Επεξεργασία Έγχρωμων Εικόνων

Παρουσίαση με θέμα: "Επεξεργασία Έγχρωμων Εικόνων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επεξεργασία Έγχρωμων Εικόνων
ΔΤΨΣ 150 – Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας Επεξεργασία Έγχρωμων Εικόνων Τμήμα Διδακτικής της Τεχνολογίας και Ψηφιακών Συστημάτων Πανεπιστήμιο Πειραιώς

2 Περιεχόμενα – Βιβλιογραφία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Περιεχόμενα – Βιβλιογραφία Περιεχόμενα Ενότητας Εισαγωγή - Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων Χρωματικά Μοντέλα Ψευδοχρωματική Επεξεργασία Μετασχηματισμοί Χρώματος Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων Επεξεργασία Έγχρωμων Εικόνων στο διανυσματικό χώρο Βιβλιογραφία: Gonzales [2002]: Chapter 6 Gonzales [2004]: Chapter 6

3  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εισαγωγή Οι ακτινοβολίες που γίνονται ορατές από το ανθρώπινο μάτι έχουν μήκος κύματος που κυμαίνεται μεταξύ 400 και 700 nm. Όταν ακτινοβολίες με μήκος κύματος μεταξύ αυτών των ορίων προσπίπτουν στο ανθρώπινο μάτι προκαλούν χρωματικές αισθήσεις ανάλογες με το μίγμα συχνοτήτων που περιέχουν. Το ανθρώπινο μάτι περιέχει δύο κατηγορίες κυττάρων: τους κώνους (cones) και τις ράβδους (rods).

4  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εισαγωγή (ΙΙ) Το φως που εκπέμπεται από διάφορες φωτεινές πηγές περιέχει ένα μίγμα από μήκη κύματος τα οποία περιγράφονται με την απεικόνιση της φασματικής πυκνότητας τους (spectral density S(λ)) σε κατάλληλα διαγράμματα. Τα διαγράμματα αυτά απεικονίζουν την ισχύ που έχει κάθε μήκος κύματος στο εκπεμπόμενο φως. Το σχήμα περιγράφει τη φασματική πυκνότητα μιας πρασινωπής πηγής φωτός

5  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εισαγωγή (ΙΙΙ) Η φασματική πυκνότητα του συγκεκριμένου παραδείγματος παρατηρούμε ότι εμφανίζει ένα μέγιστο για μήκη κύματος περίπου 550 nm. Το μέγιστο αυτό ονομάζεται δεσπόζων μήκος κύματος (dominant wavelength) και καθορίζει και τη χροιά (hue) του χρώματος που εκπέμπεται από μια πηγή. Για παράδειγμα η συγκεκριμένη πηγή θα έχει πράσινο χρώμα. Επιπρόσθετα, στο συγκεκριμένο παράδειγμα εμφανίζεται και μια ποσότητα λευκού φωτός η οποία μειώνει τον κορεσμό (saturation) του πράσινου και το ξανοίγει. Η συνολική ισχύς του εκπεμπόμενου φωτός μας δίνεται από το εμβαδόν της καμπύλης της φασματικής πυκνότητας του. Η ισχύς αυτή ονομάζεται ένταση (intensity). Ο κορεσμός ή καθαρότητα (purity) του φωτός μετρά το ποσοστό της φωτεινότητας που περιέχεται στο κύριο μήκος κύματος.

6 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων Έγχρωμες εικόνες μπορούν να απεικονιστούν είτε ως τρεις διαφορετικοί πίνακες που αντιστοιχούν στα συνθετικά στοιχεία ενός χρώματος (π.χ. Απεικόνιση στο χρωματικό μοντέλο RGB): Το χρώμα f(x,y) για κάθε pixel στη θέση (x,y) περιγράφεται ως ο συνδυασμός της έντασης του κόκκινου fR(x,y) (τιμή του πίνακα R στη θέση (x,y)), της έντασης του πράσινου fG(x,y) (τιμή του πίνακα G στη θέση (x,y)) και της έντασης του μπλε fB(x,y) (τιμή του πίνακα B στη θέση (x,y)) είτε με τη βοήθεια παλέτας χρωμάτων (εικόνες δεικτοδότησης – indexed images). Το χρώμα στη θέση (x,y) περιγράφεται από το συνδυασμό τριών χρωμάτων στη θέση f της παλέτα χρωμάτων (map).

