Scuola Interuniversitaria Campana di Specializzazione all’Insegnamento S.I.C.S.I.

III Ciclo 2° Anno A.A. 2003-2004Ambito tecnologico- Classe A042 Informatica

Laboratorio di acquisizioneed elaborazione di segnali

Elaborazione di immagini In matlab:Quantizzazione e Formato RGB

Elaborato degli specializzandiDott. Giuseppe Di Capua

Ing. Vittorio Zerbini

Effetti sulle immagini Effetti sulle immagini della variazione di quantizzazionedella variazione di quantizzazione

La qualità dell’immagine dipende anche dal numero di livelli adoperati per la quantizzazione dei valori di intensità:

Effetti sulle immagini Effetti sulle immagini della variazione di quantizzazionedella variazione di quantizzazione

La riduzione del numero di livelli provoca il peggioramento della qualità dell’immagine. Appaiono falsi contorni, e non è possibile distinguere oggetti che differiscono per variazioni di grigio lente. Si noti che 16 livelli di grigio possono sembrare sufficienti nelle immagini stampate, ma non lo sono per immagini visualizzate a monitor.

Nell’esempio Nell’esempio successivo, si noterà come le , si noterà come le immagini a 256, 128 e 64 livelli di grigio siano immagini a 256, 128 e 64 livelli di grigio siano praticamente identiche dal punto di vista praticamente identiche dal punto di vista visualevisuale

Nelle altre immagini si manifesta (in misura Nelle altre immagini si manifesta (in misura crescente al diminuire del numero di livelli) il crescente al diminuire del numero di livelli) il fenomeno dei falsi contorni nelle zone di lenta fenomeno dei falsi contorni nelle zone di lenta variazione dei grigi, fino al caso limite delle variazione dei grigi, fino al caso limite delle immagini a due livelli (o bi-livello o binarie)immagini a due livelli (o bi-livello o binarie)

Fissata la risoluzione spaziale, o meglio il Fissata la risoluzione spaziale, o meglio il numero dei pixel a disposizione per la numero dei pixel a disposizione per la digitalizzazione, si potrebbe pensare di digitalizzazione, si potrebbe pensare di ricorrere a tecniche di campionamento adattive ricorrere a tecniche di campionamento adattive rispetto alle caratteristiche dell’immaginerispetto alle caratteristiche dell’immagine

Per illustrare tale effetto si può far Per illustrare tale effetto si può far svolgere agli allievi il seguente script svolgere agli allievi il seguente script matlab.matlab.

L’obiettivo del file matlab proposto è la L’obiettivo del file matlab proposto è la visualizzazione dell’effetto di variazione del visualizzazione dell’effetto di variazione del numero di bit del quantizzatore:numero di bit del quantizzatore:

quantlena_gray.m

load lena;figure(1);imagesc(lena);

colormap(gray); nbit=16;s=lena; mx=max(max(s));s=s/mx;i = nbitwhile i >= 2 sc=2^(i-1)-1; figure(i); sq=s*sc srnd=round(sq); er=sq-srnd; imagesc(srnd); colormap('gray') i = i/2; end

il risultato viene rappresentato nelle figure che seguono il risultato viene rappresentato nelle figure che seguono e pososno essere utilizzate per spiegare gli effetti sulle immagini e pososno essere utilizzate per spiegare gli effetti sulle immagini

della quantizzazionedella quantizzazione

16 bit

4 bit

8 bit

2 bit

I colori che percepiamo in un oggetto sono I colori che percepiamo in un oggetto sono determinati dalla natura della luce riflessa dall‘ determinati dalla natura della luce riflessa dall‘ oggetto stesso. Così un corpo che riflette la luce in oggetto stesso. Così un corpo che riflette la luce in ugual misura a tutte le lunghezze d'onda dello ugual misura a tutte le lunghezze d'onda dello spettro visibile (dal violetto al rosso) appare spettro visibile (dal violetto al rosso) appare bianco all'osservatore. bianco all'osservatore.

Un oggetto che riflette un particolare intervallo di Un oggetto che riflette un particolare intervallo di lunghezze d'onda nel visibile appare di un lunghezze d'onda nel visibile appare di un particolare colore (ad esempio oggetti verdi particolare colore (ad esempio oggetti verdi riflettono la luce in un intervallo da 500 nm a 700 riflettono la luce in un intervallo da 500 nm a 700 nm e assorbono la maggior parte dell'energia nm e assorbono la maggior parte dell'energia distribuita nel restante spettro visibile).distribuita nel restante spettro visibile).

