dane obrazowe - wydział inżynierii lądowej pwwektor.il.pw.edu.pl/~edu/tib/pdf/p_05.pdf ·...

Dane obrazowe

R. Robert Gajewskiomklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

www.il.pw.edu.pl/[email protected]

205 ©2004 R. Robert �RoG@j� Gajewski

Przetwarzanie danych obrazowych

! Przetwarzanie danych obrazowych przyjmuje trzy formy: ! Grafikę komputerową, ! Przetwarzanie obrazów, ! Rozpoznawanie obrazów.

Opis

Obraz

Grafika Rozpoznawanie obrazu

Przetwarzanie obrazu


Grafika komputerowa! Zajmuje się tworzeniem obrazów na podstawie

informacji nieobrazowej. Przykłady to: ! Wykresy funkcji i danych eksperymentalnych, ! CAD, ! Symulacje komputerowe.

! Plastyka i animacja komputerowa to dwie dziedziny, które wymagają poza wiedzą techniczna także talentów artystycznych.

! Grafika interakcyjna dotyczy systemów, w których dane wejściowe użytkownika podawane są w postaci graficznej.


Przetwarzanie obrazów

! Dotyczy zagadnień, w których dane wejściowe i wyniki mają postać obrazów. ! Przesyłanie obrazów wraz z kompresją,! Poprawa jakości obrazów (kontrast,

luminancja)! Przykład zaawansowany to konstruowanie

obrazów przekroju ciała ludzkiego na podstawie rentgenogramów.


Rozpoznawanie obrazów! Są to metody tworzenia opisu obrazu wejściowego

lub zakwalifikowanie obrazu do jakiejś szczególnej klasy.

! W pewnym sensie jest to zagadnienie odwrotne do grafiki komputerowej - proces zaczyna się od obrazu a kończy się abstrakcyjnym zbiorem opisującym go.

! Przetwarzanie obrazów zajmuje się znajdywaniem konturów a równoważnym działaniem w grafice jest wypełnianie konturów - są to operacje odwrotne i pewne zagadnienia teoretyczne są wspólne.


Formy danych obrazowych

! Rozważając przetwarzanie obrazów wygodnie jest je podzielić na cztery klasy odnoszące się raczej do sposobu ich przedstawiania i przetwarzania niż do rzeczywistej formy wizualnej. ! Obrazy o pełnej gradacji kontrastów i kolorowe

(klasa_1)! Obrazy dwupoziomowe lub "kilkukolorowe" (klasa 2)! Krzywe ciągłe i linie proste (klasa 3)! Punkty lub wieloboki (klasa 4)


Klasa 1

! Obrazy o pełnej gradacji kontrastów i kolorowe (klasa 1)! Są one dokładnym przedstawieniem rzeczywistości.

Są one reprezentowane jako macierze z elementami całkowitymi nazywanymi element obrazu, pixel lub pel.

! Do reprezentowania obrazów kolorowych mogą służyćtrzy macierze lub jedna macierz, w której różne bity każdego elementu odpowiadają poszczególnym kolorom.


Klasa 2

! Obrazy dwupoziomowe lub "kilkukolorowe" (klasa 2)! Przykładem takiego obrazu może być strona

tekstu. ! Obrazy tej klasy mogą być reprezentowane

jako macierze z jednym bitem na element a także jako "mapy" ponieważ zawierająjednoznacznie określone obszary jednego koloru.


Klasa 3

! Krzywe ciągłe i linie proste (klasa 3)! Kontury obszarów lub wykresów są

przykładami takich obrazów. ! Dane są ciągami punktów, które mogą być

reprezentowane jako ich współrzędne - jest to jednak metoda nieefektywna.


Kody łańcuchowe! Kody łańcuchowe polegają na tym, że wektor łączący dwa kolejne punkty jest określony jednym symbolem ze skończonego zbioru symboli.

! Różnicowe kody łańcuchowe są bardziej efektywnąmetodą, gdzie reprezentacją każdego punktu jest różnica między dwoma kolejnymi kodami bezwzględnymi (dla krzywych gładkich te różnice sąniewielkie!)

0

1

7


Klasa 4

! Punkty lub wieloboki (klasa 4)! Obrazy tej klasy składają się ze zbioru oddzielnych

punktów, które są tak od siebie oddalone, że nie mogąbyć reprezentowane przez kod łańcuchowy.

! W zamian należy zastosować tablice ich współrzędnych.

! Obrazy tego typu są najczęściej stosowane w grafice komputerowej. Chociaż same obrazy są klasy 2 lub 1 to ich wewnętrzna reprezentacja jest klasy 4.


Wprowadzanie obrazów! Aby obraz analogowy mógł być przetwarzany komputerowo

zamieniamy go na tablicę liczb. ! Proces dyskretyzacji składa się z:

! Próbkowania - wyboru zbioru punktów z pola obserwacji, pomiaru parametrów obrazu i stosowania tego w analizie całego obrazu.

! Kwantowania - opisu danych pomiarowych za pomocąskończonej liczby cyfr.

