozás

2

digitális képfeldolgozás

digitális kép

leírás

számítógépes

grafika

számítógépes

látás,

képelemzés

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

A képfeldolgozás társterületei

• Számítógépes képfeldolgozás: képi információ feldolgozása,

az eljárások/problémák bemenete és kimenete is kép.

• Képi alakfelismerés, képmegértés, számítógépes látás: mit ábrázol a kép,

osztályozás.

vizuális információ kinyerés, képi mérések

• Számítógépes grafika: képek előállítása, megjelenítése.

3

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Digitális kép

• Diszkrét értékeket tartalmazó ”táblázat”

• A digitális kép egy elemének elnevezése: pixel (picture element, 2D) vagy

voxel (volume element, 3D).

4

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Az első digitális képek

5

1921 1922

A korai Bartlane-rendszer 5 árnyalattal kódolt.

A fotókat távíró lyukszalagról rekonstruálták.

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Az első digitális képek

6

1929,

15 árnyalat,

(London – New York)

tengeralatti kábelen

továbbították

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Az első digitális képek

7

1964

Ranger 7

Hold

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Kép = szöveges interpretáció

8

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Amiben a gép jobb

• Terítsük ki a szövethálót majd számoljuk/mérjük meg a

szemeit

9

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Amikor a gép gyorsabb

• Határoljuk körbe a világos objektumokat, ügyelve az

összemosódó határokra

`Mikroszkóp képek elemzése

10

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Amikor a gép haszontalan

11

Csontváry: Jajcei vízesés (1903)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

A kép nem csak 2D lehet

12

3D kép: f(x,y,z)=c

x

y

z

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

A kép nem csak 2D lehet

13

mozgókép / 2D képek időbeli sorozata (3D): f(x,y,t)=c

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Nem csak látható fény

14

rák csillagkép ködfátyla (crab nebula)

látható

fény

infra-vörös

rádió-

hullám

Röntgen-

sugár

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Elektromágneses spektrum

15

látható fény

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Infravörös (hő)kép

16

infravörös

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Infravörös (hő)kép

17

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Multispektrális képek

18

infravörös és látható fény

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Multispektrális képek

19

f(x,y)=(v1,v2,…,vn)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Multispektrális képek

20

A NASA LANDSAT sávjai

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Multispektrális képek

21

LANDSAT 7 műholdfelvételek (Washington DC)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Multispektrális képek

22

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Radar képek

23

mikrohullám

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m) Radar képek

24

SAR (Synthetic Aperture Radar)

www.sandia.gov/radar/sar.html

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Radar képek

25

Lhasa, Tibet (Spaceborne Radar)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Rádió képek

26

rádióhullám

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Rádió képek

27

rádióteleszkóp spiral galaxy M33

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Rádió képek

28

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Mágneses rezonancia (MR) képek

29

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Ultraibolya képek

30

ultraibolya

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Ultraibolya képek

31

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Ultraibolya képek

32

Vénusz Nap

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép (X-ray)

33

Röntgen

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép (X-ray)

34

Wilhelm Conrad Röntgen

(1845-1923, Nobel-díj:1901)

A legelső Röntgen kép

(1895)

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép (X-ray)

35

mellkas-átvilágítás

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép (X-ray)

36

szén alumínium

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép (X-ray)

37

Nap szupernova

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Röntgen kép: Computed Tomography (CT)

38

3D CT agyvizsgálat egy

2D szelete

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Gamma képek

39

Gamma sugár

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Gamma képek: nukleáris medicina

40

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Képfeldolgozás alkalmazási területei

• űrkutatás

• orvostudomány

• geográfia

• csillagászat

• biológia

• mikroszkópia

• fizika

• ...

41

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Arcdetektálás

42

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Biometria

43

“How the Afghan Girl was Identified by Her Iris Patterns” Read the story

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Biometria

44

Fingerprint scanners on

many new laptops,

other devices

Face recognition systems now

beginning to appear more widely http://www.sensiblevision.com/

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Mars jármű

45

• Panoráma kép készítés

• 3D terepmodell

• Akadály detektálás, pozíció meghatározás

NASA'S Mars Exploration Rover Spirit captured this westward view from atop

a low plateau where Spirit spent the closing months of 2007.

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Robotika

46

http://www.robocup.org/

NASA’s Mars Spirit Rover

http://en.wikipedia.org/wiki/Spirit_rover

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Modern alkalmazások: Diagnosztika és műtéti

tervezés

47

Image guided surgery

Grimson et al., MIT 3D imaging

MRI, CT

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Fontosabb részterületek

• kódolás: kép transzformálása adatsűrítés vagy átvitel céljából

• helyreállítás: torzított képek minőségének a javítása

• képkiemelés: kép megjelenésének a javítása

• rekonstrukció: 3D tárgyak keresztmetszeti képeinek az előállítása vetületi felvételekből

• szegmentálás: a képen levő objektumok elkülönítése, a kép feldarabolása

• objektumok, alakzatok jellemzése, reprezentációja

• …

48

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Tematika címszavakban

• Képalkotás (digitális kamera perspektív leképezése)

• Képtranszformációk (pixelértékek megváltoztatása)

• Warping (képek geometriai transzformációja)

• Szűrőzés (konvolúció és Fourier transzformáció)

• Élek, sarokpontok detektálása

• Képi megfeleltetések

• Szegmentálás (strukturális információ kinyerése)

• Alakzatok detektálása, leírása

• Képek kódolása (tömörítés)

• MATLAB, mobil eszközök (okostelefon)

49

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Ajánlott irodalom

• Richard Szeliski: Computer Vision: Algorithms and

Applications (online elérhető: http://szeliski.org/Book)

• MATLAB:

MathWorks' links to sites containing MATLAB vision functions

MATLAB and Octave Functions for Computer Vision and Image

Processing

50

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Teljesítés feltételei

• Gyakorlat (45%)

2 ZH (javítás, pótlás nem lehetséges)

Opcionális házifeladatok (plusz pontszerzés = javítás)

• Vizsga (55%)

Szóbeli

• Külön jegy az alapkurzusra és a tehetséggondozó

kurzusra

A fenti teljesítések 1.5-el szorozva adják az alapkurzus jegyét

0% - 49%: elégtelen (1)

50% - 64%: elégséges (2)

65% - 77%: közepes (3)

78% - 89%: jó (4)

90% - 100%: jeles (5)

51

Kató

Zo

ltá

n:

Dig

itáli

s K

ép

feld

olg

ozás (

Teh

ets

ég

go

nd

ozó

pro

gra

m)

Felhasznált anyagok

• Palágyi Kálmán: Digitális Képfeldolgozás

/pub/Digitalis_kepfeldolgozas

• Trevor Darrell: C280, Computer Vision

http://www.cs.cmu.edu/afs/cs/academic/class/15385-

s06/lectures/ppts/

• Richard Alan Peters: EECE/CS 253 Image Processing

http://www.archive.org/details/Lectures_on_Image_Processing

• További források az egyes diákon megjelölve

52