E' stato verificato che componenti E' stato verificato che componenti spettrali del spettrali del rossorosso (R), del (R), del verdeverde (V) e (V) e del del blublu (B), combinate in varie (B), combinate in varie proporzioni (intensità), danno luogo a proporzioni (intensità), danno luogo a una vastissima gamma di colori, una vastissima gamma di colori, superiore a quella ottenibile con ogni superiore a quella ottenibile con ogni altra combinazione di tre colori. Questi altra combinazione di tre colori. Questi colori (colori (rossorosso, , verdeverde e e blublu) sono anche ) sono anche

chiamati chiamati primariprimari

(Per precisare la definizione dei colori primari, la International (Per precisare la definizione dei colori primari, la International Commission on Illumination ha assegnato nel 1931 i valori di Commission on Illumination ha assegnato nel 1931 i valori di picco: B: 435,8 nm; V: 546,1 nm; R: 700 nm).picco: B: 435,8 nm; V: 546,1 nm; R: 700 nm).

I colori primari possono essere sommati per produrre i colori secondari: magenta (rosso più blu), ciano (verde più blu), giallo (rosso più verde).

Mescolando i tre colori primari o un secondario con il primario complementare, nelle corrette proporzioni di intensità, si ottiene la luce bianca.

In effetti due teorie si sono storicamente In effetti due teorie si sono storicamente contese il campo per spiegare il processo della contese il campo per spiegare il processo della percezione del colore: quella percezione del colore: quella tricromatica,tricromatica, detta detta anche di Young-Helmholtz, e quella dicromatica, anche di Young-Helmholtz, e quella dicromatica, detta anche di Hering.detta anche di Hering.Secondo la Secondo la teoria dicromaticateoria dicromatica di Hering si di Hering si avrebbero due tipi di sostanze che avrebbero due tipi di sostanze che interverrebbero nella percezione: una sensibile interverrebbero nella percezione: una sensibile al rosso, l'altra al blu. al rosso, l'altra al blu.

Secondo la Secondo la teoria tricromaticateoria tricromatica di Young- di Young-Helmholtz, si avrebbero nella retina tre tipi di Helmholtz, si avrebbero nella retina tre tipi di coni, sensibili rispettivamente al rosso, al coni, sensibili rispettivamente al rosso, al verde e al blu. Poiché i vari colori (compresi i verde e al blu. Poiché i vari colori (compresi i colori acromatici) possono essere ottenuti da colori acromatici) possono essere ottenuti da un'adeguata miscelazione dei tre colori, la un'adeguata miscelazione dei tre colori, la teoria postula che questi tre tipi di recettori teoria postula che questi tre tipi di recettori elementari siano stimolati in proporzioni elementari siano stimolati in proporzioni corrispondenti all'arrivo di una luce di una corrispondenti all'arrivo di una luce di una certa composizione spettrale in modo da certa composizione spettrale in modo da ricomporre a livello centrale le tre informazioni ricomporre a livello centrale le tre informazioni per dare il corretto colore della luce osservata.per dare il corretto colore della luce osservata.

Modello per la visione cromaticaIn seguito alle misure sperimentali che In seguito alle misure sperimentali che hanno permesso di determinare le hanno permesso di determinare le risposte spettrali dei tre tipi di coni risposte spettrali dei tre tipi di coni presenti nella retina e allo studio delle presenti nella retina e allo studio delle loro interazioni per la percezione del loro interazioni per la percezione del colore, e' stato proposto un modello colore, e' stato proposto un modello tricromatico più preciso e articolato. In tricromatico più preciso e articolato. In questo mo dello si hanno tre recettori questo mo dello si hanno tre recettori elementari con risposte spettrali elementari con risposte spettrali s1(s1() ) (sul verde), (sul verde), s2(s2() ) (sul giallo-verde) e (sul giallo-verde) e s3 s3 (() (sul blu), che forniscono i segnali di ) (sul blu), che forniscono i segnali di uscita:uscita:

1 1

2 2

3 3

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

e L s d

e L s d

e L s d

dove dove L L (l)

rappresenta la distribuzione

(l) rappresenta la distrib

uzione

spettrale di energia

spettrale di energia

della luce incidente sull'occhio.

della luce incidente sull'occhio.

I tre segnali

I tre segnali e1, e2

e1, e2 ed ed e3 e3 entrano quindi

entrano quindi

in sistemi non lineari.

in sistemi non lineari.

quantlena_rgb.mfigure(1);s = imread('lenacol','bmp');figure(1);imagesc(s);s1=double(s);sb= s1; sb(:,:,1)=0; sb(:,:,2)=0; figure(1); sb=uint8(sb); imagesc(sb); sr=s1; sr(:,:,2)=0; sr(:,:,3)=0; figure(2); sr=uint8(sr); imagesc(sr); sg= s1; sg(:,:,1)=0; sg(:,:,3)=0; figure(3); sg=uint8(sg);imagesc(sg);

quantlena_cmy.mfigure(1);s = imread('lenacol','bmp');figure(1);imagesc(s);s1=double(s); sb= s1; sb(:,:,1)=255; sb(:,:,2)=255; figure(1); sb=uint8(sb); imagesc(sb); sr=s1; sr(:,:,2)=255; sr(:,:,3)=255; figure(2); sr=uint8(sr); imagesc(sr); sg= s1; sg(:,:,1)=255; sg(:,:,3)=255; figure(3); sg=uint8(sg); imagesc(sg);