1 / 48

Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi

Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi. Ak. 2007/2008 27.03.2008., Marko Švaco. Sadržaj. Monokromatska slika Dvodimenzionalna funkcija prikaza slike (gray level) Slikovni element (pixel) Volumni element (voxel) Kompresija slike Sklopovlje za digitalnu obradbu slike

seamus
Download Presentation

Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Vizijski sustavi – Osnovni pojmovi Ak. 2007/2008 27.03.2008., 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 = 307200 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, 0-255 intenzitet crne • Paletted color: 1 byte, jedna od 256 boja • 24-bit color: 3 bytea, 16.777.216 boja

  7. Gray Level – Gray scale • Grayscale slika: jedan pixel jedan byte • (256 nijansi sive, od crne do bijele). • Slika veličine 640x480 pixela: • 640x480x8 = 2457600 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 0.077 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 00 01 06 06 06 06 06 ==> 00 01 99 06 05 • 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 • fraktalna • Quadtree • neuronski pristup • 3D - DCT • adaptivna blok kompresija • varijab. rezolucijska • prediktivna • transformirajuća • vektorska • podpojasna (sub-band) • Wavelet • segmentirajuća • odsijecanje bloka

  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. http://www.youtube.com/watch?v=8G59zTXVHHU&NR=1

  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. Ravno osvjetljenje

  35. Osvjetljenje • Kupolno osvjetljenje • Proizvodi uniformno svjetlo bez refleksija • Idealno za osvjetljavanje okruglih i sjajnih objekata

  36. 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.

  37. Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike

  38. 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.

  39. 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.

  40. Sklopovlje za akviziciju i digitalnu obradu slike • Digitalizacija slike

  41. 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

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

  43. Analogna i digitalna CCD kamera

  44. 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

  45. 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

  46. Adimec 4150m • 2352 x 1728 Rezolucija (7μm pixels) • Omogućava inspekciju najmanjimh mogućih grešaka • Monokromatska kamera (Gray scale) • Brzina do 144 slike po sekundi u kontinuiranom modu. • CMOS čip • Kvaliteta slike skoro kao i kod CCD čipova

  47. Hvala!

More Related