BLM429 Görüntü İşlemeye Giriş Hafta 2 Görüntünün Alınması ve Sayısallaştırılması Yrd. Doç. Dr. Caner ÖZCAN When something can be read without effort, great effort has gone into its writing. ~E. J. Poncela
İçerik 2. Sayısal Görüntü Temelleri Görsel Algının Unsurları Işık ve Elektromanyetik Spektrum Görüntü Algılama ve Edinme Görüntü Örnekleme ve Nicemleme Pikseller Arasındaki Bazı Temel İlişkiler Sayısal Görüntü İşlemede Kullanılan Matematiksel İşlemlere Giriş 2
Görme Ne Anlama Geliyor? Düz adamın görme nedir için cevabı (ve Aristoteles'in de), bakarak neyin nerede olduğunu bilmek olmalı. Diğer bir deyişle, görme dünyada mevcut olanı ve nerede olduğunu görüntülerden keşfetme sürecidir. David Marr, Vision, 1982 Beynimiz görüntüleri bir girdi olarak kullanabilir ve bunu nesneler ve sahne yapıları bakımından yorumlayabilir. 3
Salvador Dali nin Study for the Dream Sequence in Spellbound (1945) eseri görsel algımız hakkında ne söyler? İki boyutlu bir görüntü görürüz Fakat, derinlik bilgisini algılarız retinaya yansıyan ışık yakınsayan çizgiler gözün gölgesi 4
Görsel Algının Unsurları 5
Görsel Algının Unsurları 6
Görsel Algının Unsurları 7
Görsel Algının Unsurları 8
Görsel Algının Unsurları 9
Görsel Algının Unsurları 10
Görsel Algının Unsurları Beau Lotto nun TED konuşmasını izleyelim: Optik illüzyonlar nasıl gördüğümüzü gösterir Video Link: https://www.ted.com/talks/beau_lotto_optical_illusions_show_how_we_see?language=tr#t-395398 11
Işık ve Elektromanyetik Spektrum Beyaz ışık: tüm görünür spektrum dalga boylarındaki yaklaşık eşit enerjiden oluşur. Renk Newton, 1665 Video Link: https://www.youtube.com/watch?v=gadxfvmdi0q 12 Slide credit: B. Freeman, A. Torralba, K. Grauman
Işık ve Elektromanyetik Spektrum c Video Link: https://www.youtube.com/watch?v=iyz6w6aj_ja E = hv, h: Planck s katsayısı https://www.youtube.com/watch?v=hut1bpyuqq8 13
Işık ve Elektromanyetik Spektrum Video Link: https://www.youtube.com/watch?v=m4t7gtmbk3g 14 Slide credit: A. Efros
Işık ve Elektromanyetik Spektrum Bir EM dalganın dalga boyunun, bir nesneyi "görmek" için en az nesnenin boyutu kadar ya da daha az büyüklükte olması gerekmektedir. Video Link: https://www.youtube.com/watch?v=cfxzwh3kade 15
Işık ve Elektromanyetik Spektrum 16
Işık ve Elektromanyetik Spektrum 17
Işık ve Elektromanyetik Spektrum İnsanların bir nesnede algıladığı renkler nesneden yansıyan ışığın doğasıyla belirlenir. Örneğin, yeşil objeler aslında 500-570 nm aralığında ışığı yansıtırken diğer dalga boylarındaki enerjinin çoğunu soğururlar. 18
Işık ve Elektromanyetik Spektrum Monokromatik Işık: renkten yoksun ışık Yeğinlik tek özelliğidir (siyahtan beyaza) Monokromatik görüntüler gri-seviyesi görüntülerdir Kromatik (renkli) ışık bandları: 0.43 den 0.79 μm Kromatik ışık kaynağının kalitesi: Işıma (Radyans): Işık kaynağından çıkan toplam enerji miktarı Işıklılık (lm): Bir gözlemcinin bir ışık kaynağından algıladığı enerji miktarının bir ölçüsüdür Parlaklık: Pratik olarak ölçülmesi mümkün olmayan ışık algısının subjektif bir tanımlayıcısıdır. Akromatik yeğinlik kavramını somutlaştırır ve renk duyarlılığını tanımlamadaki temel faktörlerden biridir. 19
Görüntü Algılama ve Elde Etme Aydınlatma enerjisini sayısal görüntülere dönüştürme 20
Görüntü Algılama ve Elde Etme 21
Algılayıcı Şeritler Kullanarak Görüntü Elde Etme 22
Görüntü Elde Etme İşlemi 23
Bir Görüntü Oluşturma Modeli f(x,y) = i(x,y) r(x,y) f(x,y): (x,y) noktasındaki yeğinlik i(x,y): (x,y) noktasındaki aydınlatma r(x,y): (x,y) noktasındaki yansıma burada 0 < i(x,y) < ve 0 < r(x,y) < 1 24
