Számítógépes képelemzés 2007/08 I. félév

Számítógépes Számítógépes képelemzésképelemzés2007/08 I. félév2007/08 I. félév

Számítógépes Számítógépes képelemzésképelemzés

FONTOS FOGALMAKFONTOS FOGALMAK•A képfeldolgozás a képek olyan típusú átalakítása (képből >> képet transzformáció), amelynek célja a lényeges és a lényegtelen információk különválasztása.

•A képelemzés, nem más, mint a képek számszerű adatokkal történő jellemzése (képből >> adatot).

•A paramétereket az adott környezetbe visszahelyezve végezhető a képértelmezés (adat << >> kép).

Képelemzés a mindennapi Képelemzés a mindennapi életbenéletben

(a) fal felület, (b) mérőedény, (c) térkép

(a) (b) (c)

Képelemzés az anyagtudománybanKépelemzés az anyagtudományban(a) ferrites acél, N=100X, (b) karbon szálas kompozit, a (a) ferrites acél, N=100X, (b) karbon szálas kompozit, a

szálak elhelyezkedésére jellemző hatósugár szerinti szálak elhelyezkedésére jellemző hatósugár szerinti

vázszerkezettelvázszerkezettel

(a) (b)

(b)

Képelemzés az anyagtudománybanKépelemzés az anyagtudományban CeOCeO22 szinterelt kerámia szinterelt kerámia

Képelemzés az urbanisztikábanKépelemzés az urbanisztikábanMbour növekedése 1978-1997Mbour növekedése 1978-1997

Képfeldolgozás a komputergrafikábanKépfeldolgozás a komputergrafikábanVirtuális holdudvarVirtuális holdudvar

Képfeldolgozás a biológiábanKépfeldolgozás a biológiábanPollen 3D rekonstrukcióPollen 3D rekonstrukció

Az emberi látás sajátosságaiAz emberi látás sajátosságai

KépfeldolgozásKépfeldolgozás Emberi látásEmberi látás

• a tárgyak a tárgyak világosságát, világosságát, • a tárgyak színét,a tárgyak színét,• a tárgyak alakját,a tárgyak alakját,• a tárgyak a tárgyak mozgását,mozgását,• a tárgyak a tárgyak térbeliségét.térbeliségét.

Során Során érzékeljükérzékeljük

Az emberi szem Az emberi szem felépítésefelépítése

40-43 D

17-20 D

A lencsék fénytörő képességét dioptriával fejezzük ki, ami nem más, mint a méterben kifejezett fókusztávolság reciproka.

Csapok (szín) és pálcikák Csapok (szín) és pálcikák (világosság)(világosság)

120 millió 120 millió pálcika,pálcika,

6 millió csap,6 millió csap,

1 millió 1 millió idegrost...idegrost...

Sötét adaptációSötét adaptáció

A csapok spektrális A csapok spektrális érzékenységeérzékenysége

vörös szín érzékelését végző csapok jele P (protos), a zöld D (deuteros), a kék T (tritos) jelű

Pálcikák és csapok Pálcikák és csapok elhelyezkedéseelhelyezkedése

TérlátásTérlátás• a fókuszban a fókuszban lévő tárgy képe a lévő tárgy képe a látógödörbe,látógödörbe,• a távolabb lévő a távolabb lévő tárgy képe a tárgy képe a retinának az retinának az egyik felére egyik felére (nazális), míg(nazális), míg•a közeli pont a közeli pont képe a retina képe a retina másik másik (temporális) (temporális) részére kerül.részére kerül.

A szem felbontása(i)A szem felbontása(i)

• Geometriai felbontásGeometriai felbontás.. Az a legkisebb Az a legkisebb látószög, amely mellett sötét alapon lévő két látószög, amely mellett sötét alapon lévő két világos pont még éppen nem olvad egybe. világos pont még éppen nem olvad egybe. Nagysága függ a fény hullámhosszúságától, zöld Nagysága függ a fény hullámhosszúságától, zöld fényben a legjobb a felbontás: 0,5 – 1,0 fényben a legjobb a felbontás: 0,5 – 1,0 szögperc. A kényelmes olvasás szögperc. A kényelmes olvasás szemtávolságában 250 [mm], ez az érték 0,07 - szemtávolságában 250 [mm], ez az érték 0,07 - 0,15 [mm] pontok közötti távolságot jelent.0,15 [mm] pontok közötti távolságot jelent.

• Fényintenzitás felbontásFényintenzitás felbontás. Azt a fényerősség . Azt a fényerősség intervallumot jelenti, amelyben a szemünk intervallumot jelenti, amelyben a szemünk működni képes. Ez az intervallum hihetetlenül működni képes. Ez az intervallum hihetetlenül nagy, tudniillik a kétszeres fényerősség- nagy, tudniillik a kétszeres fényerősség- változás, csak természetes logaritmus kettő-változás, csak természetes logaritmus kettő-szeres fényérzet növekedést eredményez. Vagyis szeres fényérzet növekedést eredményez. Vagyis a százszoros fényerősség változás csak 4,6 (ln a százszoros fényerősség változás csak 4,6 (ln 100) szoros fényérzet erősödést hoz létre.100) szoros fényérzet erősödést hoz létre.

