Transcript Formazione della rappresentazione digitale dell`immagine

Trattamento Immagini (parte 1)
33
L1-1
Obiettivi
➢
Metodi di base del trattamento delle immagini
➢
➢
➢
Immagini: matrici di punti rappresentati da valori di
luminosità
In generale parleremo di immagini grayscale, cioè a
scala di grigi rappresentanti livelli di intensità
luminosa
Ogni livello di intensità è rappresentato da un
numero all'interno di un intervallo di valori
determinato
Obiettivi
➢
Immagini a colori
➢
➢
➢
Ottenute dalla sovrapposizione di 3 'piani' di colore
fondamentali: ROSSO,VERDE,BLU
Ciascun piano viene interpretato e trattato in modo
analogo ad un immagine monocromatica
L'hardware di un dispositivo è generale la
percezione di un colore a partire dai 3 piani
fondamentali
~Obiettivi
➢
Non è un corso di fotografia digitale
➢
➢
➢
Fotografia: aspetti percettivi della riproduzione dei
colori
Fotografia: ragioni espressive della manipolazione
dei colori o dei livelli di grigio
Non tratteremo nel dettaglio gli aspetti legati alla
colorimetria
Obiettivi
➢
Tuttavia potremo generare immagini a falsi
colori per migliorare la visualizzazione di
informazioni
Strumenti
➢
Matlab® (http://www.mathworks.it/products/matlab/)
➢
Shell matematica: MAT(rix) LAB(oratory)
➢
Rapida curva di apprendimento
➢
Package accessori per vari campi di applicazione
➢
Disponibile anche come 'Student Edition'
➢
Windows® e Linux
Strumenti
➢
➢
GNU/Octave (http://www.octave.org)
➢
Compatibile con sintassi Matlab
➢
Vasto numero di package applicativi
➢
Funziona con Windows & Linux
➢
Possibile anche Mac
Suggerita versione >= 3.6
➢
octave-image >= 2.0.0
Strumenti
➢
ImageJ
➢
➢
➢
➢
Funziona su Unix(Linux),
Windows & MacOS
Scritto con il linguaggio Java
Contiene una serie di
strumenti nativi per la
manipolazione di immagini
Può essere 'esteso' con
nuove funzioni scrivendo in
Java dei plugin, cioè codice
che può essere invocato da
programma principale di
ImageJ
Strumenti
➢
The GIMP (http://www.gimp.org/)
➢
➢
➢
Applicazione tipo Photoshop
E' possibile scrivere plug-in per costruire metodi di
manipolazione delle immagini
Manuale anche in italiano
Origini della Tecnologia
➢
1957: prima
immagine passata ad
uno scanner (Russell
Kirsch)
Campi di Applicazione
➢
Osservazioni spaziali
➢
➢
Impossibilità di
recuperare le pellicole
Ambienti ostili
all'uomo
Campi di applicazione
➢
Voyager 1 & 2
➢
➢
➢
Lanciati nel 1977
Hanno inviato foto dei
pianeti
Sono stati riprogrammati
da terra dopo 12 anni
dalla partenza con
software più evoluto per
la gestione delle
immagini
Campi di Applicazioni
➢
➢
Astronomia da
telescopi in orbita.
Permettono tramite
l'imaging digitale di
combinare dati da
tutto lo spettro E.M.
