Лекция 1

1.1. Области, связанные с обработкой изображения

При обработке информации, связанной с изображением выделяют три направления : COMPUTER VISION, IMAGE PROCESSING и COMPUTER GRAPHICS.

Computer (Machine) Vision – компьютерное “зрение”.

Предположим, есть некоторая сцена (аудитория, комната и др.) Компьютер должен дать описание этой сцены (есть ли в ней предметы, -какая освещенность и т. д.). Computer Vision (CV) переводит изображение в описание:

изображение

описание

CV

Иначе говоря, СV занимается анализом образов.

Применение:

1. Распознавание образов (текста)

2. Ввод рисунков (для последующего масштабирования, обработки)

3. Управление в пространстве (обычно по линиям на полу)

Computer (Machine) Graphics – компьютерная (машинная) графика.

Задача системы компьютерной графики :

пусть у нас есть описание какого-либо объекта, явления ,

т. е. есть виртуальный образ. Мы хотим от описания перейти к изображению.

символ

(описание)

изображение

CG

Компьютерная графика – это синтез изображения (например, у нас есть описание предметов, источников света, а надо получить целую картину).

Применение:

1. Системы CAD (computer-aided design)

2. Отображение результатов работы программы (графики и т.п.)

3. Спецэффекты в рекламе, кинематографе

4. Игры

Image Processing – обработка изображения.

изображение

изображение

IP

Задачи обработки изображения :

1.Устранение дефектов изображения (напр., устранение снега на фотопленке)

2.Улучшение изображения (напр., сделать темнее недодержанную фотографию)

3. Упрощение изображения ( напр.,

цветное черно-белое каркасное)

Получаем такую схему:

Изображение

IG IG

CVVV

и о

з п

о

CG

и б с р а а н ж и е е н и е

1.2. Изображение и его машинное представление

Def: Изображение оптическое- картина, полученная в результате прохождения через оптическую систему лучей, распространяющихся от объекта и воспроизводящих его контуры и детали.

Изображение можно охарактеризовать с помощью функции оптической плотности (интенсивности):

I = g(x,y) – непрерывная функция яркости.

Если мы будем брать значения функции в определенных точках, мы получим матрицу (каждом элемент матрицы gij –значение функции интенсивности в точке (i,j)).С помощью такой матрицы изображение представляется в машине. Элемент отображаемой матрицы- picture element- pixel.

Если изображение черно-белое, нам достатачно градаций :

0. отсутствие света (черный);

255- белый. Поэтому нам достаточно 1 байта на каждый пиксел.

Если изображение строится на 3-х цветах ( красный, желтый, зеленый), для каждого пиксела требуется 3 байта. Мы составляем 3 матрицы и с каждой работаем отдельно.

Применяются три основные схемы кодирования цвета

RGB (Red,Green,Blue) аддитивный цвет для задания цвета на экране монитора. Куб.

CMYK (Cyan,Magenta,Yellow,blacK) субтрактивный цвет для печати.

HSB(HSL) (Hue (тон), Saturation (насыщенность), Brightness (яркость )(( lightness)освещенность)) более привычный глазу человека (тон- оттенок цвета (0-360 красный, зеленый, синий, красный), насыщенность – относительная интенсивность, чистота цвета (0-белый,1-чистый), яркость – величина на которую умножается цвет). Цилиндр.

RGB -> CMY

Cyan = 1-Red

Magenta = 1-Green

Yellow = 1-Blue

CMY -> CMYK

Black=minimum(Cyan,Magenta,Yellow)

Cyan=(Cyan-Black)/(1-Black)

Magenta=(Magenta-Black)/(1-Black)

Yellow=(Yellow-Black)/(1-Black)

CMYK -> CMY

Cyan=minimum(1,Cyan*(1-Black)+Black)

Magenta=minimum(1,Magenta*(1-Black)+Black)

Yellow=minimum(1,Yellow*(1-Black)+Black)

Учитывая, что

Red: (1;0)

Green: (cos(120 deg);sin(120 deg)) = (-0.5; 0.866)

Blue: (cos(240 deg);sin(240 deg)) = (-0.5;-0.866)

a = Red-0.5*(Green+Blue)

b = 0.866*(Green-Blue)

Hue = arctan2(a,b)/(2*PI) ;

Saturation = (a^2+b^2)^0.5

Luminosity = (Red+Green+Blue)/3

Другие схемы кодирования цвета:

1. Lab (a,b – из вычисления HSL)

2. YUV – в телевизионных системах (PAL,SECAM,NTSC(в ней не сами U,V, а их линейная комбинация).

U= Blue - яркость, V= Red - яркость

Для PAL

RGB -> YUV | YUV -> RGB

Y = 0.299*Red+0.587*Green+0.114*Blue | Red = Y+0.000*U+1.140*V

U = -0.147*Red-0.289*Green+0.436*Blue | Green = Y-0.396*U-0.581*V

V = 0.615*Red-0.515*Green-0.100*Blue | Blue = Y+2.029*U+0.000*V

Представление изображения в современных видеоадаптерах. В виде RGB. 24 бита - 888, 16 бит - 565, 8 бит – палитра.