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PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Princípios & Aplicações Paulo Roberto Girardello Franco, Ph.D.

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1 PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Princípios & Aplicações Paulo Roberto Girardello Franco, Ph.D.

2 CONTEÚDO é 1) Breve histórico é 2) Terminologia é 3) Áreas de aplicação é 4) Representação de imagens é 5) Visualização de imagens é 6) Transformadas- DFT- aliasing - filtros é 7) Operações lineares é 8) Compactação de imagens é 9) Aplicações

3 1) BREVE HISTÓRICO é Transmissão de fotos de jornais entre Londres e New York Redução do período de transporte da foto através do Atlântico de mais de 1 semana para 3 apenas horas. Sistema Bartlane de transmissão de imagens via cabo.

4 é Transmissão das fotos da Lua feitas pela Ranger 7 (Programa espacial e computadores digitais) Melhoria das fotos pelo Jet Propulsion Lab em Pasadena na Califórnia.

5 2) TERMINOLOGIA EM PROCESSA- MENTO DIGITAL DE IMAGENS - DIP OBJETOS IMAGENS VISÍVEIS GRAVURAS DESENHOS FOTOGRAFIAS PINTURAS IMAGENS ÓPTICAS FUNÇÕES MATEMÁTICAS CONTÍNUAS DISCRETAS IMAGENS FÍSICAS NÃO VISÍVEIS

6 é Gravura: É a representação de um objeto feita por intermédio de uma pintura, desenho ou fotografia. Descrição, vívida, acurada de um objeto ou coisa de tal maneira que sugira a imagem mental ou dê uma idéia do objeto. é Processamento Digital de Imagem: Começa com uma imagem e produz uma versão modificada da imagem. É utilizado para descrever tanto o processamento quanto a análise de imagens. é Computer Graphics: Se refere ao processamento e ao display de imagens de coisas que existem conceitualmente ou como uma descrição matemática. A ênfase aqui é na geração de imagens função da iluminação, geometria e de uma câmera imaginaria

7 é Computer vision: Preocupa-se com o desenvolvimento de sistema que podem interpretar o conteúdo de cenas naturais. Em robótica são os olhos do computador. é Digitalização: É o processo de converter uma imagem da sua forma original numa forma digital - conversão no sentido de não destruição dos originais. O processo reverso é a operação de mostrar a imagem digital (playback, cópia em papel, reconstrução da imagem, e gravação da imagem). é Escarpamento: É o processo de selecionar o endereço de uma posição específica dentro do domínio da imagem (elemento da gravura - pixel)

8 é Amostragem: Significa a medição do nível de cinza de uma imagem em cada pixel. A amostragem é feita por dispositivos sensíveis a luz e que produzem uma voltagem proporcional a intensidade de luz que é refletida pela imagem R(x,y) I(x,y) F(x,y)

9 é Quantização: É a representação do valor lido do nível de cinza por um número inteiro. O sensor de imagens é normal- mente seguido por um conversor analógico-digital. é Resolução dos níveis de cinza: É o número de níveis de cinza por unidade de medida da amplitude de uma imagem é Operações globais e pontuais: Operações globais são aquelas que se aplicam sobre toda a imagem digitalizada. Operações pontuais são aquelas operações nos quais o valor dos pixels de saída dependem apenas do valor do pixel de entrada.

10 3) ÁREAS DE APLICAÇÃO é Melhoria do aspecto da imagem para interpretação humana é Processamento de dados de uma cena para percepção autônoma de máquinas é Compactação de imagens

11 4) REPRESENTAÇÃO DE IMAGENS é Uma imagem digital é uma matriz de 2 dimensões onde seus elementos são chamados de pixels (picture x elements) Y X colunas intensidade filas

12 Imagens com diferentes tipos dados Pixels do tipo: bitfloat complexo byte sem sinal dupla precisão

13 Armazenamento de Imagens Digitais em Computadores: ê Um arquivo de uma imagem não possui apenas os valores dos pixels associados com as suas coordena- das mas também um header que provê informações adicionais como, por exemplo: tamanho tipo de dado do pixel modelo de cor Dimensions: width=256, Height=256 Pixel type: unsigned byte Color Model: Greyscale

14 é Imagem monocromática ou simplesmente imagem é Imagem monocromática ou simplesmente imagem: Se refere a uma função da intensidade da luz em duas dimensões f(x,y), onde x e y representam coordenadas espaciais e o valor de f em qualquer ponto de (x,y) é proporcional ao brilho (níveis de cinza da imagem naquele ponto) - digitalização é Uma matriz 512 x 512 com 128 níveis de cinza é equivalente a uma imagem de TV branco e preto.

