Procesarea Imaginilor - Curs 1 -...
Transcript of Procesarea Imaginilor - Curs 1 -...
![Page 1: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/1.jpg)
Procesarea Digitală a Semnalelor și a ImaginiiProcesarea Digitală a Semnalelor și a Imaginii
Procesarea ImaginilorProcesarea Imaginilor
– – curs 1 –curs 1 –
Universitatea Transilvania BrașovFacultatea de Inginerie Electrică și Știința CalculatoarelorDepartamentul de Electronică și Calculatoare
2013.05.14 ș.l. dr. ing. Kertész Csaba-Zoltán
![Page 2: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/2.jpg)
CuprinsCuprins
● Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor● Achiziția imaginilor● Tipuri de prelucrare a imaginilor● Operatori punctuali● Operatori integrali● Operatori pe vecinătate● Transformări unitare
![Page 3: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/3.jpg)
BibliografieBibliografie
● Gonzales, R., Woods, R., Digital Image Processing, ed. 3, Prentice Hall, 2008
● Constantin Vertan, Prelucrarea și Analiza Imaginilor, Editura MatrixROM, București, 1999
● C. Vertan, M. Ciuc, Tehnici Fundamentale de Prelucrarea și Analiza Imaginilor, Editura MatrixROM, București, 2007
● Mihai Ivanovici, Procesarea Imaginilor – Îndrumar de Laborator, Ed. Univ. Transilvania, Brașov, 2006
● htp://alpha.imag.pub.ro/cursuri
![Page 4: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/4.jpg)
IntroducereIntroducere
prelucrarea imaginilor=
extinderea prelucrării digitale a semnalelor pe suport bidimensional
![Page 5: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/5.jpg)
AplicațiiAplicații
● imagini medicale (CT, PET, MRI)● imagini satelit (meteorologice, topografice,
militare)● securitate (supraveghere, identificare)● larg consum (camere foto / video)
![Page 6: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/6.jpg)
![Page 7: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/7.jpg)
Sistem de prelucrare a imaginilorSistem de prelucrare a imaginilor
achizițiestocare
transmisieanaliză
procesare
eșantionarecuantizare
îmbunătățirefiltrarerestaurare
compresiesegmentarerecunoașterea formelor
![Page 8: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/8.jpg)
ImagineaImaginea
● spectrul electromagnetic vizibil
● lumina– intensitatea luminoasă
● Iν [Cd]
– luminanța (luminozitate)● L
ν [Cd/m2]
– lungimea de undă● λ = c / f
![Page 9: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/9.jpg)
Formarea imaginiiFormarea imaginii
● sursă de lumină
lumina se reflectă de pe obiecte
proiecția luminii reflectate pe un plan
f(x,y)
![Page 10: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/10.jpg)
Captarea imaginiiCaptarea imaginii
● camera obscură
![Page 11: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/11.jpg)
Imagini digitaleImagini digitale
● imaginea continuă trebuie discretizată:– în spațiu => eșantionare– în luminozitate => cuantizare
● imaginea digitală = matrice bidimensională de valori cuantizate de luminozitate
● elementul din matrice = pixel (Picture Element)
![Page 12: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/12.jpg)
EșantionareaEșantionarea
● discretizarea spațială a unei imagini continue● aproximarea unei funcții continue f(x,y) cu o
matrice de valori discrete de dimensiunea M×N
f x , y f 0,0 f 0,1 f 0,M−1f 1,0 f 1,1 f 1,M−1
⋮ ⋮ ⋱ ⋮f N−1,0 f N−1,1 f N−1,M−1
![Page 13: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/13.jpg)
Teorema eșantionăriiTeorema eșantionării
● o imagine f(x,y) având un spectru finit, eșantionată uniform, poate fi refăcut fără eroare din eșantioanele sale cu formula:
● us și νs sunt frecventele spațiale
● criteriul Nyquist:
– us > 2u0 și νs > 2ν0
f x , y = ∑m=−∞
∞
∑n=−∞
∞
f m x ,n ysinx us−m
xus−m sin y s−n
y s−n
![Page 14: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/14.jpg)
CuantizareaCuantizarea
● discretizarea în valoare a imaginii, reprezentarea cu un număr dat de biți a valorilor matricii obținute după eșantionare
![Page 15: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/15.jpg)
