Digitális képfeldolgozás. alkalmazásai

Átírás

1

2 Berke József - Hegedûs Gy. Csaba - Kelemen Dezsõ - - Szabó József Digitális képfeldolgozás és alkalmazásai Nyitott rendszerû képzés oktatási segédlete Tankönyv Pannon Agrártudományi Egyetem, Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Szaktanácsadási, Továbbképzési és Informatikai Központ, Keszthely PICTRON Kft., Budapest

3 A tankönyv szerzői: Berke József 9., 10. és 13. fejezetek, borítólap, WWW címlista (kivéve 9.6. pont) dr. Hegedûs Gy. Csaba 1., 2., 5. és 8. fejezetek (kivéve 2.2. pont) valamint a 9.6. pont Kelemen Dezsõ pictron@hungary.net 6. és 7. fejezetek Szabó József pictron@hungary.net Bevezetés, 3., 4., 11., 12. és 14. fejezetek valamint a 2.2. pont Lektorálta: Dr. Szelezsán János a matematikai tudományok kandidátusa Szakmailag szerkesztette: Szabó József 3

4 Készült a Keszthelyi Akadémia Alapítvány támogatásával Kiadó: Keszthelyi Akadémia Alapítvány 8360 Keszthely, Deák Ferenc u. 57. Tel/fax: 83/ Felelõs vezetõ: Dr. Kárpáti László kuratórium elnöke Készült: PATE GEORGIKON Mezõgazdaságtudományi Kar, Szaktanácsadási, Továbbképzési és Informatikai Központ, Nyomda ISBN Keszthely

5 Elõszó A digitális képfeldolgozás az utóbbi évtizedekben robbanásszerû fejlõdésen ment át, és mindennapi életünk részévé vált, még akkor is, ha az emberek többségének fogalma sincs az ezzel kapcsolatos alapismeretekrõl. Elég ha a TV-re gondolunk, amit mindenki nézhet a digitális képfeldolgozással kapcsolatos ismeretek hiányában is, holott a televízió ma már nem tudna mûködni ezen a technikán alapuló berendezések nélkül. Megtalálhatók a digitális képfeldolgozás eszközei az orvosdiagnosztikai mûszerekben, az ûrkutatás eszköztárában, a nyomdatechnikában, a fototechnikában, az ipari folyamatirányításban éppúgy mint az elektronikus játékautomatákban. Bátran mondhatjuk tehát, hogy az élet minden területén használjuk ezeket az eszközöket, ezért egyre több szakembernek van, és lesz szüksége a számítógépes képfeldolgozással kapcsolatos ismeretekre. Elsõsorban azoknak a szakembereknek szántuk ezt a könyvet, akik munkájuk során kapcsolatba kerülnek vagy fognak kerülni a számítógépes képfeldolgozással, és ezért többet szeretnének tudni errõl a területrõl. A könyv elkészítésének egyik fõ motivációja az volt, hogy a Gábor Dénes Fõiskolán a Digitális Képfeldolgozás tantárgy évben beinduló oktatásához megfelelõ tankönyv álljon rendelkezésre. Reményeink szerint a könyvet más egyetemeken és fõiskolákon folyó oktatásban is sikerrel fogják alkalmazni. A könyv bevezetõ jellegû, minimális matematikai alapismeretet tételez fel, és önálló tanulásra alkalmas, így bízunk benne, hogy nemcsak a szervezett oktatás keretében, hanem egyéni érdeklõdés által vezérelt ismeretszerzés céljából is sokan fogják a könyvet forgatni, és a mellékelt lemezen lévõ gyakorló program segítségével izgalmas felfedezõ útra indulni. A könyv 1. fejezetében áttekintjük az emberi látással kapcsolatos alapfogalmakat, ezt követõen a 2. fejezetben a képfeldolgozás speciális eszközeirõl adunk áttekintést. A képfeldolgozás témaköreivel fejezetekben foglalkozunk. A fejezetekben szemléltetõ jellegû áttekintést adunk a különbözõ alkalmazási területekrõl. Az egyes fejezetek után ellenörzõ kérdéseket talál az olvasó. Az ezekre adott válaszokkal ellenõrizhetõ, hogy a legfontosabb ismereteket milyen mélységben sikerült elsajátítani. A 14. fejezet a könyvhöz mellékelt program kezeléséhez nyújt segítséget, és az egyes fejezetekhez kapcsolódva olyan gyakorlatok elvégzésére tartalmaz javaslatokat, amelyek a könyvben olvasottak megértését elõsegítik. Célszerû ezeket közvetlenül az egyes fejezetek elolvasása után elvégezni. A további részletek után érdeklõdõket Irodalomjegyzék és a képfeldolgozással foglalkozó kutató helyek és cégek WWW címjegyzéke segíti a tájékozódásban. Egyik esetben sem léptünk fel a teljesség igényével, de reméljük, hogy a további önálló ismeretszerzést jelenlegi formájukban is elõsegítik. 8

