Trattamento Immagini L1-1 28. Obiettivi Metodi di base del trattamento delle immagini – Immagini:...
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Trattamento Immagini
L1-128
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Obiettivi
➢ Metodi di base del trattamento delle immagini– Immagini: matrici di punti rappresentati da valori di
luminosità– Immagine a colori: matrici di punti rappresentati da
un colore o da un indice ad una tavolozza (palette) di colori
– Tipicamente colori sono rappresentati da tre numeri secondo il modello RGB
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~Obiettivi
➢ Non è un corso di fotografia digitale– Aspetti percettivi della riproduzione dei colori– Ragioni espressive della manipolazione dei colori o
dei livelli di grigio– Non tratteremo nel dettaglio gli aspetti legati alla
colorimetria
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➢ 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
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Strumenti
➢ GNU/Octave (http://www.octave.org)– Compatibile con sintassi Matlab– Disponibile da FSF– Vasto numero di package applicativi– Funziona con Windows & Linux– Possibile anche Mac
➢ Suggerita versione 3.6.4– octave-image >= 2.0.0
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Strumenti
➢ ImageJ➢ http://rsb.info.nih.gov/ij/– 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
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Strumenti
➢ Photoshop– De facto standard di manipolazione immagini– Plugin per renderlo scriptable
● Supporta vari linguaggi– AppleScript– VBScript– JavaScript
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Strumenti
➢ The GIMP (http://www.gimp.org/)– GNU GPLv2– Applicazione tipo Photoshop– E' possibile scrivere plug-in per costruire metodi di
manipolazione delle immagini con la console ScriptFu
– Manuale anche in italiano
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➢ 1957: prima immagine passata ad uno scanner (Russell Kirsch)
Origini della Tecnologia
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Campi di Applicazione
➢ Osservazioni spaziali
– Impossibilità di recuperare le pellicole
– Ambienti ostili all'uomo
– Teletrasmissione
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Campi di applicazione
– Voyager 1 & 2● Lanciati nel 1977● Hanno inviato foto
ravvicinate dei pianeti● Sono stati riprogrammati
da terra dopo 12 anni dalla partenza con software più evoluto per la gestione delle immagini
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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
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Campi di Applicazione
➢ Imaging per la Medicina– Digitalizzazione di immagini diagnostiche– Analisi il più possibile oggettiva nella diagnostica
medica– Costruzione di database di immagini mediche sia
per la ricerca che per la diagnostica medica che per l'ottimizzazione dell'organizzazione sanitaria
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Campi di Applicazione
➢ Medicina– MRI (Risonanza
Magnetica)– PET (Tomografia ad
Emissione di Positroni)– TAC: Tomografia a
raggi-X– Ecografia
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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
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Campi di Applicazione
➢ Microscopia– Analisi automatica– Enhancement– Feature extraction– Integrazione con altre
metodiche
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Sviluppi del Image Processing
➢ Analisi morfologica➢ Riconoscimento automatico➢ Visione artificiale
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Formazione di un immagine:Camera Oscura
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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
➢ Dato geometrico fondamentale:– Linee rette sono proiettate come linee rette– Circonferenze sono proiettate in generale come
ellissi
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Camera con Lente
➢ La lente permette l'ingresso di più luce➢ Introduce complessità nell'interazione con
la luce e le sue componenti cromatiche
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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
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Digitalizzazione
➢ Discretizzazione spaziale➢ Campionamento temporale➢ Quantizzazione del valore di intensità luminosa
per ogni elemento dell'immagine
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Digitalizzazione Spaziale
➢ Elementi fotosensibili (photosites) di una 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
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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
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CCD camera➢ 2.1 Mpixel CCD
camera➢ Digitalizzazione
temporale– La maggioranza usa
l'interline-architecture– L'alternativa è la
frame-transfer architecture (prevalente in astronomia)
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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 blue (RGB)
➢ I colori vengono ottenuti sovrapponendo I colori base con intensità variabile
➢ Richiedono che ogni photosite abbia 3 recettori specializzati
➢ Dimensione grezzi sono 3 volte quelli di un immagine B/W
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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
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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