Download - Filtry

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2004/2005

Filtry

Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne

2005/2006

Plan wykładu

Przegląd dostępnych filtrów Zastosowanie filtrów na różnych etapach pracy systemu Dalsze badania


2005/2006

Podział filtrów

Operacje na pojedynczym pikselu Operacje na grupie pikseli

Operacje na histogramie obrazu Obrót / skalowanie obrazu Techniki złożone


2005/2006

Filtry punktowe

Funkcja liniowa Funkcja potęgowa Funkcja logarytmiczna

Zastosowanie Polepszenie kontrastu Polepszenie ostrości obrazu

)],([),( yxIfyxI inout


2005/2006

Funkcja liniowa

Skalowanie Umożliwia skalowanie zakresu

dynamicznego w wybranych przedziałach

222255

2255)2(

)2,1(112

12)1(

11

1

),(

rIdlasr

srI

rrIdlasrr

ssrI

rIdlar

sI

yxI

inin

inin

inin

out


2005/2006

Funkcja potęgowa

Korekcja Gamma Obraz po przekształceniu nie traci

naturalnego wyglądu

45,0),(),( gdzieyxIyxI inout

0

50

100

150

200

250

1 51 101 151 201 251


2005/2006

Funkcja logarytmiczna

Kompresja poziomów szarości Naturalny wygląd obrazu Zmniejszenie informacji w obrazie

1)(max255

1

)ln(*

)1),(ln(),(

,

Ic

b

cb

yxIayxI

yx

inout

0

50

100

150

200

250

1 51 101 151 201 251


2005/2006

Filtry punktowe - przykłady

Obraz

Logarytm

Skalowanie

Gamma


2005/2006

Filtry punktowe

Zalety:Umożliwiają polepszenie kontrastu obrazu

Zwiększają ostrość

Wady:Przejaskrawienie obrazuTrudny dobór optymalnych parametrów


2005/2006

Filtry przestrzenne

Filtry dolnoprzepustowe Uśredniający Gauss Mediana

Filtry górnoprzepustowe Roberts Prewitt Sobel

Laplacian


2005/2006

Filtry dolnoprzepustowe

Usuwanie drobnych szumów Wygładzanie obrazu Rozmazywanie konturów


2005/2006

Filtr uśredniający

Filtr liniowy Łagodne wygładzenie obrazu

111

111

111

9

1

group

inout II9

1


2005/2006

Filtr Gaussa

Filtr wykorzystujący funkcje potęgową Mocniejsze wygładzenie przy krótszym czasie działania

2

22

222

1),(

yx

eyxG

121

242

121

16

1


2005/2006

Filtr Medianowy

Filtr nieliniowy Dobrze usuwa szumy z obrazów jednocześnie nie eliminując ważnych informacji


2005/2006

Filtry dolnoprzepustowe

Obraz

Gauss

Uśredniający

Mediana


2005/2006

Filtry górnoprzepustowe

Poprawa ostrości obrazu Wykrywanie konturów W przypadku zaszumionych obrazów niedoskonałości zostaną wyolbrzymione.


2005/2006

Filtr Roberts’a

Metoda gradientowa

000

010

100

xR

000

010

001

yR

||||||

|| 22

yx

yx

RRR

RRR

y

I

x

II

,


2005/2006

Filtr Prewitt’a

Metoda gradientowa

111

000

111

xP

101

101

101

yP

||||||

|| 22

yx

yx

PPP

PPP

y

I

x

II

,


2005/2006

Filtr Sobel’a

Metoda gradientowa

121

000

121

xS

101

202

101

yS

22||

||||||

yx

yx

ssS

SSS

y

I

x

II

,


2005/2006

Filtr Laplacian

Metoda wykorzystująca właściwości drugiej pochodnej

111

181

111

2

2

2

2

,),(y

I

x

IyxL


2005/2006

Filtry górnoprzepustowe

Obraz

Prewitt

Roberts

Sobel


2005/2006

Operacje na histogramie

Rozciąganie Dopasowanie Wyrównanie


2005/2006

Rozciąganie histogramu

Zwiększenie zakresu dynamicznego obrazu, które poprawia kontrast oraz ostrość

Nie działa dla obrazów o charakterystycznym histogramie

minmax

min),(*)12(),(

yxI

yxI inBout


2005/2006

Wyrównanie histogramu

Dąży do równomiernego rozproszenia poziomów szarości w obrazie wyjściowym Polepszenie kontrastu


2005/2006

Wyrównanie histogramu

pikseliliczbaKgdzieKIhIp /)()(

szarośzapoziomyngdzieipiDn

i

0

)()(

.