6 Ezúton fejezzük ki köszönetünket a Gábor Dénes Fõiskola vezetõségének, hogy a digitális képfeldolgozás oktatásának beindításával lehetõvé tette jelen könyv megszületését. A szerzõk köszönettel tartoznak dr. Álló Gézának, akitõl sokat tanultak a korábban e témában közösen publikált könyvek írásakor. Köszönetünket fejezzük ki a PICTRON Kft munkatársainak, akik a mellékelt program eredeti, teljes változatának kidolgozásában részt vettek, külön megemlítve Bodrogi Hedviget, aki a könyvhöz csatolt, egy lemezre elhelyezhetõ egyszerûsített változatot rendkívül rövid idõ alatt létrehozta. Köszönet illeti szakmai lektorunkat Dr. Szelezsán Jánost, hogy észrevételeivel és tanácsaival hozzájárult könyvünk színvonalának emeléséhez. Megköszönjük dr. Vargáné Dugonics Ritának, a PATE SZTIK számítástechnikai munkatársának értékes észrevételeit. Végül, de nem utolsósorban köszönetet mondunk a Keszthelyi Akadémia Alapítványnak a könyv nyomdai munkálatainak gyors és gondos elvégzéséért. Budapest, november A szerzõk 9

7 Irodalom ÁLLÓ, G - HEGEDÛS, GY. CS. - KELEMEN, D. - SZABÓ, J. (1989): A digitális képfeldolgozás alapproblémái. Mûszaki Tudományok, Az elektronika újabb eredményei. Akadémiai kiadó, Budapest. ÁLLÓ, G. - FÕGLEIN, J. - HEGEDÛS, GY. CS. - SZABÓ, J. (1993): Bevezetés a számítógépes képfeldolgozásba. BME Mérnöktovábbképzõ Intézet, Budapest. BATES, R.H.T., McDONNELL, M.J. (1986): Image Restoration and Reconstruction, Oxford University Press, New York. BÄSSMAN, H. - BESSLICH, P. W. (1995): Ad Oculos Digital Image Processing, International Thomson Publishing, London. BERKE, J. (1994): Digitális képfeldolgozás alkalmazása mezõgazdasági kísérletek értékelésében. Magyar Tudományos Akadémia. Kandidátusi értekezés, Keszthely. BERKE, J. - FISCHL, G. - KÕRÖSI, G. (1992): Digital Image Processing of Potato Bulbs. A2-Science and Technology in the Alpine- Adriatic Region, 2:15. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. (1993): Digitális képfeldolgozással "Gombakalap" és krumplihéj. Alaplap, 11:12, 3-4. BERKE, J. - GYÕRFFY, K. - FISCHL, G. - KÁRPÁTI, L. - BAKO- NYI, J. (1993): The application of digital image processing in the evaluation of agricultural experiments, 5th International Conference CAIP'93 Budapest. Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science, 719: BERKE, J. - KÁRPÁTI, L. - GYÕRFFY, K. - FISCHL, G. (1994): Applied Digital Image Processing Methods in the Evaluation of Agricultural Experiments. A2-Science and Technology in the Alpine- Adriatic Region, 5:8-10. BJALIK, G.I. (1963): Színes televízió. Mûszaki Könyvkiadó. BUZÁS, F. (1995): Nyomdaipari elektronikus képfeldolgozás. Nyomdász Kiadó, Budapest. CSETVERIKOV, D. (1988): A digitális textúravizsgálat néhány új módszere. Kandidátusi értekezés. MTA SZTAKI Tanulmányok 204/1988, Budapest. 204

