Pontműveletek. Sergyán Szabolcs Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar február 20.

Hasonló dokumentumok
Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása A csoport

Morfológia. Sergyán Szabolcs Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar Szoftvertechnológia Intézet

e (t µ) 2 f (t) = 1 F (t) = 1 Normális eloszlás negyedik centrális momentuma:

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Sergyán Szabolcs szeptember 21.

2. Pont operációk. Kató Zoltán. Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika tanszék SZTE (

Matematika A3 Valószínűségszámítás, 5. gyakorlat 2013/14. tavaszi félév

Fourier transzformáció

Képfeldolgozás. 1. el adás. A képfeldolgozás m veletei. Mechatronikai mérnök szak BME, 2008

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Valószínűségszámítás összefoglaló

Készítette: Fegyverneki Sándor

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

4. Laplace transzformáció és alkalmazása

6. Függvények. Legyen függvény és nem üreshalmaz. A függvényt az f K-ra való kiterjesztésének

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

[Biomatematika 2] Orvosi biometria

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Egyszerű programozási tételek

Digitális jelfeldolgozás

Matematika A1a Analízis

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

Integrálszámítás. a Matematika A1a-Analízis nevű tárgyhoz november

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Feladatok megoldásokkal a 9. gyakorlathoz (Newton-Leibniz formula, közelítő integrálás, az integrálszámítás alkalmazásai 1.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat, megoldással,

Tanulási cél Szorzatfüggvényekre vonatkozó integrálási technikák megismerése és különböző típusokra való alkalmazása. 5), akkor

Matematika A3 Valószínűségszámítás, 6. gyakorlat 2013/14. tavaszi félév

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

4. Az A és B események egymást kizáró eseményeknek vagy idegen (diszjunkt)eseményeknek nevezzük, ha AB=O

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Való szí nű sé gi va ltózó, sű rű sé gfű ggvé ny, élószla sfű ggvé ny

Nem roncsoló tesztelés diszkrét tomográfiával

6. Folytonosság. pontbeli folytonosság, intervallumon való folytonosság, folytonos függvények

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

MÉRÉSI EREDMÉNYEK PONTOSSÁGA, A HIBASZÁMÍTÁS ELEMEI

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Numerikus integrálás

Centrális határeloszlás-tétel

Matematika A1a Analízis

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Logaritmus

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Digitális képek szegmentálása. 5. Textúra. Kató Zoltán.

A gyakorlat célja a fehér és a színes zaj bemutatása.

Matematika III. 4. A valószínűségi változó és jellemzői Prof. Dr. Závoti, József

RENDSZERTECHNIKA 8. GYAKORLAT

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

Határozatlan integrál (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

A L Hospital-szabály, elaszticitás, monotonitás, konvexitás

Híradástechikai jelfeldolgozás

Egyváltozós függvények 1.

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Határozott integrál és alkalmazásai

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Exponenciális és Logaritmikus kifejezések

A fontosabb definíciók

Adaptív dinamikus szegmentálás idősorok indexeléséhez

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Matematika 11. osztály

Kalkulus I. gyakorlat Fizika BSc I/1.

A mérési eredmény megadása

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Függvény határérték összefoglalás

(Independence, dependence, random variables)

biometria II. foglalkozás előadó: Prof. Dr. Rajkó Róbert Matematikai-statisztikai adatfeldolgozás

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Numerikus matematika. Irodalom: Stoyan Gisbert, Numerikus matematika mérnököknek és programozóknak, Typotex, Lebegőpontos számok

Least Squares becslés

Morfológia. Sergyán Szabolcs Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar Szoftvertechnológia Intézet

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Szili László. Integrálszámítás (Gyakorló feladatok) Analízis 3. Programtervező informatikus szak BSc, B és C szakirány

Gyakorló feladatok. Agbeko Kwami Nutefe és Nagy Noémi

Diszkréten mintavételezett függvények

Nagy András. Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály 2010.

Leképezések. Leképezések tulajdonságai. Számosságok.

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Eseményalgebra. Esemény: minden amirl a kísérlet elvégzése során eldönthet egyértelmen hogy a kísérlet során bekövetkezett-e vagy sem.