Aydınlatmanın Tipik Bazı Değerleri Aydınlatma Lümen Işık akışı veya ışık akışı birimi Metrekare başına lümen (lm/m 2 ) Bir yüzeyin aydınlık ölçü metrik birimi Açık bir günde, güneş dünyanın yüzeyi üzerinde 90,000 lm/m 2 yi geçen aydınlatma üretebilir. Bu değer bulutlu bir günde 10,000 lm/m 2 den daha az bir değere düşer. Açık bir akşamda, dolunay yaklaşık 0.1 lm/m 2 aydınlatma verir. Ticari bir ofiste tipik aydınlatma seviyesi yaklaşık 1000 lm/m 2 dir. 25
Yansımanın Tipik Bazı Değerleri Yansıma 0.01 siyah kadife 0.65 paslanmaz çelik 0.80 düz beyaz duvar boyası 0.90 gümüş plakalı metal 0.93 kar 26
Görüntü Örnekleme ve Nicemleme Koordinat değerlerini sayısallaştır ma Genlik değerlerini sayısallaştırma 27
Görüntü Örnekleme ve Nicemleme 28
Sayısal Görüntülerin Gösterimi 29
Sayısal Görüntülerin Gösterimi M N lik nümerik bir dizinin gösterimi: f ( x, y) f (0,0) f (0,1)... f (0, N 1) f (1,0) f (1,1)... f (1, N 1)............ f ( M 1,0) f ( M 1,1)... f ( M 1, N 1) 30
Sayısal Görüntülerin Gösterimi M N lik nümerik bir dizinin gösterimi: A a a... a a a... a............ a a... a 0,0 0,1 0, N 1 1,0 1,1 1, N 1 M 1,0 M 1,1 M 1, N 1 31
Sayısal Görüntülerin Gösterimi Ayrık yeğinlik aralığı [0, L-1], L=2 k Sayısallaştırılmış bir görüntüyü saklamak için gerekli bit sayısı (b): b = M N k 32
Sayısal Görüntülerin Gösterimi 33
Sayısal Görüntülerin Gösterimi 34
Sayısal Görüntülerin Gösterimi Figure: M. J. Black 35
Sayısal Görüntülerin Gösterimi Figure: M. J. Black 36
Uzamsal ve Yeğinlik Çözünürlüğü Uzamsal Çözünürlük Bir görüntüdeki ayırt edilebilir en küçük detayın bir ölçüsüdür birim uzaklık başına düşen satır çiftleri ve birim uzaklık başına noktalar (pikseller) en yaygın ölçüler arasındadır Yeğinlik Çözünürlüğü Yeğinlik seviyesindeki ayırt edilebilir en küçük değişikliktir 8 bit, 12 bit, 16 bit vb. şekilde ifade edilir 37
Uzamsal ve Yeğinlik Çözünürlüğü 38
Uzamsal ve Yeğinlik Çözünürlüğü 39
Uzamsal ve Yeğinlik Çözünürlüğü 40
Uzamsal ve Yeğinlik Çözünürlüğü 41
Görüntü Aradeğerleme Aradeğerleme Bilinmeyen yerlerdeki değerleri tahmin etmek için bilinen verileri kullanma işlemidir. Örneğin, büyültme, küçültme, döndürme ve geometrik düzeltme Aradeğerleme (yeniden örnekleme) Sayısal bir görüntüdeki piksel sayısını azaltan (ya da arttıran) bir görüntüleme yöntemidir. Bazı sayısal kameralar sensörün elde ettiğinden ya da sayısal yakınlaşmanın oluşturduğundan daha büyük görüntüler üretmek için aradeğerleme kullanır. 42
Görüntü Aradeğerleme 43
Görüntü Aradeğerleme: En Yakın Komşu Aradeğerleme f 1 (x 2,y 2 ) = f(round(x 2 ), round(y 2 )) =f(x 1,y 1 ) f(x 1,y 1 ) f 1 (x 3,y 3 ) = f(round(x 3 ), round(y 3 )) =f(x 1,y 1 ) 44
Görüntü Aradeğerleme: Çift Doğrusal Aradeğerleme (x,y) v x, y = ax + by + cxy + d 45
Görüntü Aradeğerleme: Çift Küpsel Aradeğerleme (x,y) noktasına atanan yeğinlik değeri aşağıdaki eşitlik ile elde edilir: 3 3 3 f ( x, y) a x y i 0 j 0 ij i j Buradaki on altı katsayı (x,y) nin en yakın on altı komşusu kullanılarak elde edilir. 46
Örnekler: Aradeğerleme Orijinal görüntü 47
Örnekler: Aradeğerleme En Yakın Komşu Aradeğerleme 48
Örnekler: Aradeğerleme Çift Doğrusal Aradeğerleme 49
Örnekler: Aradeğerleme Çift Küpsel Aradeğerleme 50
Örnekler: Aradeğerleme Orijinal görüntü 51
Örnekler: Aradeğerleme En Yakın Komşu Aradeğerleme 52
Örnekler: Aradeğerleme Çift Doğrusal Aradeğerleme 53
Örnekler: Aradeğerleme Çift Küpsel Aradeğerleme 54
Kaynaklar Sayısal Görüntü İşleme, Palme Yayıncılık, Üçüncü Baskıdan Çeviri (Orj: R.C. Gonzalez and R.E. Woods: "Digital Image Processing", Prentice Hall, 3rd edition, 2008). Lecture Notes, CS589-04 Digital Image Processing, F.(Qingzhong) Liu, http://www.cs.nmt.edu/~ip Ders Notları, BIL717-Image Processing, E.Erdem Ders Notları, EBM537-Görüntü İşleme, F.Karabiber 55