Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi

Παρουσίαση με θέμα: "Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi
Ak. 2007/2008 , Marko Švaco

2 Sadržaj Monokromatska slika
Dvodimenzionalna funkcija prikaza slike (gray level) Slikovni element (pixel) Volumni element (voxel) Kompresija slike Sklopovlje za digitalnu obradbu slike Sklopovlje za akviziciju slike

3 Monokromatska slika Broj bitova kojima zapisujemo boju:
Monokromatski (“crno-bijelo”): 1 bit Monokromatska slika: jedan pixel = jedan bit. Slika veličine 640x480 pixela: 640x480 = b = 37,5KB

4 Monokromatska slika Primjer:

5 Dvodimenzionalna funkcija prikaza slike
Slika je dvodimenzionalna funkcija f(x,y) – vrijednost funkcije predstavlja svjetlinu Slika = matrica

6 Gray Level Definicija:
Nijansa sive boje pridružena pikselu ili osvjetljenje piksela To su obično brojevi od 0 do 255 uzeti iz skale sive boje – “Gray scale” 0 = crna boja 255 = bijela boja 1-254 = 254 nijansi sive boje između Greyscale (“siva paleta”): 1 byte, intenzitet crne Paletted color: 1 byte, jedna od 256 boja 24-bit color: 3 bytea, boja

7 Gray Level – Gray scale Grayscale slika: jedan pixel jedan byte
(256 nijansi sive, od crne do bijele). Slika veličine 640x480 pixela: 640x480x8 = b = 300 KB

8 Gray scale vs Monokromatska

9 Gray scale vs Monokromatska
Lijeva slika - monokromatska: 2000 dpi, 1952 KB Desna slika – gray scale: 200 dpi, 156 KB

10 Slikovni element – piksel (engl. “pixel” )
Pixel = Pel = Picture element (Pix=Picture) Jedna točka u prikazu slike Virtualni piksel – u datoteci Stvarni piksel – u ispisu, na zaslonu Piksel je najmanja jedinična komponenta slike

11 Slikovni element – piksel
Piksel nije točka ili kocka već je apstraktni uzorak Može se prikazati na mnogo načina...

12 Slikovni element – piksel
Piksel ne mora biti prikazan (renderiran) kao kockasti element Alternatrivni načini prikaza slike iz skupa vrijednosti piksela, koristeći: Točke Linije ili “Fino” filtriranje

13 Slikovni element – piksel
Broj piksela u slici naziva se rezolucija Broj piksela može se izraziti kao jedan broj: 3 megapiksela ili kao par brojeva: “1280 x 1024”

14 Slikovni element – piksel
QVGA Megapixels = 320×240 VGA 0.3 Megapixels = 640×480 SVGA 0.5 Megapixels = 800×600 XGA 0.8 Megapixels = 1024×768 WXGA 1.0 Megapixels = 1280×800 SXGA 1.3 Megapixels = 1280×1024 WXGA+ 1.3 Megapixels = 1440×900 SXGA+ 1.4 Megapixels = 1400×1050 WSXGA+1.7 Megapixels = 1680×1050 UXGA 1.9 Megapixels = 1600×1200 WUXGA 2.3 Megapixels = 1920×1200 QXGA 3.1 Megapixels = 2048×1536 WQXGA 4.1 Megapixels = 2560×1600 QSXGA 5.2 Megapixels = 2560×2048 WQSXGA 6.6 Megapixels = 3200×2048 QUXGA 7.7 Megapixels = 3200×2400 WQUXGA 9.2 Megapixels = 3840×2400 WUQSXGA 11.3 Megapixels = 4200×2690

15 Volumni elemnt - voksel
voxel = “Volumetric pixel” Prikazuje vrijednost pravokutne mreže u prostoru – 3D matrica Medicinska i znanstvena primjena Primjer rezolucije: 515 x 515 x 512 voksela Vrijednost voksela može sadržavati različita svojstva

16 Kompresija slike Kompresija slike bavi se minimiziranjem broja
bitova/točki potrebnih za predstavljanje slike Aplikacije: u prijenosu i arhiviranju slika Arhiviranje: dokumenti, medicinske slike (CT, MR), animacije... npr. slika dimenzija 1024x1024 sa 8-bitnom dubinom boje: 1024x1024x8 = 840 kB; zahtijeva veliki prostor na mediju Kompletni CT ljudskog tijela: 512 x 512 x 3600 x 2 bajta = 2 GB!!

17 Kompresija slike Metode kompresije slike mogu se generalno podijeliti:
1. metode za kompresiju jedne slike (engl. Intraframe methods) 2. metode za kompresiju niza slika (engl. Interframe methods) a) kompresija bez gubitka podataka (“lossless”) b) kompresija s gubitkom podataka (“lossy”)

18 Kompresija bez gubitaka podataka
Kompresijom se ne gubi ni jedna informacija o slici omjer kompresije nije velik (oko 1:2) ne koristi se kao samostalna metoda kompresije već u kombinaciji s drugim metodama kao dio kompresije s gubicima Medicinska primjena

19 Kompresija bez gubitaka podataka
Run-Length kodiranje kodira se uzastopni broj pojavljivanja neke boje obavezan tzv. escape kod Primjer: niz ==> gdje je 99 escape kod, a 05 broj ponavljanja

20 Kompresija bez gubitaka podataka
Kodiranje ravnina bitova “bit-plane encoding” Slika s 256 nivoa (8 bita) može se interpretirati kao 8 binarnih slika od kojih se svaka može kodirati pomocu Run-Length kodiranja faktor kompresije 1,5 do 2 za sive 8-bitne slike