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Prof. Dr. Závoti József. Matematika III. 4. MA3-4 modul. A valószínűségi változó és jellemzői

Véletlenszám generátorok és tesztelésük. Tossenberger Tamás

Programozás I. 1. előadás: Algoritmusok alapjai. Sergyán Szabolcs

Exponenciális, logaritmikus függvények

Numerikus matematika vizsga

Sarokba a bástyát! = nim

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

MATLAB. 5. gyakorlat. Polinomok, deriválás, integrálás

Matematika B4 VIII. gyakorlat megoldása

A valószínűségszámítás elemei

Átírás:

Pontműveletek Sergyán Szabolcs sergyan.szabolcs@nik.uni-obuda.hu Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar 2012. február 20. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 1 / 40

Felhasznált irodalom Érdemes elolvasni: Gonzalez, Woods könyv 3. fejezetéből a 75. és 116. oldal közötti részt A diákon látható képek a Gonzalez, Woodz könyből származnak Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 2 / 40

Képen található információk kiemelése A képfeldolgozási feladatok megvalósítása érdekében első lépésként a képet úgy kell átalakítani, hogy az aktuális feladat szempontjából releváns információkat kihangsúlyozzuk rajtuk Ezt a lépést előfeldolgozási lépésnek nevezzük Az előfeldolgozás történhet: térbeli tartományban ebben az esetben az eljárások direktben a pixel intenzitásokon történnek meg frekvencia tartományban ilyenkor a kép Fourier transzformáltján végzünk műveleteket Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 3 / 40

Műveletek a térbeli tartományban A térbeli tartományban elvégzett műveletek az egyes pixelek intenzitás értékeit módosítják az alábbi képlet szerint: g(x, y) = T [f (x, y)], ahol f (x, y) a bemeneti, g(x, y) pedig az eredmény kép intenzitása az (x, y) helyen. Ha T csak f adott pontjának intenzitásából számítja ki g megfelelő pontjának intenzitását, akkor pontműveletről beszélünk. Ha T az (x, y), hely egy környezetét is figyelembe veszi, akkor ablakműveletről beszélünk. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 4 / 40

Egyszerűsített jelölési mód Az egyszerűség kedvéért pontműveletek esetén a transzformációt az s = T (r) formulával jelöljük, ahol r = f (x, y) és s = g(x, y). Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 5 / 40

Kontraszt széthúzás (contrast stretching) Az alábbi típusú T esetén az eredmény képen feketék lesznek azok a pixelek, amelyek intenzitása alacsony volt a bemeneti képen fehérek lesznek azok a pixelek, amelyek intenzitása magas volt a bemeneti képen a transzformáció hatására a kép konrasztosabbá válik Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 6 / 40

Küszöbölés Ha T az ábrán látható típusú, akkor a bemeneti kép m-nél kisebb intenzitású pixelei feketék lesznek az eredmény képen, a többi pixel pedig fehér. Így m mint egy küszöbérték binarizálja az eredeti képet. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 7 / 40

Alapvető szürkeségi transzformációk Az ábrán néhány alapvető szürkeségi transzformáció függvénye látható. Identitás Negatív transzformáció n-edik hatvány n-edik gyök Logaritmus Inverz logaritmus L jelöli a lehetséges szürkeségi értékek számát Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 8 / 40

Negatív transzformáció A transzformáció képlete: s = L 1 r A negatív transzformáció hatására az eredeti képen sötét pixelek világossá válnak, így a kialakuló világos környezetben a részletek jobban érzékelhetők. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 9 / 40

Logaritmus transzformációk A logaritmus transzformáció általános alakja s = c log(1 + r), ahol c konstans, r pedig természetesen nem negatív. A transzformáció akkor alkalmazható, ha szűk sötét tartományban értékes információk vannak, amelyeket szeretnénk érzékelhetővé tenni. (Ilyen például a képek Fourier transzformáltjánál fordul elő.) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 10 / 40

Hatvány transzformációk A hatvány transzformációk általános alakja: s = cr γ, ahol c és γ pozitív konstansok. A gyakorlatban érdemes inkább s = c (r + ε) γ alakot használni, ahol ε egy kicsi pozitív érték. c = 1 Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 11 / 40

Gamma korrekció A hatvány transzformáció más elnevezése a gamma korrekció A CRT monitorok a megjelenítés során módosítják a képet, ezért a pontos megjelenítés érdekében ajánlott korrigálni az előálló hibát. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 12 / 40

Pe lda hatva ny transzforma cio ra Sergya n (OE NIK) Pontmu veletek 2012. februa r 20. 13 / 40

Példa hatvány transzformációra Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 14 / 40

Szakaszonként lineáris transzformációk A szakaszonként lineáris transzformációk olyan szürkeségi transzformációk, ahol a transzformációs függvény a bemeneti [0, L 1] intervallum egyes részintervallumain különböző lineáris függvényként adható meg. Néhány példa az alábbi ábrákon látható. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 15 / 40

