Ψηφιακή Επεξεργασία ΕικόνωνΨηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Γιώργος ΤζιρίταςΤμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

tziritas@csd.uoc.gr

Σεπτέμβριος 2020

2

Ψηφιακή Επεξεργασία ΕικόνωνΨηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

● Βασικές έννοιες και μεθοδολογίες ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων● Θεμελιώδη θέματα για την περιοχή ειδίκευσης “Υπολογιστική Όραση

και Ρομποτική”● Ειδικό υπόβαθρο στην επεξεργασία εικόνων για ανάγκες που

εκτείνονται από τις τηλεπικοινωνίες έως την επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή

Εικόνα : αναπαράσταση των πραγμάτωνΕπεξεργασία : βελτίωση, μετάδοση, ανάλυση, αντίληψη

3

Ιστορικές λήψειςΙστορικές λήψεις

NASA πρώτες εικόνες σελήνης (Ranger 7, 31 Ιουλίου 1964)

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/imgcat/html/mission_page/EM_Ranger_7_page1.html

4

Εφαρμογές : ΙατρικήΕφαρμογές : Ιατρική

● Ραδιολογία● Τομογραφία● Υπέρηχοι

5

Εφαρμογές : ΒιομηχανίαΕφαρμογές : Βιομηχανία

● Ρομποτική● Έλεγχος παραγωγής

6

Εφαρμογές : Γήινο περιβάλλονΕφαρμογές : Γήινο περιβάλλον

Δορυφορικήτηλεπισκόπηση

Φθινόπωρο 2017

6

Ορ

ατό

φά

σμ

α

Υπ

έρυ θ

ρη

ακ τινο

βο λία

R

G

B

Ζώνες υπερύθρων (LANDSAT)

Μετεωρολογία

7

Εφαρμογές : Αστικό περιβάλλονΕφαρμογές : Αστικό περιβάλλον

Τηλεπισκόπηση με αεροφωτογραφίες

8

Ανίχνευση προσώπωνΑνίχνευση προσώπων

9

Ψηφιακές ΕικόνεςΨηφιακές Εικόνες

Πίνακα(ε)ς αριθμητικών τιμώνΑνάλυση / πυκνότητα (μέγεθος πίνακα)Προσέγγιση τιμών (πλήθος τιμών)Συνιστώσες (χρώμα, φάσμα)Διαστάσεις (τομογραφία)Ακολουθίες (βίντεο)

10

Σχηματισμός εικόνωνΣχηματισμός εικόνων

Ακτινοβολία

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Ακτίνες Γάμμα

Ακτίνες Χ

Υπεριώδεις ακτίνες

Ορατή ακτινοβολία

Υπέρυθρες ακτίνες

Μικροκύματα

Ραδιοκύματα

Ακουστικά κύματα, υπέρηχοι

Συνθετικές εικόνες (γραφική)

Gonzalez & Woods, Digital Image Processing

11

Φύση των εικόνωνΦύση των εικόνων

● Εικόνες ανάκλασης

ορατού φάσματος, ραντάρ, κ.α.

χρώμα, υφή, σχήμα

● Εικόνες εκπομπής

αστρονομία, μαγνητικός συντονισμός, κ.α.

δομή των αντικειμένων

● Εικόνες απορρόφησης ακτινοβολίας

ακτίνες Χ, κ.α.

εσωτερική δομή των αντικειμένων

Οστά

Εικό

νε ς μα

γν ητικού σ

υντον ισμ

ού

12

Ακτίνες Γάμμα: Πυρηνική Ιατρική, ΑστρονομίαΑκτίνες Γάμμα: Πυρηνική Ιατρική, Αστρονομία

