Transcript 4. Filtry
Filtry Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2004/2005 Plan wykładu Przegląd dostępnych filtrów Zastosowanie filtrów na różnych etapach pracy systemu Dalsze badania Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Podział filtrów Operacje na pojedynczym pikselu Operacje na grupie pikseli Operacje na histogramie obrazu Obrót / skalowanie obrazu Techniki złożone Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry punktowe I out ( x, y ) f [ I in ( x, y )] Funkcja liniowa Funkcja potęgowa Funkcja logarytmiczna Zastosowanie Polepszenie kontrastu Polepszenie ostrości obrazu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Funkcja liniowa Skalowanie Umożliwia skalowanie zakresu dynamicznego w wybranych przedziałach s1 I in r1 s 2 s1 I out ( x, y ) ( I in r1) s1 r 2 r1 255 s 2 ( I in r 2) s2 255 r 2 dla I in r1 dla I in ( r1, r 2) dla I in r 2 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 250 Funkcja potęgowa 200 150 100 50 0 1 51 101 151 201 Korekcja Gamma Obraz po przekształceniu nie traci naturalnego wyglądu I out ( x, y ) I in ( x, y ) gdzie 0,45 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 251 250 200 Funkcja logarytmiczna 150 100 50 0 1 51 101 151 201 Kompresja poziomów szarości Naturalny wygląd obrazu Zmniejszenie informacji w obrazie I out ( x, y ) a b ln( I in ( x, y ) 1) b * ln( c ) 1 255 c max ( I ) 1 x, y Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 251 Filtry punktowe - przykłady Obraz Skalowanie Logarytm Gamma Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry punktowe - przykłady Obraz Skalowanie Logarytm Gamma Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry punktowe - przykłady Obraz Skalowanie Logarytm Gamma Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry punktowe Zalety: Umożliwiają polepszenie kontrastu obrazu Zwiększają ostrość Wady: Przejaskrawienie obrazu Trudny dobór optymalnych parametrów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry przestrzenne Filtry dolnoprzepustowe Uśredniający Gauss Mediana Filtry górnoprzepustowe Roberts Prewitt Sobel Laplacian Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry dolnoprzepustowe Usuwanie drobnych szumów Wygładzanie obrazu Rozmazywanie konturów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr uśredniający I out 1 I 9 group in Filtr liniowy Łagodne wygładzenie obrazu 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Gaussa 2 G ( x, y ) 1 2 2 e x y 2 2 2 Filtr wykorzystujący funkcje potęgową Mocniejsze wygładzenie przy krótszym czasie działania 1 1 2 16 1 2 4 2 1 2 1 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Medianowy Filtr nieliniowy Dobrze usuwa szumy z obrazów jednocześnie nie eliminując ważnych informacji Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry dolnoprzepustowe Obraz Uśredniający Gauss Mediana Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry górnoprzepustowe Poprawa ostrości obrazu Wykrywanie konturów W przypadku zaszumionych obrazów niedoskonałości zostaną wyolbrzymione. Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Roberts’a I I I , x y Metoda gradientowa 0 Rx 0 0 0 1 0 1 1 0 R y 0 0 0 | R | 0 1 0 0 0 0 Rx R y 2 2 | R || Rx | | R y | Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Prewitt’a I I I , x y Metoda gradientowa 1 Px 0 1 1 0 1 1 Py 1 1 1 0 1 | P | 0 0 0 1 1 1 Px Py 2 2 | P || Px | | Py | Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Sobel’a I I I , x y Metoda gradientowa 1 Sx 0 1 2 0 2 1 0 1 1 Sy 2 1 0 0 0 1 2 1 | S || S x | | S y | | S | sx s y 2 2 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Laplacian 2 I 2 I L( x , y ) 2 , 2 x y Metoda wykorzystująca właściwości drugiej pochodnej 1 1 1 1 8 1 1 1 1 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry górnoprzepustowe Obraz Roberts Prewitt Sobel Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Operacje na histogramie Rozciąganie Dopasowanie Wyrównanie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Rozciąganie histogramu Zwiększenie zakresu dynamicznego obrazu, które poprawia kontrast oraz ostrość I out ( x, y ) ( 2 1) * B I in ( x, y ) min max min Nie działa dla obrazów o charakterystycznym histogramie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Wyrównanie histogramu Dąży do równomiernego rozproszenia poziomów szarości w obrazie wyjściowym Polepszenie kontrastu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Wyrównanie histogramu Algorytm: p( I ) h( I ) / K gdzie K liczba gdzie n poziomy pikseli n D (i ) p (i ) szarośza i 0 I out D ( I in ) Din0 1 Din0 Din0 pierwsza ( 2 1) B niezerowa wartośa obrazu orginal . Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Dopasowanie histogramu Dąży do takiego przemieszczenia poziomów szarości, aby histogram obrazu wejściowego był jak najbardziej zbliżony do zadanego histogramu. Ujednolicenie jasności obrazów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Dopasowanie histogramu Algorytm: Stworzenie histogramu obrazu wejściowego hIn i wyjściowego hOut Normalizacja histogramów p( I ) h( I ) / K gdzie K liczba pikseli Obliczenie funkcji przyrostu n D (i ) p (i ) gdzie n poziomy szarośza i 0 Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Dopasowanie histogramu Algorytm: Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Histogram - przykłady Obraz Rozciąganie Wyrównanie Dopasowanie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Histogram Minimalizacja różnic między obrazami z różnych źródeł Poprawa ostrości i kontrastu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Obrót / skalowanie obrazu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtry złożone - techniki Kuwahara Canny Unsharp Masking LogAbout GammaAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Kuwahra Filtr nieliniowy Dobre wygładzanie obrazu Brak zacierania krawędzi 1 Algorytm: I I n sr Dla każdego regionu: in region ( I in I sr ) 2 region Wynik: r min( ) I out I sr ( r ) regiony Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Filtr Canny Optymalizacja wykrywania krawędzi Algorytm: Filtr Gaussa Filtr Sobel Znalezienie kierunku krawędzi jako tan 1 ( S y / S x ) Określenie kierunku Śledzenie pikseli w kierunku krawędzi i usuwanie zbędnych pikseli Progowanie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Unsharp Masking Wyostrzanie obrazu Eliminacja drobnych szumów Algorytm: I(x,y) = Gauss(Iin(x,y)) Ihp(x,y) = Iin(x,y) – I(x,y) Ihp(x,y) = 0 dla Ihp(x,y) < próg Iout(x,y) = Iin(x,y) + a*Ihp(x,y) Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Metoda LogAbout Polepszenie wykrywania krawędzi Filtr górnoprzepustowy Filtr logarytmiczny Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Metoda HistAbout Polepszanie wykrywania krawędzi Rozciąganie histogramu Gauss LogAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Metoda GammaAbout Polepszenie wykrywania krawędzi Gamma Gauss LogAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Gdzie stosować filtry? Obraz wejściowy Detekcja Normalizacja Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Obraz wejściowy Problemy: Zakłócenia obrazu Rozwiązanie: Filtr Gaussa Filtr Medianowy Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Obraz wejściowy/Detekcja Problem: Ciemny obraz Rozwiązanie: Rozciąganie histogramu Korekcja Gamma GammaAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Detekcja Problem: Wykrywanie krawędzi Rozwiązanie: Filtr Roberts Filtr Prewitt Filtr Sobel Metoda Canny’ego Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Normalizacja kształtu Problem: Brak unifikacji rozmiarów Rozwiązanie: Skalowanie Problem Obrócona twarz Rozwiązanie: Obrót Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Normalizacja oświetlenia Problem: Nierównomierne oświetlenie twarzy Rozwiązanie: Operacje na histogramie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Zastosowanie filtrów Poprawa jakości pobranego obrazu Polepszenie wydajności metod detekcji obiektów Normalizacja obrazu Normalizacja oświetlenia Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Co dalej ?? Normalizacja oświetlenia nadal pozostaje polem do dalszych badań Rozjaśnianie obrazów ciemnych Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006 Dziękuję Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006