Kontraszt széthúzás T (r) = Ha r 1 = s 1 és r 2 = s 2, akkor az identitás transzformációt kapjuk. Ha r 1 = r 2, s 1 = 0 és s 2 = L 1, akkor küszöbölésről van szó. Általános esetben r 1 r 2 és s 1 s 2, azaz mindegyik részintervallumon monoton növekvő a függvény. Ilyenkor az értékek helyes választásával a számunkra fontos részt emelhetjük ki. s 1 r1 r, ha r [0, r 1 ] s 1 + s 2 s 1 r 2 r 1 (r r 1 ), ha r [r 1, r 2 ] s 2 + L 1 s 2 L 1 r 2 (r r 2 ), ha r [r 2, L 1] Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 16 / 40

Kontraszt széthúzás Gyakran használt beálĺıtás az (r 1, s 1 ) = (r min, 0), (r 2, s 2 ) = (r max, L 1), ahol r min az eredeti kép minimális, r max pedig a maximális intenzitás értéke. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 17 / 40

Küszöbölés Ha r 1 = r 2 = m, ahol m a pixel intenzitások középértéke (pontosabban várható értéke), valamint s 1 = 0 és s 2 = L 1, akkor az alábbi eredményt kapjuk. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 18 / 40

Szürkeségi szint vágás Ha egy bizonyos intervallumba eső intenzitású pixeleket szeretnénk kiemelni, akkor alkalmazhatjuk a szürkeségi szint vágást. A bal oldali transzformációs függvény a számunkra érdekes intervallumba eső pixelek intenzitását megnöveli egy konstans értékre, minden más pixel intenzitását pedig egy konstans alacsony szintre csökkenti. A jobb oldali transzformációs függvény hatására az eredeti szürkeárnyalatos értékek megmaradnak, viszont a releváns tartomány intenzitás értékei egy kiugró konstans szintre növekednek. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 19 / 40

Szürkeségi szint vágás (példa) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 20 / 40

Bit sík vágás Ha feltételezzük, hogy az egyes pixelek 8 biten vannak ábrázolva, akkor az egyes bitsíkok vizsgálatával is lehetőségünk van kiemelésre. A 0. bitréteg az alacsony rendű, a 7. réteg pedig a magas rendű információkat tartalmazza. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 21 / 40

Bit sík vágás példa Nyolc bites fraktál kép Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 22 / 40

Hisztogram feldolgozás A h(r k ) = n k diszkrét függvény egy szürkeárnyalatos kép hisztogramja, ahol r k a k-adik szürkeségi szint a képen, n k pedig azon pixelek száma, amelyek szürkeségi értéke r k. A p(r k ) = n k n érték a normalizált hisztogram, ahol n a pixelek száma. Vegyük észre, hogy az összes lehetséges k-ra összegezve p(r k )-t 1-et kapunk eredményül. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 23 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés Tegyük fel, hogy a kép szürkeárnyalatos intenzitásai folytonos függvénnyel írhatók le, oly módon, hogy az intenzitás értékek a [0, 1] intervallumból kerülnek ki. Ebben az esetben r = 0 jelenti a fekete, r = 1 pedig a fehér intenzitás értéket. Tekintsük az s = T (r) (0 r 1) (1) transzformációs függvényt. Tegyük fel, hogy T (r) teljesíti az alábbi feltételeket: 1 T (r) injektív és monoton növekvő a [0, 1] intervallumon; 2 0 T (r) 1, ha 1 r 1. Ebben az esetben létezik a transzformáció inverze is: r = T 1 (s) (0 s 1) (2) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 24 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés A T transzformációs függvény például ilyen lehet: Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 25 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés Egy kép szürkeségi értékeire tekinthetünk úgy is, mint valószínűségi változókra a [0, 1] intervallumban. Ebben az esetben az r valószínűségi változónak létezik sűrűség függvénye, amelyet p r (r)-rel jelölünk. Hasonlóan van az s valószínűségi változónak is sűrűség függvénye, amelyet pedig p s (s) jelöl. Valószínűségszámításból tudjuk, hogy p s (s) = p r (r) dr ds, (3) azaz az s sűrűségfüggvényét meghatározza az r sűrűségfüggvénye és a két valószínűségi változó közötti transzformáció. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 26 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés Tekintsük azt a transzformációs függvényt, amely az alábbiakat teljesíti: s = T (r) = r 0 p r (ω)dω, (4) ahol ω az integrálási változó. Vegyük észre, hogy a jobb oldalon álló integrál pont az r valószínűségi változó (kumulatív) eloszlásfüggvénye. Könnyen belátható, hogy az így definiált T (r) teljesíti a két korábban megfogalmazott feltételt. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 27 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés Vizsgáljuk az előbb definiált T (r)-t. ds dt (r) = = d dr dr dr r 0 p r (ω)dω = p r (r), (5) a Newton-Leibniz szabály miatt. Ebből viszont már következik: p s (s) = p r (r) dr ds = p r (r) 1 p r (r) = 1, (6) ha 0 s 0. Tehát azt kaptuk, hogy a választott T (r)-t használva az s valószínűségi változó egyenletes eloszlású függetlenül attól, hogy milyen volt r eloszlása. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 28 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés Előzőek alapján felmerül a kérdés, hogy milyen módon lehet egy diszkrét intenzitás értékekkel rendelkező kép intenzitás értékeit úgy transzformálni, hogy a transzformált kép intenzitás eloszlása (közel) egyenletes eloszlású legyen. A folytonos esetben vizsgált sűrűség függvénynek diszkrét esetben a normalizált hisztogram felel meg: p r (r k ) = n k n (k = 0, 1, 2,..., L 1) (7) Alkalmazzuk a (kumulatív) eloszlásfüggvény diszkrét változatát: s k = T (r k ) = ahol k = 0, 1, 2,..., L 1. k p r (r j ) = j=0 k j=0 n j n, (8) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 29 / 40

