Цифровая обработка изображений

Содержание

Слайд 2

ЛЕКЦИЯ 1

ЛЕКЦИЯ 1

Слайд 3

Формирование изображения

Подавляющее большинство цифровых изображений получено на основе энергии излучения электромагнитных волн.
Энергия

Формирование изображения Подавляющее большинство цифровых изображений получено на основе энергии излучения электромагнитных
освещения либо отражается от сцены, либо проходит сквозь нее.
Энергия освещения фиксируется с помощью сенсора (ЧЭ), чувствительного к излучаемой энергии.

Слайд 4

Формирование изображения

- Материал ЧЭ чувствителен к некоторому интересующему виду излучения
- Преобразование основано

Формирование изображения - Материал ЧЭ чувствителен к некоторому интересующему виду излучения -
на следующем принципе: энергия освещения, подающая на ЧЭ, преобразуется в напряжение благодаря сочетанию материала ЧЭ и приложенной к нему электрической энергии

Слайд 5

Формирование изображения

Одиночный ЧЭ

Перемещение сенсора при регистрации двумерного изображения

Формирование изображения Одиночный ЧЭ Перемещение сенсора при регистрации двумерного изображения

Слайд 6

Формирование изображения

Линейка ЧЭ

Считывание двумерного изображения

Формирование изображения Линейка ЧЭ Считывание двумерного изображения

Слайд 7

Формирование изображения

Матрица ЧЭ

Матрица сенсоров выпускается в виде монолитной конструкции, объединяющей 4000х4000 элементов

Формирование изображения Матрица ЧЭ Матрица сенсоров выпускается в виде монолитной конструкции, объединяющей
(и более) с широким диапазоном чувствительных свойств.
- Выходной сигнал пропорционален интегралу световой энергии за время экспозиции.

Слайд 8

Формирование изображения

Первая функция, выполняемая системой формирования изображения, состоит в том, чтобы собрать

Формирование изображения Первая функция, выполняемая системой формирования изображения, состоит в том, чтобы
поступающую энергию и сфокусировать ее на плоскости изображения.

Слайд 9

Выходные сигналы преобразуются в комплексный видеосигнал с помощью цифровой и аналоговой электроники

Выходные сигналы преобразуются в комплексный видеосигнал с помощью цифровой и аналоговой электроники
(например АЦП).
Регистрация изображения таким образом осуществляется дискретно расположенными на матрице сенсорами.

Слайд 10

Дискретизация и квантование изображения

сформировать цифровое изображение на основе данных, полученных как выходные

Дискретизация и квантование изображения сформировать цифровое изображение на основе данных, полученных как
сигналы матрицы сенсоров.
выходной сигнал сенсора - аналоговый сигнал в форме непрерывного изменяющегося напряжения.
преобразовать эти непрерывные выходные сигналы в цифровую форму.

Слайд 11

Дискретизация и квантование изображения

Дискретизация - замена реального непрерывного изображения набором отсчетов в

Дискретизация и квантование изображения Дискретизация - замена реального непрерывного изображения набором отсчетов в дискретные моменты времени
дискретные моменты времени

Слайд 12

Дискретизация и квантование изображения

Квантование - преобразование непрерывного множества значений сигнала изображения в

Дискретизация и квантование изображения Квантование - преобразование непрерывного множества значений сигнала изображения в множество квантованных значений
множество квантованных значений

Слайд 13

Дискретизация и квантование изображения

Дискретизация и квантование изображения

Слайд 14

Дискретизация и квантование изображения

Дискретизация и квантование изображения

Слайд 15

Представление цифрового изображения

Элемент матрицы f(x,y) называется элементом изображения или пикселем

Представление цифрового изображения Элемент матрицы f(x,y) называется элементом изображения или пикселем

