PDF de programación - Procesamiento de Imágenes

Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Dpto. de Informática
Fac. Cs. Físico-Mat. y Nat.
Universidad Nacional De San Luis
Argentina

Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

- Images as functions

- image processing
- raster operations
- evaluated pixmaps
- mapping
- combined

- Filtering

- waveform synthesis
- frequency spectrum of a signal

- 2D Fourier Transform

- Convolution

- filtering by convolution
- low pass filtering
- high pass filtering
- band pass filtering

- Filtered Pixmaps

- edge detection



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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Procesamiento de imágenes

 Una imagen digitalizada

es una función de
intensidades de
coordenadas espaciales
(dominio espacial)



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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Procesamiento digital



El rendering, es el proceso por medio del cual se obtiene una representación estática 2D de
un mundo abstracto 3D.

Muestreo

Modelo de
Imagen

Imagen
Imagen
Abstracta
Abstracta
3D

Frame
Buffer
2D

Procesa-
miento

 Una imagen abstracta se encuentra definida y existe dentro del procesador como una









imagen continua.
La imagen resultante, en el Frame Buffer es una imagen discreta.
El muestreo es el proceso por el cual se convierte una imagen continua en discreta.
Los errores de muestreo y pérdida de información pueden corregirse por medio del
Procesamiento de la Señal Digitalizada.



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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Procesamiento de señales

 Una operación de procesamiento de señal normalmente define una nueva señal g en términos

de una señal existente f.

g (x , y)=T [ f ( x , y)] , ∀ x , y

①

Procesar la señal como un mapa de píxeles (señal discreta).
Las operaciones más simples son aquellas que transforman cada píxel por separado
(operaciones píxel a píxel)
Ejemplo: RGB escala de grises
- Una imagen típica en escala de grises con pixels de 1 byte

Grey=[ 0,30∗R0,59∗G0,11∗B]

- Una imagen típica de televisión YIQ obtenida mediante mapping

[Y
Q]=[0 . 30

I

0 . 59

0 . 11
0 . 60 −0 . 28 −0 . 32
0 .21 −0 . 52

0 . 31 ][ R
B]

G

- Algunas operaciones preservan las intensidades, pero mueven los pixels alrededor de la
imagen. Se denomina Manipulación de Imágenes.



Otras operaciones procesan la señal como una función de intensidades.

➁

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Operaciones sobre pixels (Raster)





Son aquellas que transforman cada pixel en forma aislada.
Se pueden escribir como una función aplicada sobre un mapa de pixels o una combinación
de mapas de pixels:

g (x , y)=T [ f (x , y)]

g ( x , y)= f (x , y ) h( x , y)

Pueden ser clasificadeas











Pixmaps Evaluados (operaciones funcionales)
 erase, draw, scale, rotate, adjust, reverse

Pixmaps Mapeados


coloring, texturing, pattern

Pixmaps Combinados (Operaciones Lógicas y Aritméticas)
 bitblt: clr, mov, set, xor, and, or
 blend: cross-dissolve, painting and compositing
Pixmaps Filtrados



smooth, blur, edge detection

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Pixmaps Evaluados (1/5)

 Opera sobre la intensidad, color o ubicación del pixel.
 Usualmente el nuevo pixel en el nuevo pixmap es el valor de intensidad del pixel original

evaluado por la función.

Source image

x

y

T[f (x,y)]

x

y



Destination image

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Evaluados (2/5)

 Scaling(A,s) : escalar A por un factor s, crea un pixmap que tiene s veces pixels en x e y.

Si s es mayor que 1, el pixmap es agrandado, sino es reducido.
Si s = 1/n donde n es un entero, el nuevo pixmap retiene información solamente cada n filas y
columnas del original. “Muestrear” de esta manera usualmente pierde información.

 Rotation(A, r) : el proceso de rotar un pixmap en 900, 1800, 2700 es simple: un nuevo pixmap

es creado y los pixels copiados de un mapa al otro.



Si se desea, cosas mas complicadas se pueden obtener con escalados y rotaciones arbitrarios.

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Evaluados (3/5)



La Escala Tonal de una imagen puede ser representada por la función:

z’ = T(z)

donde z, es el valor del pixel de la imagen original y z’
es el nuevo valor del nuevo pixmap.

255

z’
(output)

T(z)

0

0

z
(input)

255

Las estrategias de transformaciones más simples modifican el rango de niveles de grises
de la escala tonal.

 Inversion(S) : cambia la pendiente de la escala tonal.
El nuevo pixel tiene el tono inverso en la escala tonal.