7 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (II)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (II) Ένα μεγάλο μέρος του ορατού φάσματος μπορεί να δημιουργηθεί από τη μίξη τριών βασικών συνιστωσών φώτων σε διαφορετικές αναλογίες και εντάσεις. Οι τρεις αυτές συνιστώσες είναι τα βασικά χρώματα: Κόκκινο (R), Πράσινο (G), Μπλε (B) Είναι προσθετικά χρώματα: η μίξη και των τριών χρωμάτων δημιουργεί το λευκό χρώμα

8 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (III)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (III) Ενώ το μοντέλο RGB προϋποθέτει την ύπαρξη μιας πηγής φωτός για τη δημιουργία χρώματος, το μοντέλο CYM βασίζεται στην απορροφητική ικανότητα της τυπωμένης μελάνης. Αποτελείται από τα συμπληρωματικά (ή δευτερεύοντα) χρώματα: Κυανό (Cyan) –συμπληρωματικό του Κόκκινου (απορρόφηση κόκκινου χρώματος και ανάκλαση πράσινου και μπλε => C = G+B), Ματζέντα (Magenta) –συμπληρωματικό του Πράσινου (απορρόφηση πράσινου χρώματος και ανάκλαση κόκκινου και μπλε => Μ = R+B) Κίτρινο (Yellow) –συμπληρωματικό του Μπλε, (απορρόφηση μπλε χρώματος και ανάκλαση κόκκινου και πράσινου => Y = R+G) Είναι αφαιρετικά χρώματα: η απουσία όλων των συνιστωσών είναι το λευκό.

9 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (IV)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (IV)

10 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (V)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων (V)

11 Χρωματικά Μοντέλα Δύο βασικές κατηγορίες μοντέλων: Συνήθη μοντέλα:
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χρωματικά Μοντέλα Δύο βασικές κατηγορίες μοντέλων: Με βάση το πως δημιουργούνται από τις συσκευές εξόδου (οθόνες, εκτυπωτές) Με βάση το πως τα αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι Συνήθη μοντέλα: RGB (Red-Green-Blue) Οθόνες CRT CMY (Cyan-Magenta-Yellow) Χρησιμοποιείται σε συσκευές εκτύπωσης, όπου τα χρώματα δημιουργούνται με τη χρήση μελανιών που αφαιρούν (απορροφούν) επί μέρους χρώματα RGB και CMY είναι συμπληρωματικά HSI (Hue-Saturation-Intensity) Χροιά, κορεσμός, φωτεινότητα (ένταση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας)

12 Μοντέλα RGB και CMY  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μοντέλα RGB και CMY

13 Μοντέλο HSI HSI (Hue-Saturation-Intensity)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μοντέλο HSI HSI (Hue-Saturation-Intensity) Χροιά, κορεσμός, φωτεινότητα (ένταση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας)

14 Μοντέλο HSI (II) Χροιά (Hue) Κορεσμός (Saturation)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μοντέλο HSI (II) Χροιά (Hue) 0 … 360 degrees Διάκριση ανάμεσα σε χρώματα όπως κόκκινο, πράσινο, κυανό κλπ Μέτρηση από τη γραμμή του κόκκινου Κορεσμός (Saturation) Καθαρότητα φωτός (απουσία λευκού φωτός) Απόσταση από το κέντρο του κύκλου (Hue Saturation Circle) Φωτεινότητα (Intensity) Ένταση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας Φωτεινότητα 0 => τίποτα δεν είναι ορατό