Слайд 16

Число градаций яркости изображения

Число градаций:
L=2k
Уровни яркости расположены с постоянным шагом и

Число градаций яркости изображения Число градаций: L=2k Уровни яркости расположены с постоянным
принимают целые значения в динамическом диапазоне: [0,L-1]
Высокий контраст : уровни яркости занимают значительную часть всего динамического диапазона.
Количество битов:
b=MxNxk
k-битное изображение

Слайд 17

Число градаций яркости изображения

Число градаций яркости изображения

Слайд 18


ЛЕКЦИЯ 2

ЛЕКЦИЯ 2

Слайд 19

Методы улучшения изображения

Улучшение изображения: обработка изображения, чтобы получить более подходящее изображение с

Методы улучшения изображения Улучшение изображения: обработка изображения, чтобы получить более подходящее изображение
точки зрения конкретного применения.
2 категории:
- методы обработки в пространственной области (пространственные методы): прямое манипулирование пикселями;
- методы обработки в частотной области (частотные методы): модификация сигнала, формируемого путем применения преобразования Фурье.
комбинация методов из данных двух категорий

Слайд 20

Пространственные методы

Процедуры, оперирующие непосредственно значениями пикселей:
g(x,y)=T[f(x,y)]

- Оператор Т определяется в некоторой окрестности

Пространственные методы Процедуры, оперирующие непосредственно значениями пикселей: g(x,y)=T[f(x,y)] - Оператор Т определяется
точки (x,y)
- Окрестностью точки (x,y) могут быть квадратная или прямоугольная области - подмножества изображения, центрированного в точке (x,y)

Т

Слайд 21

Поэлементная обработка
Окрестность имеет размер 1х1
g зависит от f только

Поэлементная обработка Окрестность имеет размер 1х1 g зависит от f только в
в точке (x,y)
T – функция градационного преобразования (функция преобразования интенсивности, функция отображения)
s=T(r)

Усиление контраста
Получить изображение более высокого контраста;
Затемнить пиксели со значением < m;
Повысить яркость пикселей со значением >m

Слайд 22

Пороговая функция

- Двухградационное (бинарное) изображение

Пороговая функция - Двухградационное (бинарное) изображение

Слайд 23

Основные градационные преобразования

Линейное
Логарифмическое
Степенное

Основные градационные преобразования Линейное Логарифмическое Степенное

Слайд 24

Линейное преобразование

Тожественное
Негатив s=L-1-r

Рентгенограмма молочной железы

- Переворот уровней яркости.
-Усиление белых или серых деталей

Линейное преобразование Тожественное Негатив s=L-1-r Рентгенограмма молочной железы - Переворот уровней яркости.
на фоне темных областей, особенно когда темные области имеют преобладающие размеры.

g=imcomplement(f)

Слайд 25

Логарифмическое преобразование

s=clog(1+r)

Увеличить диапазон малых значений яркости (узкий ? широкий)
Уменьшить диапазон больших значений

Логарифмическое преобразование s=clog(1+r) Увеличить диапазон малых значений яркости (узкий ? широкий) Уменьшить
яркости
Растяжение диапазона значений темных пикселей
Сжатие диапазона ярких пикселей.

Слайд 26

Логарифмическое преобразование

Спектр преобразования Фурье: 0-106
Выразить в 8-битной системе воспроизведения (256 градаций) ?

Логарифмическое преобразование Спектр преобразования Фурье: 0-106 Выразить в 8-битной системе воспроизведения (256
наиболее яркие пиксели будут доминировать над слабыми ?теряются много менее ярких деталей

Диапазон уменьшается от 106 до примерно 14

Слайд 27

Степенное преобразование

Увеличить диапазон малых значений яркости (узкий ? широкий)
Уменьшить диапазон больших значений

Степенное преобразование Увеличить диапазон малых значений яркости (узкий ? широкий) Уменьшить диапазон больших значений яркости
яркости