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255

z’
(output)

T(z)

0

0

z
(input)

255

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Evaluados (4/5)

 Umbralize(A,u): divide el rango total de niveles de grises en dos rangos. Blanco/original,

negro/original, negro/blanco. Usualmente, los valores para u son: 1,2,3.

255

z’
(output)

T(z)

255

z’
(output)

T(z)

0

0

z
(input)

255

Rangos negro/original

0

0

z
(input)

255

Rangos negro/blanco

 Posterize(A, r): divide el rango total de niveles de

grises en un pequeño rango de niveles.



255

z’
(output)

T(z)

0

0

z
(input)

255

Escala tonal dividida en 4 rangos

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Evaluados (5/5)

Imagen Original (escala de grises)

Imagen Invertida



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11

Imagen umbralada negro/blanco

Imagen posterizada en 12 rangos

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Procesamiento de Imágenes

Evaluados (5/5)

Imagen Original (RGB)

Imagen Invertida



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Imagen en escala de grises
Y = 0.3xR + 0.59xG + 0.11xB

Imagen posterizada en 12 rangos

Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Mapping

 Consiste en aplicar un “mapeo” a los valores de los pixels en lugar de aplicar una simple

función. Ejemplo:

Q]=[0 .30
[Y

I

0 .59

0 .11
0 .60 −0 .28 −0 .32
0 .21 −0 . 52

0 .31 ][ R
B]

G

Pixmap Original RGB

Pixmap del canal Y



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Pixmap del canal I

Pixmap del canal Q

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Procesamiento de Imágenes

Mapping

 Codificación YIQ de NTSC:

4 MHz Y (el ojo es más sensible a la luminancia)
1.5 MHz I (naranja y ciano)
0.6 MHz Q (verde y magenta)



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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Mapping - Disolver

Seleccionar en forma random 2 pixels (I1 and I2).




If valor de intensidad I1 < I2,

then intercambielos;

else, no haga nada.



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Imagen original (RGB)

Imagen Derretida

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Mapping – Ojo de pescado

 Desplazar los pixels de manera radial. Dar aspecto de esfera.

exp{r i

s}−1

w

R

log(w×R+1)

r f =

s=

Donde

[w ∈(0,1)
R >0 ]

(curvature)

(max. radius)

son definidos por el usuario



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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Combinados (1/2)

BitBlt (1/2)
 Abreviatura de transferencia de bloques de bits (bit boundary block transfer).
 Combina pixmaps tratando cada pixel como una colección de bits. Los pixmaps son

combinados pixel por pixel pero los bits en un pixel son combinados lógicamente bit a bit.
 Opera sobre regiones rectangulares de la fuente y el destino, ya sea utilizando los mismas

regiones u otras para obtener dinamismo, ej. move/scroll de ventanas en pantalla.

 RasterOp (Source, Destination) Destination


En algunas implementaciones, tanto S como D pueden estar enmascaradas, y no ser
necesariamente del mismo tamaño.



pixmap

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

BitBlt (2/2)

 Replace (S,D): S reemplaza destructivamente a D, ej., S es cortada y copiada sobre D

(también llamada Move); utilizada para caracteres opacos, iconos y scrolls.

 Copy (S,D) igual a la anterior, pero S no es cortada.
 OR (S,D): S es “sumada” en forma NO destructiva a D; utilizada para pintado, transparencias

y caracteres con cuerpo/carne (“kerned”) (caracteres con sombra o borde); no se puede
utilizar en sistemas de n-bit.

 AND (S,D): S oculta los pixels de D.
 XOR (S,D) : S invierte selectivamente a D; utilizada en sistemas de 1-bit para prender/apagar

o arrastar cursores:

S XOR (S XOR D) = D

0 = Blanco, 1 = Negro



XOR

XOR

S

S

D

D’

D’

D

Note: funciona en sistemas de color, pero los reemplazos puede observarse un poco “sucios”.

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Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Bitblt - And

result[x][y].r = image1[x][y].r & image2[x][y].r;
result[x][y].g = image1[x][y].g & image2[x][y].g;
result[x][y].b = image1[x][y].b & image2[x][y].b;

Imagen 1

Imagen 2



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Resultado

Procesamiento de Imágenes
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Bitblt - Or

result[x][y].r = image1[x][y].r | image2[x][y].r;
result[x][y].g = image1[x][y].g | image2[x][y].g;
result[x][y].b = image1[x][y].b | image2[x][y].b;

Imagen 1

Imagen 2



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Resultado

Procesamiento de Imágenes
Procesamiento de Imágenes

Bitblt - XOr

result[x][y].r = image1[x][y].r ^ image2[x][y].r;
result[x][y].g = image1[x][y].g ^ image2[x][y].g;
result[x][