21 Kompresija s gubicima kompresijom i dekompresijom se gubi dio informacija izgube se vrlo fini detalji što ljudsko oko u većini slučajeva ne može primijetiti veličina slike se drastično smanji

22 Kompresija slike prediktivna transformirajuća vektorska
podpojasna (sub-band) Wavelet segmentirajuća odsijecanje bloka fraktalna Quadtree neuronski pristup 3D - DCT adaptivna blok kompresija varijab. rezolucijska

23 Kompresija slike Prediktivno kodiranje
uklanja se suvišna informacija kod susjednih točaka i kodira samo nova informacija kodira se razlika između ocijenjene i stvarne vrijednosti uzorka u nekom trenutku

24 Kompresija slike Transformacijsko kodiranje
originalna slika se podijeli u manje blokove s N uzoraka i transformacija se provodi na pojedinim blokovima.

25 Kompresija slike Podpojasno kodiranje
signal se rastavi u više podpojaseva u spektralnoj domeni, koji se zatim nezavisnokodiraju bilo kojom od metoda kodiranja signala

26 Kompresija slike Quadtree kodiranje

27 JPEG kompresija JPEG – Joint Photographic Experts Group
MPEG – Motion Photographic Experts Group Teži se standardizaciji kompresije slika Kompresijski omjer: 15 za kompresiju sa gubicima te 2 do 3 za kompresiju bez gubitaka

28 JPEG kompresija 4 kompresijske metode: a) Sekvencijalna DCT kompresija
b) Progresivna DCT kompresija c) Sekvencijalna prediktivna kompresija bez gubitaka d) Hijerarhijska kompresija sa gubicima JPEG-2000 kompresija

29 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike

30 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike

31 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
Osnovni elementi vizijskog sustava kamera (digitalna, analogna), laserski senzori ili sonar digitalizator slike (eng. Frame grabber) procesor (osobnog računala ili poseban procesor) (“smart kamera”) poseban software za analizu slike i njezinih značajki Prikladno osvjetljenje – LED, halogeno... izvršni uređaj ili aktuator koji pokreće cijelu konstrukciju na temelju naredba

32

33 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
Osvjetljenje je vrlo bitan faktor kod akvizicije (stjecanja, prikupljanja) slike Često se ulaže veliki trud kod same obrade slike umjesto da se poboljša osvjetljenje Uz vrlo dobro postavljeno osvjetljenje drastično se može povećati kvaliteta slike

34

35 Ravno osvjetljenje

36 Osvjetljenje Kupolno osvjetljenje
Proizvodi uniformno svjetlo bez refleksija Idealno za osvjetljavanje okruglih i sjajnih objekata

37 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
Slijed operacija koji se odvija pri stvaranju digitalne slike - Prilikom zračenja kojeg odašilje predmet, dio zračenja je uočen od optičkog sustava. Primljeno zračenje senzori pretvaraju u električni signal koji se zatim koristi za stvaranje digitalne slike u obliku matrice brojeva.

38 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike

39 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
Stjecanje (akvizicija) digitalne slike Minimalno tri komponente - kamere sa fotoosjetljivim slojem, digitalizatora slike (eng. frame grabber) i računala.

40 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
svjetlost koja ulazi u leću kamere i pogađa ravninu slike Ravnina slike kod kamera sa fotoosjetljivim slojem je pravokutna mreža od n x m fotosenzora osjetljivih na snagu svjetlosti. Svaki fotosenzor pretvara energiju svjetlosti u napon struje (voltažu). Izlazni podatci fotoosjetljive površine prenose se električnim signalom Signal se šalje digitalizator slike, gdje je digitaliziran u 2-D, pravokutnu mrežu od N x M vrijednosti cijelih brojeva i pohranjen u memoriju. Digitalizatori slike (Frame grabberi) su uređaji za digitalizciju i prikupljanje slika na zaslonu računala.

41 Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike
Digitalizacija slike

42 CCD , CMOS Poluvodički fotootporni senzori
CCD – “Charge coupled devics” CMOS – “Complementary metal oxide semiconductor” Obje tehnologije razvijene u laboratorijima 60-ih i 70-ih godina CCD je 1970-ih postao najrasprostranjeniji fotosenzor dok je se CMOS tek 1990-ih počeo više koristiti Danas niti jedan od ove dvije tehnologije nije superiorna

43 CCD CCD senzor naboj svih piksela se provodi kroz samo jedan čvor te se pretvara u napon te se šalje kao analogan signal

44 Analogna i digitalna CCD kamera

45 CMOS Kod CMOS senzora svaki piksel ima svoj pretvornik naboja u napon
također često sadrže i pojačalo, uređaj za korekciju šuma i digitalizacijski uređaj tako da je izlaz digitalan Te funkcije povećavaju kompleksnost te smanjuju prostor za sakupljanje svjetla

46 Adimec OPAL-1000 CCD kamera velike brzine Može proizvesti i do 120 slika u sekundi Površina CCD senzora sa 1024 × 1024, 5.5-µm kockastih piksela. Izvedbe: Monokromatska kamera (Gray scale) te kao kamera u boji

47 Adimec 4150m 2352 x 1728 Rezolucija (7μm pixels) Omogućava inspekciju najmanjimh mogućih grešaka Monokromatska kamera (Gray scale) Brzina do slike po sekundi u kontinuiranom modu. CMOS čip Kvaliteta slike skoro kao i kod CCD čipova

48 Hvala!