Слайд 28

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) r=k.U2.5

Гамма-коррекция:
s=c.r1/2.5

компьютер, сканер, принтер и т.д…
коррекция соотношения между

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) r=k.U2.5 Гамма-коррекция: s=c.r1/2.5 компьютер, сканер, принтер и т.д… коррекция соотношения между цветами
цветами

Слайд 29

Снимок позвоночника с переломом, получен с помощью ЯМР-томографа (ядерный магнитный резонанс). Результаты

Снимок позвоночника с переломом, получен с помощью ЯМР-томографа (ядерный магнитный резонанс). Результаты
преобразования с с=1, v=0.6, 0.4, 0.3

v=0.6?0.4: более контрастно
v=0.4?0.3: контраст снижается (вылинявший вид)

Слайд 30

Аэрофотоснимок. Результаты преобразования с с=1, v=3,4,5.

Аэрофотоснимок. Результаты преобразования с с=1, v=3,4,5.

Слайд 31

Кусочно-линейные функции преобразования

Преимущество:
- форма почти произвольная
Недостаток:
- Много параметров

Усиление контраста: - r1=s1, r2=s2
-

Кусочно-линейные функции преобразования Преимущество: - форма почти произвольная Недостаток: - Много параметров
r1=r2,s1=0,s2=L-1
…..

Слайд 32

(r1,s1)=(rmin,0)
(r2,s2)=(rmax,L-1)

Пороговое преобразование
r1=r2=m, m=(rmin+rmax)/2

(r1,s1)=(rmin,0) (r2,s2)=(rmax,L-1) Пороговое преобразование r1=r2=m, m=(rmin+rmax)/2

Слайд 33

Улучшить контраст отдельных деталей:
участков воды на спутниковых изображениях
дефектов изделий на рентгеновских изображениях
?

Улучшить контраст отдельных деталей: участков воды на спутниковых изображениях дефектов изделий на
Вырезание диапазона яркостей

Слайд 34

Вырезание битовых плоскостей

Каждый пиксель представлен 8 битами.
Изображение представлено в виде восьми битовых

Вырезание битовых плоскостей Каждый пиксель представлен 8 битами. Изображение представлено в виде
плоскостей.
Для получения 7-ой плоскости:
Отображать все уровни от 0 до 127 в 0
Отображать все уровни от 128 до 255 в 255

Слайд 35

8-битовое фрактальное изображение

8-битовое фрактальное изображение

Слайд 37


ЛЕКЦИЯ 3

ЛЕКЦИЯ 3

Слайд 38

Гистограмма

Нормализация гистограммы:

Гистограмма – это график распределения яркостей на изображении. На горизонтальной оси

Гистограмма Нормализация гистограммы: Гистограмма – это график распределения яркостей на изображении. На
- шкала яркостей тонов от белого до черного, на вертикальной оси - число пикселей заданной яркости.

Слайд 39

Видноизменение гистограммы

Сдвиг в темный диапазон

Сдвиг в яркий диапазон

Видноизменение гистограммы Сдвиг в темный диапазон Сдвиг в яркий диапазон

Слайд 40

Вылинявший серый вид

Равномерное распределение

Видноизменение гистограммы

Вылинявший серый вид Равномерное распределение Видноизменение гистограммы

Слайд 41

Компенсация узкого диапазона яркостей – линейное растяжение:

График функции f -1(y)

Видноизменение гистограммы

Компенсация узкого диапазона яркостей – линейное растяжение: График функции f -1(y) Видноизменение гистограммы

Слайд 42

Компенсация узкого диапазона яркостей – линейное растяжение:

Видноизменение гистограммы

Компенсация узкого диапазона яркостей – линейное растяжение: Видноизменение гистограммы

Слайд 43

Линейное растяжение – «как AutoContrast в Photoshop»

Видноизменение гистограммы

Линейное растяжение – «как AutoContrast в Photoshop» Видноизменение гистограммы

Слайд 44

Линейная коррекция помогает не всегда!

