DIP 01 Fundamentos
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Fundamentos de Processamento de Imagens
SCC0251/5830 Processamento de Imagens
Prof. Moacir Ponti Jr.
www.icmc.usp.br/~moacir
Instituto de Cincias Matemticas e de Computao USP
2012/1
Moacir Ponti Jr. (ICMCUSP) Fundamentos 2012/1 1 / 32
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Sumrio
1
Imagem e Imagem Digital
2
Amostragem e Quantizao
3
Histrico
4
Conectividade e relacionamento entre pixels
5
Operaes Aritmticas, Lgicas e de Conjunto
Moacir Ponti Jr. (ICMCUSP) Fundamentos 2012/1 2 / 32
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Imagem e Imagem Digital
Imagem
Funo bidimensional (2-d) de intensidade de luz f (x , y):
x e y so as coordenadas espaciais
f no ponto (x , y) representa a intensidade ou cor naquela coordenadana prtica, so denidas em regies retangulares
Contnua no espao
Contnua em amplitude
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Imagem e Imagem Digital
Aquisio
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Imagem e Imagem Digital
Formao da imagem
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Imagem e Imagem Digital
Pipeline de gerao de imagem digital
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Imagem e Imagem Digital
Imagem Digital
Ao adquirir a imagem a funo contnua amostrada e sua amplitude
quantizada.
Como resultado, a imagem digital a representao da imagem
contnua por um array 2-d de amostras discretas.
Cada elemento da matriz chamado de pixel.
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Imagem e Imagem Digital
Imagem Digital
A luz incidente no sensor integrada durante o tempo de exposio
(tempo expresso em fraes de segundo),
CCD: charge-coupled device,
ftons so acumulados em cada clula, aps nalizada a exposio so
transferidos de clula a clula para um amplicador
CMOS: complementary metal oxide on silicon.
ftons afetam diretamente a condutividade de cada clula sensvel e
pode ser amplicado localmente.
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Amostragem e Quantizao
Resoluo: Amostragem
O tamanho do sensor dene em grande parte a qualidade da imagem,
alm do ganho analgico (pode ser simulado via ISO) e o rudo do
sensor.
Nem sempre mais megapixels signicam maior tamanho de sensor e
qualidade do sistema de aquisio
Tamanhos de sensor tpicos:
1/3" 1/2.7" 1/2.5" 1/2" 1/1.8" 1/1.7" 2/3" 1"
Width 4.8 5.37 5.76 6.4 7.18 7.6 8.8 12.8
Height 3.6 4.04 4.29 4.8 5.32 5.7 6.6 9.6
Size 17.3 21.7 24.7 30.7 38.2 43.3 58.1 123
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Amostragem e Quantizao
Resoluo: Amostragem
Imagens obtidas com mesmo sensor mas parmetros de amostragem
diferentes:
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Amostragem e Quantizao
Resoluo: Amostragem
A resoluo espacial da viso humana mede quantos pontos diferentes
um olho pode distinguir em uma imagem
O campo visual humano corresponde a uma matriz de
aproximadamente 3000 3000 pontos.
Os dispositivos de visualizao de imagens sem adaptam ao sistema
visual humano, tentando fornecer visualizao cada vez mais prxima
de uma cena real (imagem contnua).
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Amostragem e Quantizao
Resoluo: Amostragem
Dispositivos de visualizao
Resoluo:
TV comum (SD): 512 480 (ou 480 linhas)
TV HDTV: 1280 720 (ou 720 linhas)
TV FullHD: 1920 1080 (ou 1080 linhas)
Aspecto:
4:3
16:9 (widescreen)
21:9 (ultra widescreen)
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Amostragem e Quantizao
Nmero de cores: quantizao
Aps amostrar a imagem o sensor ainda precisa converter cada
observao real em uma observao discreta, denida pelo nmero
de bits usados para armazen-lo.
