La visione artificiale - Computer Vision & Multimedia...

La Visione Artificiale

La visione delle macchineLa visione umanaAcquisizione di immagine

Visione Artificiale 08/09 Operazioni puntuali 2

Copyright

• Alcune slide sono tratte dal testo:– Digital Image Processing

– Materiale didattico relativo si trova al sito• www.imageprocessingbook.com


Attività della Visione Artificiale

• Signal processing ‘50• Computer Graphic ‘60• Pattern Recognition ‘70• Computer Vision ‘80• Multimedia ‘90


Visione Artificiale

• È l’insieme dei processi che mirano a costruire una descrizione del mondo a partire da immagini

• Ha lo scopo di emulare la visione umana attraverso:– L’acquisizione– L’eleborazione al calcolatore– La comprensione delle immagini


Visione Artificiale

• Sono coinvolti molti aspetti, ma il più importante è la Elaborazione delle Immagini

– Il settore dell’informatica che definisce tecniche ed algoritmi per trattare immagini digitali

• Obiettivi:– Produrre sistemi artificiali (completamente automatici e basati

sul calcolatore) che manifestano un comportamento visivo con prestazioni paragonabili a quelle di un sistema biologico


Interdisciplinarità

• La Visione Artificiale è un campo altamente multidisciplinare che include competenze di

– Image processing– Informatica– Intelligenza artificiale– Neurofisiologia– Psicologia– Fisica– …


La visione umana


La visione umana

• L’occhio umano è paragonabile ad una macchina fotografica in cui:– La cornea e il

cristallino costituiscono l’obiettivo

– L’iride e la pupilla corrispondono al diaframma

– La retina è l’elemento sensibile (pellicola)


La visione umana

• Sulla retina si forma l’immagine degli oggetti osservati• Esistono due tipi di recettori:

– Coni– Bastoncelli


La visione umana - Coni

• Circa 6 o 7 milioni per occhio• Siti nella parte centrale della retina, detta fovea• Altamente sensibili al colore e ad alti livelli di illuminazione• Forniscono anche piccoli dettagli• Responsabili della visione diurna• Connessione 1 a 1 con le terminazioni nervose


La visione umana - Bastoncelli

• Circa 100 milioni per occhio• Consentono una visione globale della scena• Distribuiti in modo più uniforme sull’intera superficie della

retina• Praticamente insensibili al colore• Sensibili a bassi livelli di illuminazione• Responsabili della visione notturna• Connessione n a 1 con le terminazioni nervose


Sensibilità di coni e bastoncelli


Distribuzione di coni e bastoncelli


Distribuzione di coni e bastoncelli

• Fino a 150000 coni per mm2

• La tecnologia attuale del silicio è in grado di ottenere una simile densità di sensori

• I problemi della visione artificiale non sono quindi nei sensori, ma nel processo di elaborazione

• Occorre quindi integrare l’intelligenza e l’esperienza umana


La percezione umana


Illusioni Ottiche


Lo spettro elettromagnetico


Immagini a ultrasuoni


L’Immagine

• Una immagine è una rappresentazione spaziale bidimensionale di un oggetto 2D o 3D o di una scena.

• Nel campo dell’elaborazione di immagini per immagine si intende generalmente la rappresentazione dopo il processo di digitalizzazione.

• Dal punto di vista del programmatore un’immagine è una matrice bidimensionale di valori omogenei.


Sistema di acquisizione

Componenti di un sistema di acquisizione♦ La telecamera (in generale un sensore elettronico)♦ Memoria immagine (frame grabber)♦ Monitor♦ Calcolatore♦ Database♦ Attuatore


A/D MemoriaImmagine D/A

Monitor

Sistema di acquisizione

DatabaseImmaginirisultati numerici

comandi di controllo

A/D: convertitore analogico/digitaleD/A: convertitore digitale/analogico

comandi di controllo


Sensore elettronico


Esempi di sensori


L’acquisizione


Illuminazione

• L’illuminazione non sempre è un parametro controllabile:– In applicazioni indoor è in genere possibile realizzare un

impianto di illuminazione adatto al problema da risolvere– In applicazioni outdoor normalmente l’illuminazione non è sotto

controllo


Back lighting

Diffusore

http://www.waybricolage.net/root/img/martello.jpg


Luce strutturata

• Usata per l’acquisizione e la ricostruzione 3D


Luce strutturata


Dal Segnale Analogico alla Matrice

Tensione

Tempo

Tempo

1 14 17 1PIXEL

Trasduzione

Quantizzazione

Campionamento

Immagine Digitale


Il processo di digitalizzazione

• Il segnale acquisito da una telecamera è tipicamente un segnale continuo che descrive l’intensità del segnale luminoso secondo una scansione per linee

• La digitalizzazione trasforma un segnale continuo discretizzandolo sia nella dimensione spaziale, che in quella dei livelli di grigio (convertitore A/D analogico/digitale)

• Il segnale convertito viene memorizzato in una memoria immagine che funge da interfaccia tra l’elaboratore, il monitor e l’elemento di acquisizione

• Tra la memoria immagine ed il monitor vi è un convertitore D/A (digitale/analogico)


Scansione Regolare

• Scansione semplice Scansione interallacciata


Risoluzione spaziale

• La risoluzione spaziale è la più piccola dimensione dell’oggetto osservato che può essere discriminata

• La cella di risoluzione è la più piccola area elementare associata ad un valore in una immagine digitale

• Generalmente la cella elementare è un quadrato ma si possono anche avere celle rettangolari o esagonali


Tassellazione quadrata

Pixel a distanza 1

Pixel a distanza 2

Pixel a distanza 3

Pixel a distanza 4


Tassellazione esagonale


Tassellazione triangolare



• Pixel (contrazione di picture element) è descritto dalla posizione spaziale di una cella elementare (riga, colonna) e dal valore ad essa associato

• Alcune dimensioni frequenti per immagini digitali sono 256x256, 512x512, 1024x1024

• Risoluzioni dei monitor:– 640x480, 1024x768 (4/3)– 1280x1024 (5/4), 1280x800 (16/10)– HDTV 1125 righe (16/9)


Risoluzione nella scala di grigi

• Una immagine binaria è una immagine in cui ogni pixel può assumere solo due valori: (0,1), (vero, falso), (oggetto, sfondo)

– una immagine binaria utilizza solo un bit per pixel• Una immagine a toni di grigio è una immagine in cui ogni

pixel assume valori in un intervallo più ampio– valori tipici sono [0, 63], [0, 255], [0, 1023], rispettivamente 6, 8,

10 bit per pixel• Un osservatore umano percepisce una scala continua di

grigi osservando immagini memorizzate con 8 bit


Risoluzione nella scala dei grigi


Aliasing


Antialiasing

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