8 CORNSWEET, T.N. (1970): Visual Perception. Academic Press, New York. CZINEGE, I. - RÉTI, T. (1989): Shape characterization of particles using generalized Fourier descriptors. Acta Stereologica, 8/2: DUDA, R.O. - HART, P.E. (1973): Pattern classification and scene analysis. Wiley-Interscience Publication, New York. DUFF, M.J.B., and LEVIALDI, S. (1981): Languages and Architectures for Image Processing, Academic Press, New York. ELLIS, M. B. (1971): Dematiaceous Hyphomycetes. C.M.I. Kew, Surrey. EVVA, F. (1983): Elektrofotográfia. A szilárdtestkutatás újabb eredményei 12., Akadémiai kiadó, Bp. FISCHL, G. - BERKE, J. (1993): Adatok néhány vízi- és mocsári növény rozsdabetegségeinek elterjedéséhez. Növényvédelem, 29:11, FU, K.S. (1982): Syntactic pattern recognition and applications. Prentice-Hall, New York. FREEMAN, M. (1993): Collins Photographer's Handbook. HarperCollins Publishers. GONZALEZ, R.C. - THOMASON, M.G. (1978): Syntactic pattern recognition. Addison-Wesley, New York. GONZALEZ, R.C., and WOODS, R.E. (1992): Digital Image Processing, ADDISON-WESLEY Publishing Company, Inc.. GYÕRFFY, K. - BERKE, J. (1990): Számítógépes képfeldolgozás felhasználásának lehetõsége a növényvédelmi kísérletek értékelésében. 36. Növényvédelmi Tudományos Napok, Budapest. HAJNAL, M. (1980): A számítógépes textúra vizsgálat néhány méréstechnikai kérdése. Egyetemi doktori értekezés, BME, Budapest. HARGROVE, W. W. - SROSSLEY, D. A. (1988): Video digitizer for the rapid measurement of leaf area lost host to herbivorons insects. Annals of the Entomological Society of America, HEGEDÛS, GY.CS. (1984): Digitális képek geometriai korrekciói. Alkalmazott Matematikai Lapok, Budapest, 10: HEGEDÛS, GY.CS. (1993): CADI: Computer Assisted educational package for Digital Image processing. 5th International Conference CAIP'93, Budapest, Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science, 719:

9 HINFNER, K. - PAPP, ZS. (1961): Gabonafélék betegségei és kártevõi. Mezõgazdasági Kiadó, Budapest. HORD, R. M. (1986) : Remote Sensing Methods and Applications. A Wiley-Interscience Publication John Wiley & Sons, New York. JAIN, A. K. (1989): Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice Hall Information and System Sciences Series, London. KÁRPÁTI, L. - BERKE, J. (1990): Közeli távérzékelés. Magyar Mezõgazdaság, 45:40, 7. KELEMEN, D. (1985): Solving classification problems in a general purpose image processing system. MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet, Budapest, Tanulmányok, 176: LARISH, J. (1992): Digital Photography: Pictures of Tomorrow. Micro Publishing Press. LEVINE, M.D. (1985): Vision in Man and Machine, McGraw-Hill, New York. MATHER, P. M. (1991): Computer Applications in Geography. John Wiley & Sons. MCNAMARA, M.J., - WHITE, L. (1992): Photography computes. Popular photography, 99:7. MÉRÕ, L. (1979): Kontúrkeresés zajos digitalizált képekben. /kandidátusi értekezés/. MUCSI, L. (1995): Mûholdas távérzékelés és digitális képfeldolgozás I., JATEPRESS, Szeged. MULLER, J. P. (1988): Digital Image Processing in Remote Sensing. Taylor & Francis, London and Philadelphia. PEARMAN, D. (1995): Digital cameras. PC Plus, December 1995, PRATT, W.K. (1978): Digital image processing. Wiley-Interscience, New-York. RÁK, J. (1994): A digitális kép. Fotó, 1994/ számai RÁK, J. (1995): Digitális kamerák. Fotó, 1995/ Számai RÉTI, T. (1981): Szövetképek kvantitatív morfológiai minõsítése. Kandidátusi értekezés, Budapest. ROSENFELD, A. (1979): Picture languages, formal models for picture recognition. Academic Press, New York. 206