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Amostragem e Quantizao
Nmero de cores: quantizao
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24 bits 08 bits
04 bits 03 bits
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Amostragem e Quantizao
Nveis de cinza
Ao visualizar em sequncia os nveis de cinza utilizando quantizao
diferente, possvel ver falsos contornos gerados:
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Amostragem e Quantizao
Nveis de cinza: discernimento de brilho
O limiar de visibilidade foi determinado experimentalmente por Weber:
I/I KWeber
1..2%,
chamada: frao de Weber ou lei de Weber.
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Amostragem e Quantizao
Nmero de cores: quantizao
(Domcio Pinheiro / Agncia Estado)
Imagem binria (0-1)
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Amostragem e Quantizao
Componentes de cor
Vermelho (R) Verde (G) Azul (B)
24 bits (8 + 8 + 8)
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Histrico
Sumrio
1
Imagem e Imagem Digital
2
Amostragem e Quantizao
3
Histrico
4
Conectividade e relacionamento entre pixels
5
Operaes Aritmticas, Lgicas e de Conjunto
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Histrico
Histrico
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Sumrio
1
Imagem e Imagem Digital
2
Amostragem e Quantizao
3
Histrico
4
Conectividade e relacionamento entre pixels
5
Operaes Aritmticas, Lgicas e de Conjunto
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Vizinhos
Um pixel p na coordenada (x , y) tem quatro vizinhos horizontais everticais, cujas coordenadas so:
(x + 1, y), (x 1, y), (x , y + 1), (x , y 1)
Esse conjunto de pixels, chamado vizinhana-4 de p e expresso por
N
4
(p).
Os vizinhos diagonais so
(x + 1, y + 1), (x + 1, y 1), (x 1, y + 1), (x 1, y 1)
Esse conjunto expresso por N
D
(p).
Os pontos N
4
(p) em conjunto com os pontos ND
(p) formam avizinhana-8 de p, ou N
8
(p)
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Adjacncia e conectividade
V conjunto de valores de intensidade usados para denir uma
adjacncia.
Em uma imagem binria V = {1} adjacncia de pixels de valor 1.
Em imagens de 256 nveis de cinza V pode ser qualquer subconjunto
dos valores entre 0 e 255.
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Adjacncia e conectividade
Adjacncias
Adjacncia-4: dois pixels p e q V so adjacentes-4 se q N4
(p)
Adjacncia-8: dois pixels p e q V so adjacentes-8 se q N8
(p)
Adjacncia-m (mista): dois pixels p e q V so adjacentes-m se1
q N4
(p), ou2
q ND
(p) e o conjunto N4
(p) N4
(q) no contiver pixel em V .
evita ambiguidade de adjacncias (gura abaixo ao meio: adjacncia-8
e direita adjacncia-m)
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Caminho e conectividade
Caminho de um pixel p = (x , y) a um pixel q = (s, t) uma sequncia:
(x0
, y0
), (x1
, y1
), , (xn
, yn
),
onde (x0
, y0
) = (x , y) e (xn
, yn
) = (s, t).
Os pixels (xi
, yi
) e (xi1
, yi1) devem ser adjacentes para 1 i n.
Se (x0
, y0
) = (xn
, yn
) o caminho fechado.
possvel denir caminhos 4, 8 ou m.
Sendo S um subconjunto de pixels na imagem, p e q so conexos em
S se existir um caminho em S entre p e q.
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Conectividade e relacionamento entre pixels
Conectividade entre regies e borda
Com R representando uma regio da imagem (conjunto conexo de pixels):
Duas regies R
i
e R
j
so consideradas adjacentes se R
i
Rj
formar
um conjunto conexo.
A borda (fronteira ou contorno) de uma regio R :
Conjunto de pontos adjacentes aos pontos do complemento de R
(contorno interno).
Conjunto de pontos adjacentes no complemento de R (contorno
externo).
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Operaes Aritmticas, Lgicas e de Conjunto
Operaes Aritmticas e Lgicas
Subtrao
Adio
Multiplicao (ponto a ponto)
Diviso (ponto a ponto)
E
OU
Negao
Unio
Interseco
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Bibliograa
Bibliograa I
GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.E. Processamento Digital de Imagens, 3.ed
Captulos 1 e 2.
Pearson, 2010.
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