➢
➢
Raggi Infrarossi
Luce Visibile
➢
Raggi UV
Raggi X
➢
Raggi gamma
➢
Campi di Applicazione
➢
Imaging per la Medicina
➢
➢
➢
Digitalizzazione di immagini diagnostiche
Estrazione di fatti il più possibile oggettivi legati alla
diagnostica medica
Costruzione di database di immagini mediche sia
per la ricerca che per la diagnostica medica che per
l'ottimizzazione dell'organizzazione sanitaria
Campi di Applicazione
➢
Medicina
➢
➢
➢
➢
MRI (Risonanza
Magnetica)
PET (Tomografia ad
Emissione di Positroni)
TAC: Tomografia a
raggi-X
Ecografia
Campi di Applicazione
➢
Medicina
➢
➢
Integrazione di tutte queste tecniche di indagine
attraverso la sovrapposizione di immagini ottenute
da diverse sorgenti
Immagini a Falsi Colori per facilitare
l'interpretazione e lettura
Campi di Applicazione
➢
Microscopia
➢
Analisi automatica
➢
Enhancement
➢
Feature extraction
➢
Integrazione con altre
metodiche
Campi di Applicazione
➢
Tecnologie non ottiche
➢
➢
Microscopia AFM (Atomic
Force Microscopy)
Topografia del particolare
di una cellula
Sviluppi della Image Processing
➢
Analisi morfologica
➢
Riconoscimento automatico
➢
Visione artificiale
Camera Oscura
Camera Oscura
➢
➢
➢
L'immagine appare rovesciata
Ad una minore distanza focale f corrisponde un
campo più grande e un immagine proiettata più
piccola
Viceversa al crescere di f campo ridotto e
immagine proiettata più grande
Camera con Lente
➢
➢
La lente permette l'ingresso di più luce
Introduce complessità nell'interazione con
la luce e le sue componenti cromatiche
Caratteristiche Ottiche
➢
➢
➢
Parametri Ottici delle lenti
➢
Tipo di lenti (materiali)
➢
Lunghezza focale
➢
Campo visivo
Parametri fotometrici
➢
Tipo, direzione ed intensità dell'illuminazione
➢
Proprietà di riflettività della superficie degli oggetti
Parametri geometrici
Digitalizzazione Spaziale
➢
➢
Fotografia digitale: la 'fotografia' viene proiettata
su una matrice di elementi fotosensibili
Matrice di sensori tipicamente in tecnologia
CCD o CMOS
➢
➢
Ricevono luce e accumulano in una locazione di
memoria analogica un numero di elettroni
idealmente proporzionale al numero di fotoni
catturati
Trasferiscono in sincronia l'informazione
accumulata per essere convertita di numeri
Digitalizzazione
➢
Discretizzazione spaziale
➢
Campionamento temporale
➢
Quantizzazione del valore di intensità luminosa
per ogni elemento dell'immagine
Tecnologia CCD (charged coupled device)
➢
➢
La carica viene
accumulata e quindi
trasferita
L'ultimo elemento passa
la carica ad un
amplificatore perché
possa essere misurata
CCD camera
➢
Digitalizzazione temporale
➢
➢
Misurazione della carica (luce) raccolta nel tempo di
esposizione
Tempo di esposizione: intervallo di tempo
necessario alla raccolta della luce nei fotosensori
Digitalizzazione
➢
Immagini a colori
➢
➢
Immagini a colori hanno un
photosite per ognuna delle 3
componenti cromatiche
RGB quindi ogni elemento
di immagine (PIXEL) è
rappresentato da una terna
di numeri
Se la bit-depth per ciascun
canale è di 8 bit allora ogni
elemento è rappresentato
da 24 bit
Immagini a Colori
➢
Le immagini a colori sono
internamente rappresentate a
partire da un modello additivo di
generazione dei colori
➢
➢
Il modello base è quello in
tricromia: rosso,verde e blu
(RGB)
I colori vengono ottenuti
sovrapponendo colori base con
intensità variabile
Immagini a Colori
➢
➢
➢
Non tutti I colori distinguibili
dall'occhio umano possono
essere rappresentati dal
modello RGB
I colori possibili sono contenuti
all'interno di un cubo avente
lato 1
Le coordinate R,G,B
rappresentano l'intensità di una
componente tra 0 e la
saturazione del sistema
➢
➢
Di solito la coordinata [0,1]
Immagini grezze usano il
valore nativo così come
generato dalla fotocamera
Immagini a Colori
➢
RGB può essere trasformato in
sistemi di coordinate alternativi
➢
➢
➢
HSV: Hue, Saturation, Value
HSL: Hue, Saturation,
Luminosity
Hanno ragioni simili e
permettono di separare la
funzione delle coordinate
➢
➢
Una coordinata di
luminosità
Due coordinate di
cromaticità
Modello colori sottrattivo
➢
CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK)
➢
➢
Colori ottenuti per soppressione di componenti da
una sorgente bianca
Usato nella tecnologia delle stampe
Piccolo Laboratorio Interattivo
➢
http://www.michaelbach.de/ot/col_mix/index.html