Érzékelt Érzékelt fénysűrűségfénysűrűség

Érzékelt Érzékelt fénysűrűségfénysűrűség

Fényerősség: Ha egy 6×105 m2 felületű testet 1700°C-ra (platina dermedéspontja) hevítünk, akkor izzani kezd, erőssége 1 cd (candella).

Fénysűrűség:Felületi fényesség egy megvilágított testnél. Mértékegysége 1 sb (stilb) = 104 cd/m2 = 3141,6 MiliLambert (mLa)

Fényáram: Az a fénymennyiség, ami 1 cd fényerősség egységnyi térszögben (1 steradian) időegység alatt. Mértékegysége 1 lm (lumen) = 1 cd×sr (steradian).

A megvilágítás erőssége: Ha 1 lm fényáram 1 m2-nyi felületre esik merőlegesen. Mértékegysége 1 lx (lux).

A szem felbontása(i)A szem felbontása(i)

• Időbeli felbontásIdőbeli felbontás. A recehártyánkon . A recehártyánkon megjelenő képek nem tűnnek el azonnal, az megjelenő képek nem tűnnek el azonnal, az 1/8 másodpercnél rövidebb ideig tartó képek 1/8 másodpercnél rövidebb ideig tartó képek összeolvadnak az érzékelésünkben. Így az összeolvadnak az érzékelésünkben. Így az 1/15 másodpercnél rövidebb időre felvillanó 1/15 másodpercnél rövidebb időre felvillanó képeket nem tudjuk elkülöníteni, ezt képeket nem tudjuk elkülöníteni, ezt használjuk ki a televíziós képek használjuk ki a televíziós képek továbbításakor, amikor másodpercenként 16-továbbításakor, amikor másodpercenként 16-25 állóképet látunk, amit folyamatos 25 állóképet látunk, amit folyamatos mozgásként érzékelünk.mozgásként érzékelünk.

•SzínfelbontásSzínfelbontás. A színárnyalatok . A színárnyalatok elkülönítésének képessége. 200 különböző elkülönítésének képessége. 200 különböző színárnyalatot tudunk megkülönböztetni.színárnyalatot tudunk megkülönböztetni.

Időbeli felbontásIdőbeli felbontás

ElektromágnElektromágnesesesessugárzások sugárzások hullámhosszahullámhossza, színe, színe

• Színárnyalat (hue)Színárnyalat (hue) - a fény - a fény hullámhosszúságától függ. A szemünk kb. 200-hullámhosszúságától függ. A szemünk kb. 200-féle színárnyalat megkülönböztetésére képes.féle színárnyalat megkülönböztetésére képes.

• Világosság vagy fényintenzitás (intensity)Világosság vagy fényintenzitás (intensity) - a fényforrás által kibocsátott fotonok - a fényforrás által kibocsátott fotonok mennyisége, illetve az egységnyi felületre mennyisége, illetve az egységnyi felületre beérkező fotonok száma. Például a barna szín beérkező fotonok száma. Például a barna szín spektrális eloszlása a sárgával azonos, de más a spektrális eloszlása a sárgával azonos, de más a világosság értéke. Átlagosan mintegy ötszáz világosság értéke. Átlagosan mintegy ötszáz intenzitásfokozatot tudunk a szemünkkel intenzitásfokozatot tudunk a szemünkkel megkülönböztetni.megkülönböztetni.

• Telítettség (saturation)Telítettség (saturation) - a fehér összetevő - a fehér összetevő mennyisége. A spektrum-színek 100 %-os mennyisége. A spektrum-színek 100 %-os telítettségűek, nincs fehér összetevőjük. telítettségűek, nincs fehér összetevőjük. Ugyanakkor például a rózsaszín néhány Ugyanakkor például a rózsaszín néhány százalékban fehér összetevőt tartalmazó vörös. százalékban fehér összetevőt tartalmazó vörös. Az átlagos szem húsz különböző telítettségi Az átlagos szem húsz különböző telítettségi fokozatot tud elkülöníteni.fokozatot tud elkülöníteni.

A színek (színérzet) A színek (színérzet) jellemzőijellemzői

A színfaA színfa

A színfaA színfa

A színfaA színfa

A világosság A világosság és a és a telítettség telítettség hatásahatásaKülönböző Különböző világosságú zöld világosságú zöld színek színek spektrumaspektruma

Különböző Különböző telítettségű zöld telítettségű zöld színek színek spektrumaspektruma

•A A geometriai geometriai felbontóképességfelbontóképesség a a hullámhosszhullámhossz függvénye, függvénye, amely zöld fény esetén amely zöld fény esetén maximumot mutat.maximumot mutat.