)12(1

)(

0

0

0

orginalobrazuwartośaniezerowapierwszaD

D

DIDI

in

B

in

ininout

Algorytm:


2005/2006

Dopasowanie histogramu

Dąży do takiego przemieszczenia poziomów szarości, aby histogram obrazu wejściowego był jak najbardziej zbliżony do zadanego histogramu. Ujednolicenie jasności obrazów


2005/2006


Algorytm: Stworzenie histogramu obrazu

wejściowego hIn i wyjściowego hOut

Normalizacja histogramów

Obliczenie funkcji przyrostu

pikseliliczbaKgdzieKIhIp /)()(

szarośzapoziomyngdzieipiDn

i

0

)()(


2005/2006


Algorytm:


2005/2006

Histogram - przykładyObraz

Wyrównanie

Rozciąganie

Dopasowanie


2005/2006

Histogram

Minimalizacja różnic między obrazami z różnych źródeł Poprawa ostrości i kontrastu


2005/2006

Obrót / skalowanie obrazu


2005/2006

Filtry złożone - techniki

Kuwahara Canny Unsharp Masking LogAbout GammaAbout


2005/2006

Filtr Kuwahra

Filtr nieliniowy Dobre wygładzanie obrazu Brak zacierania krawędzi Algorytm: Dla każdego regionu: Wynik:

region

insr In

I1

region

srin II 2)(

)()min( rIIr sroutregiony


2005/2006

Filtr Canny

Optymalizacja wykrywania krawędzi Algorytm: Filtr Gaussa Filtr Sobel Znalezienie kierunku krawędzi jako Określenie kierunku Śledzenie pikseli w kierunku krawędzi i

usuwanie zbędnych pikseli Progowanie

)/(tan 1xy SS


2005/2006

Unsharp Masking

Wyostrzanie obrazu Eliminacja drobnych szumów Algorytm: I(x,y) = Gauss(Iin(x,y)) Ihp(x,y) = Iin(x,y) – I(x,y) Ihp(x,y) = 0 dla Ihp(x,y) < próg Iout(x,y) = Iin(x,y) + a*Ihp(x,y)


2005/2006

Metoda LogAbout

Polepszenie wykrywania krawędzi

Filtr górno-przepustowy

Filtrlogarytmiczny


2005/2006

Metoda HistAbout

Polepszanie wykrywania krawędzi

Rozciąganie histogramu

Gauss

LogAbout


2005/2006

Metoda GammaAbout

Polepszenie wykrywania krawędzi

Gamma

Gauss

LogAbout


2005/2006

Gdzie stosować filtry?

Obraz wejściowy Detekcja Normalizacja


2005/2006

Obraz wejściowy

Problemy: Zakłócenia obrazu

Rozwiązanie: Filtr Gaussa Filtr Medianowy


2005/2006

Obraz wejściowy/Detekcja

Problem: Ciemny obraz

Rozwiązanie: Rozciąganie histogramu Korekcja Gamma GammaAbout


2005/2006

Detekcja

Problem: Wykrywanie krawędzi

Rozwiązanie: Filtr Roberts Filtr Prewitt Filtr Sobel Metoda Canny’ego


2005/2006

Normalizacja kształtu

Problem: Brak unifikacji rozmiarów Rozwiązanie: Skalowanie

Problem Obrócona twarz Rozwiązanie: Obrót


2005/2006

Normalizacja oświetlenia

Problem: Nierównomierne oświetlenie twarzy

Rozwiązanie: Operacje na histogramie


2005/2006

Zastosowanie filtrów

Poprawa jakości pobranego obrazu Polepszenie wydajności metod detekcji obiektów Normalizacja obrazu Normalizacja oświetlenia


2005/2006

Co dalej ??

Normalizacja oświetlenia nadal pozostaje polem do dalszych badań Rozjaśnianie obrazów ciemnych


2005/2006

Dziękuję