15 Ψευδοχρωματική Επεξεργασία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ψευδοχρωματική Επεξεργασία Στη ψευδοχρωματική επεξεργασία εικόνας μια εικόνα αποχρώσεων του γκρι μετασχηματίζεται σε έγχρωμη εικόνα με αναπαράσταση διαφόρων γκρι επιπέδων φωτεινότητας με τυχαία χρώματα. Στόχος είναι ο τονισμός κάποιων περιοχών της εικόνας με δεδομένο ότι το μάτι μπορεί να διαχωρίσει ευκολότερα διαφορετικά χρώματα από ότι επίπεδα φωτεινότητας. Ο ψευδοχρωματικός μετασχηματισμός εικόνας περιγράφεται από σχέσης της μορφής: si = Ti(r), i=1,2,…,n όπου r είναι η τιμές φωτεινότητας της εικόνας εισόδου (αποχρώσεων του γκρι) και si είναι τα χρωματικά επίπεδα της εικόνας εξόδου, n είναι ο αριθμός των χρωματικών επιπέδων (τυπικά n =3) και Τi είναι η συνάρτηση μετασχηματισμού που εφαρμόζεται στο i-στη περιόχη τιμών φωτεινότητας της εικόνας εισόδου.

16 Ψευδοχρωματική Επεξεργασία με Τεμαχισμό Φωτεινότητας
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ψευδοχρωματική Επεξεργασία με Τεμαχισμό Φωτεινότητας Η απλούστερη τεχνική ψευδοχρωματικής επεξεργασίας είναι ο τεμαχισμός της περιοχής που καλύπτουν οι τιμές φωτεινότητες της εικόνας εισόδου σε διάφορα επίπεδα και ανάθεση διαφορετικών χρωμάτων σε κάθε τέτοιο επίπεδο. Χρησιμοποιείται καθαρά για σκοπούς απεικόνισης

17 Ψευδοχρωματική Επεξεργασία με Τεμαχισμό Φωτεινότητας (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ψευδοχρωματική Επεξεργασία με Τεμαχισμό Φωτεινότητας (ΙΙ)

18 Ψευδοχρωματική Επεξεργασία: Τεμαχισμός Φωτεινότητας (ΙΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ψευδοχρωματική Επεξεργασία: Τεμαχισμός Φωτεινότητας (ΙΙΙ)

19 Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία Σε πολλές περιπτώσεις είναι χρήσιμο περιοχές της γκρι εικόνας οι οποίες δεν παρουσιάζουν ενδιαφέρον να απεικονίζονται με το ίδιο χρώμα ενώ αντίστοιχα κάποιες άλλες να αναδεικνύονται. Η απεικόνιση μπορεί να γίνει σε οποιοδήποτε έγχρωμη οθόνη όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα:

20 Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία Σε πολλές περιπτώσεις είναι χρήσιμο να χρησιμοποιηθούν μη μονοτονικοί και μετασχηματισμοί όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα (εντοπισμός μεταλλικών αντικείμενων μετά από ακτινογράφηση με ακτίνες Χ σε έλεγχο αποσκευών σε αεροδρόμια)

21 Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία

22 Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εντοπισμός αντικειμένων με Ψευδοχρωματική Επεξεργασία

23 Μετασχηματισμοί Χρώματος
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μετασχηματισμοί Χρώματος Οι μετασχηματισμοί χρώματος στις έγχρωμες εικόνες αναφέρονται σε τεχνικές αντίστοιχες με τις τεχνικές επεξεργασίας σημείου σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι. Αφορούν τεχνικές διόρθωσης του χρώματος ενός pixel της εικόνας και δεν επηρεάζονται από σχέσεις ανάμεσα στις τιμές των χρωμάτων σε γειτονικά pixel. Με βάση την παραπάνω παρατήρηση οι μετασχηματισμοί χρώματος μπορούν να εφαρμοστούν στην έγχρωμη εικόνα ως σύνολο. Ορισμένες από τις τεχνικές είναι επέκταση των αντίστοιχων τεχνικών επεξεργασίας σημείου σε όλα τα χρωματικά επίπεδα της έγχρωμης εικόνας: Συμπλήρωμα (ή αρνητικό εικόνας) ενώ άλλες αποτελούν μεν επέκταση στα τρία χρωματικά επίπεδα αλλά τα αποτελέσματα δεν είναι τα αναμενόμενα: Επεξεργασία Ιστογράμματος