•A A relatív relatív fényérzékenységfényérzékenység is a is a hullámhossz hullámhossz függvénye, függvénye, amennyiben különböző amennyiben különböző hullámhosszúságú hullámhosszúságú fényforrás ugyanolyan fényforrás ugyanolyan intenzitású fényt bocsát intenzitású fényt bocsát ki, a zöld fényforrást ki, a zöld fényforrást érzékeljük fényesebbnekérzékeljük fényesebbnek

Az emberi látás Az emberi látás jellegzetességeijellegzetességei

Összetett alakzatokÖsszetett alakzatok(a) folytonosság (a) folytonosság érzékeléseérzékelése(b) zárt alakzatok(b) zárt alakzatok(c) szimmetria (c) szimmetria felismerésefelismerése

Virtuális Virtuális alakzatokalakzatok érzékelése az élek érzékelése az élek meghosszabbításávmeghosszabbításávalal(a) virtuális (a) virtuális háromszögháromszög(b) hatágú csillag(b) hatágú csillag(c) "HÉT" felírat(c) "HÉT" felírat

A Mach-A Mach-féle féle jelenségjelenség

Hosszúsági Hosszúsági csalódásokcsalódások

(a)(a) hosszúsági csalódáshosszúsági csalódás

(b) hasábok méretének (b) hasábok méretének torzulásatorzulása

(c) ferde téglalap (c) ferde téglalap átlóinak látszólagos átlóinak látszólagos hosszúságahosszúsága

AlakváltozásAlakváltozás

(a) alakváltozás ferde (a) alakváltozás ferde vonalak vonalak közöttközött

(b) Poggendorf-féle (b) Poggendorf-féle optikai csalódásoptikai csalódás

(c) párhuzamos vonalak (c) párhuzamos vonalak torzulásatorzulása

Nagyságbeli csalódás Nagyságbeli csalódás különböző különböző síkidomoknálsíkidomoknál

(a) körök(a) körök

(b) négyzetek(b) négyzetek

Fehér és fekete Fehér és fekete idomokidomok

(a) szétsugárzás(a) szétsugárzás(b) kontraszt(b) kontraszt (b) Rubin-(b) Rubin-

ábraábra

(a) Necker-(a) Necker-kockakocka

TöbbértelműsTöbbértelműségég

A képfeldolgozás folyamataA képfeldolgozás folyamataa) A képek érzékelése és rögzítése.b) A képek feldolgozása: a lényeges és a lényegtelen

információk különválasztása. A {szürke képből >> szürke képet} transzformációk végrehajtása.

c) Detektálás. A képeken található – vizsgálni kívánt – jellegzetességek ('features'), vagy objektumok ('object') megkülönböztetése, s a háttértől való elválasztása. Bináris képek létrehozása: a {szürke képből >> bináris kép} transzformáció segítségével.

d) A bináris képek átalakítása {bináris képből >> bináris kép}, a mérés előkészítése.

e) A mérés végrehajtása. A {képből >> adat} transzformáció segítségével. A mérési eredmények előállítása.

f) A mérési eredmények értelmezése {adatok << >> képi környezet}.

A képfeldolgozás történeteA képfeldolgozás története

Első generációs rendszerekElső generációs rendszerekképek elektromos jelekké való átalakítása, analóg feketedés mérő műszer

1968: Bausch & Lomb 1968: Bausch & Lomb

• a fekete-fehér képet mikro-számítógép segítségével tárolta

• csak a szürke szintek átmeneteit (A) rögzítették

Második Második generációgeneráció

Második generációMásodik generáció• egyedi képpontok (‘pixel’), 64 különböző szürkeségi szint

• legfontosabb alapműveletek: erózió, dilatáció,vázszerkezet

• 1980-81: a Kontron és a Cambridge kifejlesztette a teljesen szoftver alapú képelemző berendezést

Harmadik generációHarmadik generáció

Negyedik generációNegyedik generáció• 1990-92: Képek rögzítése és képfeldolgozás egy megfelelő célszámítógép, hardver segítségével.hardver segítségével. Speciális áramkörök végezték a képek gyors feldolgozását. A morfológiai processzorokhoz kapcsolt személyi számítógépek csupán az adatok kiolvasását, és a műveletek irányítását végezték.

Ötödik generációÖtödik generáció

• 1999-2000: A számítógépek sebességének növekedésével: szoftver-alapú képelemzőkszoftver-alapú képelemzők..

•Az ötödik generációs eszközökben képfeldolgozó kártya ('frame grabber card') végzi a videokamerák jelének átalakítását.

• Teljesen digitális kamerák esetén a számítógép a képet szabványos porton (FireWire I-link) keresztül is képes fogadni.

•Az újabb fejlesztések célja az intelligensintelligens (tanuló) rendszerek kifejlesztése.

Digitális fényképFront polimerizáció