! Rozdzielczość przestrzenna dotyczy gęstości punktów próbkowania.

! Rozdzielczość poziomów jasności lub koloru dotyczy wierności przedstawienia danych pomiarowych.


Grafika wektorowa

! Urządzenia grafiki wektorowej tworzą obrazy klasy 3 lub 4. Elementarne rozkazy mają postać: ! P(x,y) - ustaw plamkę świetlna w punkcie (x,y)! S(z) - ustaw jasność zgodnie z wartością z

! Aby wyświetlić obiekt należy utworzyć odpowiednia sekwencję tego typu rozkazów.

! Zaleta tej grafiki to oddzielenie opisu obiektu od ekranu.


Grafika wektorowa

! Obraz pamiętany jest i interpretowany w postaci obiektów takich jak:! Punkty, linie,! Okręgi, elipsy, krzywe,! Trójkąty, wieloboki, ! Linie wymiarowe, linie tekstu, ! Powierzchnie, bryły.

! Stosowana jest w systemach wspomagania projektowania obiektów technicznych.


Grafika rastrowa

! Urządzenia grafiki rastrowej tworzą obrazy klasy 1 lub 2.

! Zasadniczą cechą urządzeń rastrowych jest duża pojemność pamięci.

! Wszystkie parametry obrazu sąprzechowywane w odpowiednich komórkach pamięci.


Obraz cyfrowy i analogowy

! Fotografia wykonana aparatem małoobrazkowym jest przykładem obrazu analogowego �! zapisana w nim informacja ma charakter

ciągły we wszystkich kierunkach. ! Obraz cyfrowy uzyskuje się poprzez

próbkowanie obrazu analogowego w regularnych odstępach w celu dyskretyzacjiinformacji.


Dyskretyzacja


Kodowanie! Kodowanie obrazu polega na redukcji liczby bitów

potrzebnych do reprezentacji obrazu poprzez kody o zmiennej długości.

! Kodowanie o zmiennej długości słowa wykorzystuje: ! krótsze kody dla symboli częściej występujących

(bardziej prawdopodobnych),! dłuższe dla rzadziej występujących (mniej

prawdopodobnych)! Prowadzi to do zmniejszenia średniej długości słowa

kodowego.


Kodowanie metodą Huffmana! Wszystkim symbolom należy przypisać puste słowa

kodowe! Dołączyć 0 do słowa kodowego najbardziej

prawdopodobnego symbolu! Dołączyć 1 do słowa kodowego każdego z

pozostałych symboli w zbiorze S! Usunąć najbardziej prawdopodobny symbol z listy

symboli! Powyższe kroki powtarzać aż do chwili, aż lista

zostanie zredukowana do jednego symbolu.


Przykład kodowania

411111

311110

Krok 5

41111

31111

21110

Krok 4

4111

3111

2111

5110

Krok 3

511

411

311

211

010

Krok 2

51

41

31

21

01

10

Krok 1

50.2

40.1

30.1

20.1

10.4

00.2

11011111111101110010


Dyskretna transformata Fouriera

! Technikę jednowymiarowej transformaty Fouriera można zastosować również dla funkcji dwuwymiarowych do kompresji obrazów cyfrowych.

! Należy wykorzystać składowe kosinusowe w celu przekształcenia obrazu o wymiarach n*n na pewnąliczbę składowych.

∑ ∑∞

=

∞

=

++=1 1

0 )sin()cos()(i i

ii ixbixaaxf


Przekształcenia obrazów (1)! Klasa 1 w 2 - segmentacja, czyli identyfikacja

obszarów, gdzie kolor lub jasność są w przybliżeniu jednakowe.

! Klasa 2 w 3 - znajdywanie konturu i ścienianie. ! Klasa 3 w 4 - segmentacja krzywych mająca na celu

znalezienie punktów krytycznych na konturze. ! Klasa 4 w 3 - interpolacja, w której krzywa gładka

jest rysowana przez zbiór punktów i aproksymacja, gdzie krzywa gładka ma przechodzić blisko zadanych punktów.


Przekształcenia obrazów (2)

! Klasa 3 w 2 - gdy na wejściu mamy kontur powstaje wówczas zagadnienie jego wypełnienia, które jest opisywane podobnie jak zagadnienie cieniowania.

! Klasa 2 w 1 - obraz może sprawiać wrażenie mało estetycznego, gdy widać kontury kolorów; płynniejszeprzejście można uzyskać stosując filtry dolnoprzepustowe bądź dodatkowe zakłócające drżenie kolorów.


Przekształcenia obrazów (3)

! Przekształcenia z klasy niższej do wyższej należą do rozpoznawania obrazów.

! Przekształcenia z klasy wyższej do niższej to grafika komputerowa.

! Przetwarzanie obrazów zajmuje sięobydwoma typami przekształceń.

dane obrazowe - wydział inżynierii lądowej pwwektor.il.pw.edu.pl/~edu/tib/pdf/p_05.pdf ·...

Documents