Видноизменение гистограммы

Линейная коррекция помогает не всегда! Видноизменение гистограммы

Слайд 45


График функции f -1(y)

y

x

Видноизменение гистограммы

График функции f -1(y) y x Видноизменение гистограммы

Слайд 46

Эквализация гистограммы

s – случайная величина в [0,1] c плотностью:

Функция преобразования:

Видноизменение гистограммы

Эквализация гистограммы s – случайная величина в [0,1] c плотностью: Функция преобразования: Видноизменение гистограммы

Слайд 47

Эквализация гистограммы

В дискретном виде:

Растяжение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Эквализация гистограммы В дискретном виде: Растяжение гистограммы Видноизменение гистограммы

Слайд 48

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 49

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 50

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 53


ЛЕКЦИЯ 4

ЛЕКЦИЯ 4

Слайд 54

Эквализация гистограммы
- Автоматическое нахождение функции преобразования для улучшения изображения
- Простота в реализации
-

Эквализация гистограммы - Автоматическое нахождение функции преобразования для улучшения изображения - Простота
Результаты предсказуемы
Но
- иногда не является наилучшим подходом!!!

Слайд 55

Задано исходное изображение
Задана желаемая гистограмма
Найти функцию преобразования, позволяющую перевести

Задано исходное изображение Задана желаемая гистограмма Найти функцию преобразования, позволяющую перевести исходное
исходное изображение в новое, гистограмма которого равна желаемой

Задание гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 56

r, z – яркости исходного и выходного изображений,
pr, pz – плотности распределения

r, z – яркости исходного и выходного изображений, pr, pz – плотности
вероятности r и z.
pz – заданая (требуемая) плотность выходного изображения.

Задание гистограммы

z имеет плотность, равную p(z)

(1)

(2)

(3)

Видноизменение гистограммы

Слайд 57

4 шага:
Получение функции преобразования T(r)
Получение функции преобразования G(z)
Вычисление обратной функции G-1(z)
Получение выходного

4 шага: Получение функции преобразования T(r) Получение функции преобразования G(z) Вычисление обратной
изображения

Видноизменение гистограммы

Слайд 58

1. Первый шаг:

2. Второй шаг:

3. Третий + четвертый шаги:

Видноизменение гистограммы

1. Первый шаг: 2. Второй шаг: 3. Третий + четвертый шаги: Видноизменение гистограммы

Слайд 59

1

2

3

Видноизменение гистограммы

1 2 3 Видноизменение гистограммы

Слайд 60

1

Видноизменение гистограммы

1 Видноизменение гистограммы

Слайд 61

2

Видноизменение гистограммы

2 Видноизменение гистограммы

Слайд 62

z(rk )=zi+1

3

Видноизменение гистограммы

z(rk )=zi+1 3 Видноизменение гистограммы

Слайд 64

Шаг 1 Шаг 2 Шаг 3

Шаг 1 Шаг 2 Шаг 3

Слайд 68

Алгоритм реализации

Видноизменение гистограммы

Алгоритм реализации Видноизменение гистограммы

Слайд 69

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 70

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 71

Видноизменение гистограммы

Видноизменение гистограммы

Слайд 74

Функция вычисления гистограммы

Функция вычисления гистограммы

Слайд 75

Функция вычисления гистограммы

Функция вычисления гистограммы

Слайд 76

Преобразование Tr(rk)

Преобразование Tr(rk)

Слайд 77

Функция эквализации гистограммы

Функция эквализации гистограммы

Слайд 78

Заданная гистограмма pz

Заданная гистограмма pz

Слайд 79

Заданная гистограмма pz

Заданная гистограмма pz

Слайд 80

Заданная гистограмма pz

Заданная гистограмма pz

Слайд 81

Заданная гистограмма pz

Заданная гистограмма pz
Имя файла: Цифровая-обработка-изображений.pptx
Количество просмотров: 645
Количество скачиваний: 8