24 Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙΙ) Οι μετασχηματισμοί χρώματος έγχρωμων εικόνων περιγράφονται από τη σχέση: si = Ti(ri), i=1,2,…,n όπου ri και si είναι τα χρωματικά επίπεδα των εικόνων εισόδου και εξόδου αντίστοιχα, n είναι ο αριθμός των χρωματικών επιπέδων (τυπικά n =3) και Τi είναι η συνάρτηση μετασχηματισμού που εφαρμόζεται στο i-στo χρωματικό επίπεδο. Σημειώνεται ότι οι συναρτήσεις μετασχηματισμού που εφαρμόζονται σε κάθε χρωματικό επίπεδο μπορεί να διαφέρουν. Για παράδειγμα στην ρύθμιση φωτεινότητας σε εικόνες HSI είναι αρκετό να εφαρμοστεί η συνάρτηση μετασχηματισμού μόνο στο επίπεδο φωτεινότητας (Ι) ενώ στα επίπεδα Η και S εφαρμόζεται ταυτοτικός μετασχηματισμός (δεν αλλάζουν καθόλου) Παρόμοια σχόλια ισχύουν και για την επεξεργασία ιστογράμματος

25 Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙΙΙ) Μερικές συναρτήσεις μετασχηματισμών (συναρτήσεις T) εμφαίνονται στο διπλανό σχήμα: s=b·er-a s=b·rn-a, n>1 s=b·rn-a, 0<n<1 s=c·log(1+|r|) s=L-1-r, L = επίπεδα φωτεινότητας

26 Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙV)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Μετασχηματισμοί Χρώματος (ΙV)

27 Ρύθμιση Φωτεινότητας  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ρύθμιση Φωτεινότητας

28 Συμπλήρωμα (αρνητικό) εικόνας
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Συμπλήρωμα (αρνητικό) εικόνας Για RGB εικόνες πραγματοποιείται μέσω του μετασχηματισμού: s=L-1-r, L = ένταση χρώματος σε κάθε χρωματικό κανάλι Εντολή imcomplement στη Matlab

29  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Διόρθωση τόνου Στη διόρθωση τόνου προσπαθούμε να να επιτύχουμε τα σωστά χρώματα στην εικόνα μας: Σε αρκετές περιπτώσεις αυτό αντιστοιχεί απλά σε ρύθμιση φωτεινότητας και επομένως μπορεί να εφαρμοστεί μόνο στο κανάλι φωτεινότητας ενός από τα χρωματικά μοντέλα HIS, YIQ, κλπ. Σε άλλες περιπτώσεις μπορεί να αφορά τον κορεσμό ή την ένταση ενός μόνο χρωματικού επιπέδου οπότε ρυθμίζεται απλά το αντίστοιχο χρωματικό επίπεδο όπως φαίνεται στα παραδείγματα της επόμενης διαφάνειας.

30  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Διόρθωση χρώματος Εφαρμογή διαφορετικών συναρτήσεων T σε κάθε χρωματικό επίπεδο.

31 Εξίσωση Ιστογράμματος
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εξίσωση Ιστογράμματος Η εξίσωση ιστογράμματος δίνει τα επιθυμητά αποτελέσματα όταν εφαρμόζεται μόνο στο κανάλι φωτεινότητας Επομένως είναι χρήσιμο να μετατρέπουμε εικόνες RGB σε χρωματικά μοντέλα όπως το HSΙ και YIQ και να εφαρμόζουμε εκεί την εξίσωση ιστογράμματος (στο κανάλι Ι ή Υ αντίστοιχα)

32 Εξίσωση Ιστογράμματος (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Εξίσωση Ιστογράμματος (ΙΙ)

33  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Υπενθυμίζεται ότι με τον όρο χωρικό φιλτράρισμα εννοούμε την εφαρμογή μασκών h, κατευθείαν στις τιμές των pixel της εικόνας. Αν έχουμε εικόνα f(x,y) αποχρώσεων του γκρι η διαδικασία αυτή αφορά την εφαρμογή της μάσκας h και τον υπολογισμό του συνελικτικού αθροίσματος διαδοχικά σε κάθε pixel της εικόνας. Η διαδικασία συμβολίζεται με g = h*f, όπου g είναι η εικόνα του αποτελέσματος της εφαρμογής του φίλτρου h στην εικόνα f, και * είναι ο τελεστής της συνέλιξης Για χωρικό φιλτράρισμα στη Matlab χρησιμοποιήστε τη συνάρτηση imfilter. Μάσκες h, για διάφορα τυποποιημένα φίλτρα, δημιουργούνται με τη συνάρτηση fspecial. Πως εφαρμόζουμε χωρικό φιλτράρισμα σε έγχρωμες εικόνες της μορφής:

34 Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων Χωρικό φιλτράρισμα έγχρωμων εικόνων εφαρμόζεται χρησιμοποιώντας δυο βασικές μεθοδολογίες: Σε όλα τα χρωματικά επίπεδα χωριστά (στους πίνακες fR, fG, fB) και άθροισμα του αποτελέσματος Με μετασχηματισμό της εικόνας σε ένα χρωματικό μοντέλο το οποίο διαχωρίζει τη φωτεινότητα από τα χρώματα (π.χ. HSI, YCrCb, κλπ) και εφαρμογή του φίλτρου μόνο στο επίπεδο της φωτεινότητας (επίπεδο I ή Υ στα παραπάνω παραδείγματα)

35 Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙΙ)

36 Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙΙΙ)

37 Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙV)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (ΙV)

38 Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (V)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Χωρικό Φιλτράρισμα Έγχρωμων Εικόνων (V)

39 Απαλοιφή θορύβου  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Απαλοιφή θορύβου

40 Όξυνση εικόνας  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Όξυνση εικόνας

41 Αποκατάσταση εικόνας  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων
 Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Αποκατάσταση εικόνας

42 Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Σε πολλές περιπτώσεις η επεξεργασία των χρωματικών πεδίων R,G,B χωριστά δεν ισοδυναμεί με την επεξεργασία του χρώματος κάθε pixel της έγχρωμης εικόνας (διανυσματική επεξεργασία έγχρωμης εικόνας). Στις περιπτώσεις αυτές θεωρούμε ότι κάθε σημείο της έγχρωμης εικόνας αναπαρίσταται ως ένα διάνυσμα με τρία στοιχεία: όπου R(x,y), G(x,y), B(x,y) είναι οι τιμές των χρωματικών συντελεστών στο pixel με συντεταγμένες (x,y) της έγχρωμης εικόνας:

43 Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο (ΙΙ) Η επεξεργασία ιστογράμματος είναι μια από τις περιπτώσεις κατά τις οποίες η επεξεργασία στα επιμέρους χρωματικά επίπεδα δημιουργεί διαφορετικά αποτελέσματα από ότι η διανυσματική επεξεργασία της έγχρωμης εικόνας. Δύο άλλες εφαρμογές επεξεργασίας εικόνας στις οποίες ο διανυσματικός χειρισμός των τιμών των pixels έχει σημασία και οδηγεί σε, εν γένει, διαφορετικά αποτελέσματα από ότι η επεξεργασία στα επιμέρους χρωματικά επίπεδα είναι: Ανίχνευση ακμών Κατάτμηση εικόνων σε ομοιόμορφες περιοχές χρώματος

44 Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι Η ανίχνευση ακμών σε εικόνες πραγματοποιείται με τη βοήθεια του υπολογισμού της κλίσης (gradient) της εικόνας. Η κλίση μιας διδιάστατης συνάρτησης f(x,y) σε κάθε σημείο (x,y) είναι ένα διάνυσμα δύο στοιχείων: Η ένταση της κλίσης (μέτρο) δίνεται από τη σχέση: Η τιμή του μέτρου προσεγγίζεται σε πολλές περιπτώσεις από την υπολογιστικά απλούστερη σχέση:

45 Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙΙ) Η κατεύθυνση κατά την οποία η μέγιστη κλίση λαμβάνει χώρα δίνεται από τη τιμή της γωνίας: Στη περίπτωση που η συνάρτηση f(x,y) δεν είναι συνεχής, όπως συμβαίνει με τις ψηφιακές εικόνες, η κλίση της εικόνας υπολογίζεται με τη βοήθεια των τελεστών Sobel: οι οποίοι εφαρμόζονται επαναληπτικά σε κάθε pixel της εικόνας για τον υπολογισμό της μεταβολής της φωτεινότητας στην κάθετη και οριζόντια κατεύθυνση αντίστοιχα.