15 Imagem com tons de cinza

16 5) VISUALIZAÇÃO DE IMAGENS 256 x 256 pixels é Região de Interesse- ROI: Aqui apenas estamos interessados numa pequena região ao redor do olho da gaivota ROI 10 x 10 pixels

17 é Zoom na ROI: Valores na ROI Elementos da percepção visual - Olho humano: Cones e bastonetes

18 Perfil de uma linha vertical central n

19 Estatística de imagens êParâmetros estatísticos de uma imagem: número de pixels: pixel positivos: 65536pixel negativos: 0 pixels zero:0 valor mínimo: 0valor máximo: 255 valor médio: 87,19desvio padrão: 65,

20 Estatística de imagens êImagem de uma espinha dorsal- pixels em ponto flutuante número de pixel:58368 pixels positivos: valor mínimo: 1024valor máximo: 1892 valor médio: 1068,9pixels negativos:0 desvio padrão: 79, Histograma

21 6) TRANSFORMADAS Domínio da ImagemDomínio das transformadas Processamento Filtragem, melhoramento, codificação, restauração

22 Tipos de transformadas êTransformada Discreta de Fourier êTransformada Rápida de Fourier êTransformada Walsh êTransformada Haddamard êTransformada Haar êTransformada Hotelling êTransformada Coseno Discreta êTransformada Wavelet

23 Transformada Discreta de Fourier em 2D: f(x,y) F(u,y) F(u,v)

24 Transformada Discreta de Fourier Imagem simples f(x,y Magnitude do Espectro de f(x,y)) real imaginaria 61 ( e-17, ) 62 ( , -0) 63 ( e-17, ) 64 ( , 0) 65 ( e-17, ) 66 ( , -0)

25 Transformada Discreta de Fourier Perfil da Magnitude do Espectro Perfil da fase do Espectro

26 Propriedades da DFT ê RotaçãoSoma Espectro

27 Propriedades da DFT êTranslaçãoMag.do Espectro Fase

28 DFT de Imagens simples êSenoidal êRetangular

29 DFT: Amostragem e aliasing 1 /128 ciclos por amostra 16/128 ciclos por amostra Sinal senoidal

30 DFT: Amostragem e aliasing 64 /128 ciclos por amostra 68/128 ciclos por amostra Sinal senoidal

31 DFT: Amostragem e aliasing

32 DFT: Filtragem passa-baixo Imagem a ser filtradaImagem filtrada Filtragem passa-baixo diâmetro 31 pixels

33 DFT: Filtragem passa-alto Imagem a ser filtradaImagem filtrada Filtragem passa-alto diâmetro 31 pixels

34 DFT: Filtragem do tipo passa-banda Imagem a ser filtradaImagem filtrada Filtragem passa-banda

35 DFT: Filtragem de ruído coerente Imagem originalMagnitude do Espectro da Imagem

36 DFT: Filtragem de ruído coerente Máscara de filtragemProduto máscara e espectro

37 DFT: Filtragem de ruído coerente Imagem filtrada Ruído coerente

38 7) OPERAÇÕES LINEARES Melhoria de imagens Imagem originalImagem com ruído branco -shot noise 10% de shot-noise

39 Imagem filtrada com Imagem filtrada com filtro filtro de valor mediano 3X3 de valor mediano 3X3 3 vezes 1 vez

40 Imagem filtrada com Imagem filtrada com filtro filtro de valor mediano 5X5 de valor médio 5X5 1 vez 1 vez

41 Ressaltar cantos de imagens

42 Imagem original da retinaimagem após filtro PA Operador Sobel na direção x Operador Sobel na direções x e y

43 Operador Isotrópico Operador Prewitt Operador Roberts Operador Sobel

44 8) COMPACTAÇÃO DE IMAGENS Definição de padrões ê Sem perdas - lossless ê Com perdas ê Compactação de fotos - JPEG ê Compactação de filmes - MPEG ênúmero de quadros por segundo êpredição de movimento

45 9) APLICAÇÕES ê Telecomunicações Telefones celulares com imagens Educação - videoconferências ê Agricultura Gerenciamento de colheitas em tempo real ê Medicina Tratamento de imagens em MRIs ê Segurança Bancos de com impressões digitais, íris dos olhos, rosto Reconhecimento de assinaturas


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