10 ROSKA, T. (1993): The analogic single-chip CNN visual supercomputer. 5th International Conference CAIP'93, Budapest, Springer-Verlag, Lecture Notes in Computer Science, 719: SABINS, F. F. (1987): Remote Sensing Principles and Interpretation. W. H. Freeman and Company, New York. SELÉNYI, P. (1928): Z. Phys. 47., 895. SEVCSIK, J. - HEFELLE, J. (1980): Fényképészet. Mûszaki Könyvkiadó, Budapest. SERRA, J. (1982): Image Analysis and Mathematical Morphology. Academic Press. SHANNON, C.E., WEAWER, W. (1986): A kommunikáció matematikai elmélete, OMIKK, Budapest. SHELL, B. (1994): Canon Compendium. Hove Books. SPENCER, M. (1982): Fundaments of light microscopy. Cambridge University Press, Oxford. SVÁB, J. (1979): Többváltozós módszerek a biometriában. Mezõgazdasági Kiadó, Budapest. SZÉKELY, V. - POPPE, A. (1992): A számítógépes grafika alapjai IBM PC-n. ComputerBooks, Budapest. TOU, J.T. - GONZALEZ, R.C. (1974): Pattern recognition principles. Addison-Wesley, New York. UHR, L. (1973): Pattern Recognition, Learning, and Thought. Prentice- Hall. VAUGHAN, T. (1993): Multimedia:Making It Work. Osborne McGraw-Hill. VÖRÖS, J. (1973): Deuteromycetes, A rendszerezés új alapelvei - Magyarország imperfect gombái. Akadémiai doktori értekezés, Budapest. YOUNG, T.Y. - FU, K.-S. (1986): Handbook of Pattern Recognition and Image Processing. Academic Press, Inc., London. 207

11 WWW címlista Minden elõzetes nélkül jó és hasznos szórakozást kívánunk az INTERNETen kóborló és a Digitális képfeldolgozás után érdeklõdõ olvasónak. Segítségül néhány WWW csemege: Oktatás, kutatás Academic Press Computer Vision & Image Processing Group Center for Image Processing Research (CIPR) Department of Electrical and Computer Engineering, Queen's University, Kingston Department of Pattern Recognition and Image Processing, Technical University of Vienna Image Processing and Computer Industry Laboratories of the University of Aizu Image Processing Group at King's College London Image Processing Lab, Yonsei University Image Analysis and Communications Lab (IACL) International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences Képfeldolgozó Nyári Iskola, Szeged Képfeldolgozók és Alakfelismerõk Társasága /Magyarország/ 208

12 NASA Kennedy Space Center Office of University Programs, NASA Goddard Space Flight Center Scientific Instrument Services, Inc. Yahoo - Science: Engineering: Electrical Engineering: Signal and Image Processing: Institutes Signal_and_Image_Processing/Institutes/ Eszközök - hardver, szoftver Adobe Systems Incorporated CANON U.S.A. Inc. Eastman Kodak Company Intergraph Inc. Iterated Systems, Inc. Macintosh Image Processing Information Sources Nikon Information on the WWW Polaroid Corporation Silicon Graphics Inc. Silicon Graphics Magyarország Sony Electronics SPOT IMAGE 209

13 Texas Instruments Incorporated Néhány WWW keresõ AltaVista Apollo C Net Excite Galaxy HotBot IBM s Infomarket Search Services Infoseek Inktomi Metasearch Yahoo 210

14 Tartalomjegyzék ELŐSZÓ... 8 BEVEZETÉS A DIGITÁLIS KÉPFELDOLGOZÁS FOGALMA TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK AZ EMBERI LÁTÁS BEVEZETÉS A LÁTÁS ALAPJAI A LÁTÁS BIOLÓGIÁJA A LÁTÁS SAJÁTOSSÁGAI SZÍNLÁTÁS ALAKZATLÁTÁS ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK A KÉPFELDOLGOZÁS ESZKÖZEI BEVEZETÉS KÉPBEVITEL KÉPTÁROLÁS KÉPFELDOLGOZÁS KÉPI MÁSOLAT KÉSZÍTÉSE KÉPKÓDOLÁS, KÉPTÖMÖRÍTÉS KÉPÁTVITEL ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK DIGITÁLIS KÉPALKOTÁS BEVEZETÉS LEKÉPEZÉS MINTAVÉTELEZÉS KVANTÁLÁS FOLYTONOS KÉP HELYREÁLLÍTÁSA A DIGITÁLIS KÉPALKOTÁS ÉS A KÉP MINŐSÉGE ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK KÉPJAVÍTÁS BEVEZETÉS A KÉPJAVÍTÁSSAL KAPCSOLATOS ALAPFOGALMAK KÉPHELYREÁLLÍTÁS VILÁGOSSÁGKÓD-TRANSZFORMÁCIÓK ZAJELNYOMÁS