46 Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙΙΙ) Η εφαρμογή των τελεστών Sobel ισοδυναμεί με τις σχέσεις: μέσω των οποίων υπολογίζεται η κατεύθυνση στην οποία η κλίση έχει το μεγαλύτερο μέτρο καθώς και το μέτρο: Η επέκταση της παραπάνω μεθοδολογίας υπολογισμού της κλίσης ψηφιακών εικόνων για έγχρωμες εικόνες δεν είναι προφανής.

47 Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙV)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε εικόνες αποχρώσεων του γκρι (ΙV)

48 Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες Η εύρεση της κλίσης έγχρωμων εικόνων μπορεί να προσεγγισθεί με εύρεση της κλίσης σε κάθε χρωματική συνιστώσα και συνδυασμό των αποτελεσμάτων (πως;). Η παραπάνω μεθοδολογία όμως είναι μια προσέγγιση και δημιουργεί διαφορετικά αποτελέσματα από το διανυσματικό υπολογισμό της κλίσης Έστω r, g, b τα μοναδιαία διανύσματα των αξόνων R,G,B του χρωματικού μοντέλου RGB. Η κλίση της έγχρωμης εικόνας f κατά τις κατευθύνσεις x (γραμμές) και y (στήλες) (διανύσματα u και v αντίστοιχα) δίνεται από τις σχέσεις:

49 Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙΙ) Το μέτρο της κλίσης στο σημείο (x,y) δίνεται τότε από τη σχέση: όπου η γωνία κατά την οποία έχουμε τη μέγιστη κλίση και

50 Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙΙΙ)

51 Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙV)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (ΙV)

52 Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (V)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Ανίχνευση ακμών σε έγχρωμες εικόνες (V)

53 Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων Κατάτμηση ονομάζουμε την διαδικασία διαχωρισμού μιας εικόνας σε περιοχές. Η κάθε περιοχή έχει σχετικά ομοιόμορφο χρώμα Για τον υπολογισμό της ομοιομορφίας μιας περιοχής χρειάζεται ο ορισμός μιας μετρικής Έστω μια ομοιόμορφη περιοχή S με μέσο χρώμα: Ένα pixel p με χρώμα: ανήκει στη περιοχή S εφόσον η απόσταση D(z,m) είναι μικρότερη από κάποιο κατώφλι T

54 Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων (ΙΙ)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων (ΙΙ) Τρεις αποστάσεις χρησιμοποιούνται πολύ συχνά στην κατάτμηση έγχρωμων εικόνων: Ευκλίδεια: Mahalanobis: όπου C είναι ο πίνακας συμμεταβλητότητας των τιμών των pixel στην περιοχής S City-Block:

55 Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων (ΙΙI)
 Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Κατάτμηση έγχρωμων εικόνων (ΙΙI)

56  Βασικά Στοιχεία Επεξεργασίας
Έγχρωμων Εικόνων  Χρωματικά Μοντέλα  Ψευδοχρωματική Επεξεργασία  Μετασχηματισμοί Χρώματος  Χωρικό Φιλτράρισμα  Επεξεργασία στο Διανυσματικό Χώρο Σύνοψη Το υλικό που παρουσιάστηκε σε αυτή την ενότητα αποτελεί μια εισαγωγή στις βασικές εφαρμογές και χρήσης της επεξεργασίας έγχρωμων εικόνων. Το πεδίο των χρωματικών μοντέλων είναι εξαιρετικά ευρύ και τα μοντέλα που παρουσιάστηκαν επιλέχθηκαν με βάση τη χρησιμότητα τους στη επεξεργασία έγχρωμων εικόνων Οι τεχνικές ψευδοχρωματικής επεξεργασίας και χωρικού φιλτραρίσματος αποτελούν άμεση επέκταση των αντίστοιχων τεχνικών που εφαρμόζονται στις εικόνες αποχρώσεων του γκρι. Η επεξεργασία εγχρώμων εικόνων με χειρισμό των χρωματικών στοιχείων ως διανύσματα διαφέρει από τη φιλοσοφία των τεχνικών που παρουσιάστηκαν σε προηγούμενες ενότητες. Η επεξεργασία στο διανυσματικό χώρο τονίζει τις διαφορές που υπάρχουν ανάμεσα στις τεχνικές επεξεργασίας εικόνων αποχρώσεων του γκρι και έγχρωμων εικόνων