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PublicouJonathan Pontes Alterado mais de 10 anos atrás
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PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS Princípios & Aplicações
Paulo Roberto Girardello Franco, Ph.D.
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CONTEÚDO 1) Breve histórico 2) Terminologia 3) Áreas de aplicação
4) Representação de imagens 5) Visualização de imagens 6) Transformadas- DFT- aliasing - filtros 7) Operações lineares 8) Compactação de imagens 9) Aplicações
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1) BREVE HISTÓRICO 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.
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1964 - 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.
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2) TERMINOLOGIA EM PROCESSA-MENTO DIGITAL DE IMAGENS - DIP
VISÍVEIS OBJETOS FUNÇÕES MATEMÁTICAS IMAGENS CONTÍNUAS GRAVURAS DESENHOS FOTOGRAFIAS PINTURAS DISCRETAS IMAGENS ÓPTICAS IMAGENS FÍSICAS NÃO VISÍVEIS
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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. 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. 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
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Computer vision: Preocupa-se com o desenvolvimento de sistema que podem interpretar o conteúdo de cenas naturais. Em robótica são os olhos do computador. 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). Escarpamento: É o processo de selecionar o endereço de uma posição específica dentro do domínio da imagem (elemento da gravura - pixel)
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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 F(x,y) I(x,y) R(x,y)
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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. Resolução dos níveis de cinza: É o número de níveis de cinza por unidade de medida da amplitude de uma imagem 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.
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3) ÁREAS DE APLICAÇÃO Melhoria do aspecto da imagem para interpretação humana Processamento de dados de uma cena para percepção autônoma de máquinas Compactação de imagens
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4) REPRESENTAÇÃO DE IMAGENS
Uma imagem digital é uma matriz de 2 dimensões onde seus elementos são chamados de pixels (picture x elements) Y filas intensidade X colunas
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Imagens com diferentes tipos dados
Pixels do tipo: bit float complexo byte sem sinal dupla precisão
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Armazenamento de Imagens Digitais em Computadores:
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
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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 Uma matriz 512 x 512 com 128 níveis de cinza é equivalente a uma imagem de TV branco e preto.
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Imagem com tons de cinza
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5) VISUALIZAÇÃO DE IMAGENS
256 x 256 pixels Região de Interesse- ROI: Aqui apenas estamos interessados numa pequena região ao redor do olho da gaivota ROI 10 x 10 pixels
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Elementos da percepção visual - Olho humano: Cones e bastonetes
Zoom na ROI: Valores na ROI Elementos da percepção visual - Olho humano: Cones e bastonetes
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Perfil de uma linha vertical central
237 200 150 100 50
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Estatística de imagens
Parâmetros estatísticos de uma imagem: número de pixels: 65536 pixel positivos: pixel negativos: 0 pixels zero:0 valor mínimo: 0 valor máximo: 255 valor médio: 87,19 desvio padrão: 65,77 5000 3000
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Estatística de imagens
Imagem de uma espinha dorsal- pixels em ponto flutuante número de pixel: pixels positivos: 58368 valor mínimo: valor máximo: 1892 valor médio: 1068,9 pixels negativos:0 desvio padrão: 79,0 Histograma 30000 20000 10000
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6) TRANSFORMADAS Domínio da Imagem Domínio das transformadas
Processamento Filtragem, melhoramento, codificação, restauração
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Tipos de transformadas
Transformada Discreta de Fourier Transformada Rápida de Fourier Transformada Walsh Transformada Haddamard Transformada Haar Transformada Hotelling Transformada Coseno Discreta Transformada Wavelet
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Transformada Discreta de Fourier em 2D:
f(x,y) F(u,y) F(u,v)
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Transformada Discreta de Fourier
real imaginaria 61 ( e-17, ) 62 ( , ) 63 ( e-17, ) 64 ( , ) 65 ( e-17, ) 66 ( , ) Imagem simples f(x,y Magnitude do Espectro de f(x,y))
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Transformada Discreta de Fourier
Perfil da Magnitude do Espectro Perfil da fase do Espectro
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Propriedades da DFT Rotação Soma Espectro
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Propriedades da DFT Translação Mag.do Espectro Fase
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DFT de Imagens simples Senoidal Retangular
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DFT: Amostragem e aliasing
Sinal senoidal 1 /128 ciclos por amostra 16/128 ciclos por amostra
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DFT: Amostragem e aliasing
Sinal senoidal 64 /128 ciclos por amostra 68/128 ciclos por amostra
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DFT: Amostragem e aliasing
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DFT: Filtragem passa-baixo
Imagem a ser filtrada Imagem filtrada diâmetro 31 pixels Filtragem passa-baixo
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DFT: Filtragem passa-alto
Imagem a ser filtrada Imagem filtrada diâmetro 31 pixels Filtragem passa-alto
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DFT: Filtragem do tipo passa-banda
Imagem a ser filtrada Imagem filtrada Filtragem passa-banda
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DFT: Filtragem de ruído coerente
Imagem original Magnitude do Espectro da Imagem
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DFT: Filtragem de ruído coerente
Máscara de filtragem Produto máscara e espectro
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DFT: Filtragem de ruído coerente
Imagem filtrada Ruído coerente
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7) OPERAÇÕES LINEARES Melhoria de imagens
Imagem original Imagem com ruído branco -shot noise 10% de shot-noise
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Imagem filtrada com Imagem filtrada com filtro
filtro de valor mediano 3X de valor mediano 3X3 3 vezes vez
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Imagem filtrada com Imagem filtrada com filtro
filtro de valor mediano 5X de valor médio 5X5 1 vez vez
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Ressaltar cantos de imagens
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Imagem original da retina imagem após filtro PA
Operador Sobel na direção x Operador Sobel na direções x e y
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Operador Isotrópico Operador Prewitt
Operador Roberts Operador Sobel
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8) COMPACTAÇÃO DE IMAGENS Definição de padrões
Sem perdas - lossless Com perdas Compactação de fotos - JPEG Compactação de filmes - MPEG número de quadros por segundo predição de movimento
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9) APLICAÇÕES Telefones celulares com imagens
Telecomunicações Telefones celulares com imagens Educação - videoconferências Agricultura Gerenciamento de colheitas em tempo real Medicina Tratamento de imagens em MRI’s Segurança Bancos de com impressões digitais, íris dos olhos, rosto Reconhecimento de assinaturas
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