ΤομογραφίαΕκπομπής

Ποζιτρονίων

Εκπομπήραδιενεργών

ισοτόπων

Σπινθηρο-γράφημα οστών

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία περίπου ή κάτω από 1 pm

Gonzalez & Woods, Digital Image Processing

13

Ακτίνες XΑκτίνες X

Gonzalez & Woods, Digital Image ProcessingΦθινόπωρο 2017

13

Θώρακας Αορτή Εγκεφαλικήτομογραφία

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταξύ 0,01 και 10 nm

14

Ακτίνες XΑκτίνες X

Φθινόπωρο 2017

Θώρακας : εξέλιξη πνευμονίας COVID-19

1η ημέραχωρίς ευρήματα

4η ημέραεμφάνιση

συμπτωμάτων

7η ημέρασύνδρομο οξείαςαναπνευστικήςανεπάρκειας

5η ημέραεπιδείνωση

https://radiopaedia.org/cases/covid-19-pneumonia-evolution-over-a-week-1

15

Ορατό και υπέρυθρο φάσμα : ΤηλεπισκόπησηΟρατό και υπέρυθρο φάσμα : Τηλεπισκόπηση

Ορ

ατό

φά

σμ

α

RGB

Ζώνες υπερύθρων

16

Εικόνες υπερήχωνΕικόνες υπερήχων

Φθινόπωρο 2017 16

Καρδιά

Θυρεοειδής

Στρώματα μυών

Έμβρυα

17

Εικόνες και υπολογιστέςΕικόνες και υπολογιστές

Εικόνα Περιγραφή

Εικόνα ΕπεξεργασίαΓραφικήΣύνθεση

Περιγραφή Ανάλυση Ερμηνεία

ΕίσοδοςΈ

ξοδ

ος

18

Περιεχόμενο (1/2)Περιεχόμενο (1/2)

● Εισαγωγή● Στοιχεία οπτικής αντίληψης● Αισθητήρες εικόνων● Ευκρίνεια και επίπεδα τιμών εικόνων● Τύποι και μορφές αρχείων εικόνων● Μετασχηματισμοί έντασης● Επεξεργασία ιστογράμματος εικόνων● Χωρική επεξεργασία εικόνων● Χωρικά φίλτρα λείανσης εικόνων● Χωρικά φίλτρα τονισμού αντιθέσεων● Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

19

Μετασχηματισμός έντασηςΜετασχηματισμός έντασης

20

Χωρικό φίλτρο λείανσης - 1Χωρικό φίλτρο λείανσης - 1

21

Χωρικό φίλτρο λείανσης - 2Χωρικό φίλτρο λείανσης - 2

22

Περιεχόμενο (2/2)Περιεχόμενο (2/2)

● Μετασχηματισμός Fourier 2-Δ συνεχών σημάτων● Μετασχηματισμός Fourier 2-Δ διακριτών σημάτων● Διακριτός μετασχηματισμός Fourier● Φιλτράρισμα εικόνων στο πεδίο των συχνοτήτων● Γρήγορος μετασχηματισμός Fourier● Διακριτός μετασχηματισμός συνημιτόνου● Κυματιδιακός μετασχηματισμός εικόνων● Μείωση θορύβου● Αποκατάσταση εικόνων● Επεξεργασία έγχρωμων εικόνων● Βασικά θέματα συμπίεσης εικόνων● JPEG● JPEG 2000

23

Μείωση θορύβουΜείωση θορύβου

24

Αποκατάσταση εικόνωνΑποκατάσταση εικόνων

25

ΒιβλιογραφίαΒιβλιογραφία

ΣημειώσειςΒιβλία (ελληνικά)

Gonzalez and Woods, Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας Παπαμάρκος, Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Πήτας, Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας

Βιβλία (αγγλικά) Gonzalez, Woods and Eddins, Digital image processing using MATLAB

Pratt, Introduction to Digital Image Processing Jain, Fundamentals of Digital Image Processing Bovik, The essential guide to Image Processing Petrou, Image Processing: the fundamentals

26

Διεξαγωγή μαθήματοςΔιεξαγωγή μαθήματος

Διαδικτυακός τόπος μαθήματος: http://www.csd.uoc.gr/~hy371/

Σύστημα Διαχείρισης Μάθησης

Λίστα : hy371-list

Προαπαιτούμενο : Γραμμική Άλγεβρα•Συνιστώμενα : Απειροστικός λογισμός

•Εφαρμοσμένα Μαθηματικά για Μηχανικούς

Υπολογιστικές ασκήσεις MATLAB(10 ασκήσεις, 70% βαθμού)

Εργασία(30% βαθμού)