Hisztogram kiegyenĺıtés eredménye Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 30 / 40

Az egyes alkalmazott transzformációk Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 31 / 40

Hisztogram illesztés (histogram matching) Hisztogram illesztés esetén az a célunk, hogy az eredeti kép szürkeárnyalatos intenzitás értékeit úgy transzformáljuk, hogy a transzformált képen lévő intenzitások (valószínűségi) eloszlása egy előre meghatározott eloszlást kövessen. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 32 / 40

Hisztogram illesztés Kezdetben tekintsük megint a folytonos esetet. A bemeneti képen az egyes intenzitásokat jelölő valószínűségi változó legyen r (0 r 1), ennek sűrűségfüggvénye pedig p r (r). A transzformált képen z jelölje az intenzitás értékeket, sűrűségfüggvénye legyen p z (z). A korábbi levezetésből tudjuk, hogy s = T (r) = r 0 p r (ω)dω (9) egyenletes eloszlású. Mivel ez bármilyen valószínűségi változó esetén igaz, így G(z) = z 0 p z (t)dt = s (10) is egyenletes eloszlású. Ebből viszont G(z) = T (r) következik, azaz z = G 1 (s) = G 1 [T (r)] (11) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 33 / 40

Hisztogram illesztés Vizsgáljuk most a (valós) diszkrét esetet. Tudjuk, hogy Hasonlóan: Ebből pedig: s k = T (r k ) = k p r (r j ) = j=0 v k = G(z k ) = Nem biztos, hogy v k = s k teljesül! k j=0 n j n. (12) k p z (z i ) = s k (13) i=0 z k = G 1 [T (r k )] (14) Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 34 / 40

Hisztogram illesztés Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 35 / 40

Hisztogram illesztés Hogyan találhatjuk meg az s k -hoz tartozó z k -t? Egyáltalán nem biztos, hogy van olyan z k, melyre G(z k ) s k = 0 (15) teljesül. Keressük ezért az ideális z k -hoz közeli létező ẑ-t, mely teljesíti a G(ẑ) s k 0 (16) feltételt. Ezt úgy tehetjük meg, ha ẑ = 0-tól indulva, addig növeljük egyesével ẑ értékét, amíg igazzá nem válik a fenti feltétel. Javíthatunk az eljáráson, ha az s k -hoz tartozó ẑ-t a megtalált z k 1 -től növeljük csak. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 36 / 40

Hisztogram illesztés Az algorimus: 1 Határozzuk meg az eredeti kép hisztogramját. 2 Minden r k értékhez előre számítsuk ki a megfelelő s k értéket: s k = 3 Határozzuk meg a G transzformációs függvényt az adott p z (z)-ből: G(z k ) = k j=0 n j n (17) k p z (z i ) (18) i=0 4 Előre számítsuk ki z k -t az összes előforduló s k -hoz a összefüggést használva. G(ẑ) s k 0 (19) 5 Az eredeti kép minden r k pixeléhez rendeljük hozzá az előre meghatározott s k -t, illetve z k -t. Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 37 / 40

Példa hisztogram operációra Bemeneti kép és a hisztogramja Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 38 / 40

Példa hisztogram operációra Hisztogram kiegyenĺıtés eredménye Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 39 / 40

Példa hisztogram operációra Hisztogram illesztés eredménye Sergyán (OE NIK) Pontműveletek 2012. február 20. 40 / 40