Tipuri de imagini digitaleTipuri de imagini digitale● binare
– 2 nivele (alb și negru)
● nivele de gri– 256 nivele de luminozitate
● color– 3x256 nivele de luminozitate pe 3 canale de culori
![Page 16: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/16.jpg)
Camera fotoCamera foto
![Page 17: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/17.jpg)
Senzorul CCDSenzorul CCD
● este un registru analogic de shifare fotosensibil● radiația electromagnetică incidentă (filtrat pentru o
anume lungime de undă) creează o sarcină electrică pe elemente
![Page 18: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/18.jpg)
Captarea imaginilor colorCaptarea imaginilor color
● lumina incidentă este filtrată după 3 lungimi de undă diferită (roșu, verde și albastru)
● în fața fiecărei celule CCD este o microlentilă filtru (pentru una din culori)
● culoarea corespunzătoare fiecărui pixel este calculată cu filtru Bayer din pixeli adiacenți
![Page 19: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/19.jpg)
Procesarea imaginilorProcesarea imaginilor
● are ca scop creșterea calității imaginii fie că utilizatorul imaginii este ochiul uman sau blocul următor în lanțul de procesare
● îmbunătățirea imaginilor● filtrarea imaginilor● restaurarea imaginilor
![Page 20: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/20.jpg)
Egalizare de histogramăEgalizare de histogramă
imaginea originală imaginea îmbunătățită
![Page 21: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/21.jpg)
Filtrarea zgomotuluiFiltrarea zgomotului
imagine afectată de zgomot gaussian
filtru de netezire
![Page 22: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/22.jpg)
Restaurarea imaginiiRestaurarea imaginii
imagine afectată demotion blur
deconvoluție Wiener
![Page 23: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/23.jpg)
Stocarea imaginilorStocarea imaginilor
● compresia imaginilor– permite reducerea volumului de date asociat imaginii
● fără pierdere– permite stocarea nealterată a tuturor informațiilor
despre imagine
● cu pierdere– permite reducerea volumului mai semnificativă prin
renunțarea la anumite detalii din imagine
![Page 24: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/24.jpg)
Compresia imaginilorCompresia imaginilor
compresie fără pierdere:374kB
compresie cu pierdere:7.5kB
fără compresie: 768kB
![Page 25: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/25.jpg)
Analiza imaginilorAnaliza imaginilor
● realizarea unor operații automatizate asupra imaginilor
● segmentare– împărțirea imaginilor în părți semnificative
● recunoașterea formelor– identificare părților semnificative
![Page 26: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/26.jpg)
Recunoașterea formelorRecunoașterea formelor
amprentă preluată cu senzor capacitiv
extragerea crestelor
![Page 27: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/27.jpg)
Îmbunătățirea imaginilorÎmbunătățirea imaginilor
● tipuri de operații
– punctuali● îmbunătățiri perceptuale
– pe vecinătate● filtrări
– integrali● transformate
![Page 28: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/28.jpg)
Operatori punctualiOperatori punctuali
● valoarea finală a unui pixel depinde numai de valoarea inițială a pixelului respectiv
i
j
i
j
gi , j=O f i , j
![Page 29: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/29.jpg)
Operatori pe vecinătateOperatori pe vecinătate
● valoarea finală a unui pixel depinde de valorile inițiale a pixelilor localizați într-o vecinătate a pixelului inițial
i
j
i
j
g i , j=O f k , l ,k , l∈V i , j
![Page 30: Procesarea Imaginilor - Curs 1 - etc.unitbv.roetc.unitbv.ro/~csaba.kertesz/pds/curs/PI-curs01.pdf · Sisteme de prelucrare și analiză a imaginilor ... M. Ciuc, Tehnici Fundamentale](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022050701/5a8ad6d47f8b9a7f398befd8/html5/thumbnails/30.jpg)
Operatori integraliOperatori integrali
● valoarea fiecărui pixel depinde de valorile inițiale a tuturor pixelilor din imagine
i
j
g i , j=O f ,i , j ,