15 4.6. ÉLKIEMELÉS TÖBBSÁVOS KÉPEK JAVÍTÁSA ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK GEOMETRIAI KORREKCIÓ BEVEZETÉS A GEOMETRIAI KORREKCIÓ MODELLJE KOORDINÁTATRANSZFORMÁCIÓK HOMOGÉN KOORDINÁTÁK GYAKORLATI MEGVALÓSÍTÁS ÚJRA-MINTAVÉTELEZÉS ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK SZEGMENTÁLÁS BEVEZETÉS A SZEGMENTÁLÁS MODELLJE FOLTKERESÉS Globális foltkereső eljárások Lokális foltkereső eljárások FOLTELEMZÉS ÉLKERESÉS Élkitűzés Iránykereső módszerek Vonalkereső módszerek ÉLKORREKCIÓ Analitikus módszerek Vonalvékonyítás ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK OSZTÁLYOZÁS BEVEZETÉS AZ OSZTÁLYOZÁS MODELLJE STATISZTIKUS ALAKFELISMERÉS KLASZTEREZÉS KÖRNYEZET FIGYELEMBEVÉTELE SZINTAKTIKUS ALAKFELISMERÉS TEXTÚRAELEMZÉS ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK KÉPKÓDOLÁS ÉS TÖMÖRÍTÉS BEVEZETÉS REDUNDANCIÁK ELVÁRÁSOK VESZTESÉGMENTES TÖMÖRÍTÉS

16 8.5. VESZTESÉGES TÖMÖRÍTÉS JPEG SZABVÁNY FRAKTÁL TÖMÖRÍTÉS MOZGÓ KÉPEK TÖMÖRÍTÉSE ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK TÁVÉRZÉKELÉS BEVEZETÉS AZ ELEKTROMÁGNESES SPEKTRUM ATMOSZFÉRIKUS HATÁSOK A EM ENERGIA KÖLCSÖNHATÁSA A FELSZÍNNEL SPEKTRÁLIS VISSZAVERŐDÉSI GÖRBÉK AZ EM SUGÁRZÁST DETEKTÁLÓ BERENDEZÉSEK SZOFTVER ESZKÖZÖK - MINTAPÉLDA ALKALMAZÁSOK ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK KÉPFELDOLGOZÁS ALKALMAZÁSA MEZŐGAZDASÁGI KÍSÉRLETEK ÉRTÉKELÉSÉBEN BEVEZETÉS ALKALMAZÁSOK DIGITÁLIS FELVÉTELEK KÉSZÍTÉSE MINTAPÉLDÁK Objektumok elkülönítése és területének mérése Elváltozások időbeli mérése Alakfelismerés alkalmazása kórszövettani és szövettani vizsgálatoknál ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK ORVOSI ALKALMAZÁSOK BEVEZETÉS KÉPALKOTÓ BERENDEZÉSEK KÉPEINEK JAVÍTÁSA MIKROSZKÓPI KÉPKIÉRTÉKELÉS ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK IPARI KÉPFELDOLGOZÓ RENDSZEREK BEVEZETÉS IPARI KÉPFELDOLGOZÓ RENDSZEREK JELLEMZŐI ALKALMAZÁSI PÉLDÁK ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK DIGITÁLIS FÉNYKÉPEZÉS BEVEZETÉS TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS DIGITÁLIS KAMERÁK

17 13.4. A FOTÓ CD ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK GYAKORLATOK BEVEZETÉS A PROGRAM KEZELÉSE GYAKORLATOK AZ EGYES FEJEZETEKHEZ Gyakorlatok a Digitális képalkotás fejezethez Gyakorlatok a Képjavítás fejezethez Gyakorlatok a Geometriai korrekció fejezethez Gyakorlatok a Szegmentálás fejezethez Gyakorlatok az Osztályozás fejezethez Gyakorlatok a Képkódolás és tömörítés fejezethez IRODALOM WWW CÍMLISTA OKTATÁS, KUTATÁS ESZKÖZÖK - HARDVER, SZOFTVER NÉHÁNY WWW KERESŐ TARTALOMJEGYZÉK

18