Processamento Digital de Imagens

Transcrição

1 Ciência da Computação Processamento Digital de Imagens Prof. Sergio Ribeiro Tópicos Técnicas de Modificação do Histograma Compressão de Histograma 2 Veremos a definição e utilização do conceito de histograma. Serão apresentados exemplos de histogramas e técnicas de modificação de histograma em imagens monocromáticas. Um dos exemplos de utilização da informação contida em um histograma consiste no conceito de limiarização (thresholding) de imagens. 3 O histograma de uma imagem consiste em um conjunto de números indicando o percentual de pixels em tal imagem que apresentam um determinado nível de cinza. Estes valores são normalmente representados por um gráfico de barras. A visualização de um histograma possibilita obtermos uma indicação da qualidade da imagem quanto ao nível de contraste e ao brilho. 4 Cada elemento deste conjunto é calculado como: n p r (r k ) = k n onde: 0 r k 1 k = 0,1,...,L -1 e L n o de n.c. n n o total de pixels na imagem p r (r k ) probabilidade do k-ésimo n.c. n k n o de pixels com n.c. igual a k Os dados da tabela ao lado correspondem a uma imagem pixels, com 8 níveis de cinza. nível de cinza n k p r (r k ) total

2 A representação gráfica equivalente do histograma é mostrada abaixo. Um histograma nada mais é que uma função de distribuição de probabilidades. 7 8 São mostrados a seguir cinco exemplos de tipos de histogramas frequentemente encontrados em imagens. Cada histograma tem sua própria característica e é mostrado a imagem correspondente. Será, então, visto como extrair informações sobre imagens a partir de seu histograma. Grande concentração de pixels. Imagem predominantemente escura Concentração de pixels próximo ao limite superior. Imagem predominantemente clara. 11 Agrupamento em torno de valores intermediários de cinza. Escala dinâmica de tom de cinza pequena. Isto significa imagem de baixo contraste. Imagem de brilho médio com cinza denso. 12 2

3 Pixels distribuídos ao longo de toda a escala de cinza. Histograma com espalhamento significativo. Imagem apresenta bom contraste. 13 Histograma tipicamente bimodal. Imagem apresenta alto contraste. 14 Os histogramas vistos mostram descrições globais que não dizem nada específico sobre o conteúdo da imagem (ex: algum objeto). Porém, a forma do histograma de uma imagem nos dá informação útil sobre a possibilidade para realce do contraste. Serão vistos métodos para a manipulação de histogramas de uma maneira consistente e significativa. Imagem Histograma O que se conclui disto? Conceito de histograma também aplicável a imagens coloridas. Neste caso, a imagem é decomposta em suas componentes R, G e B. Para cada componente é calculado o histograma correspondente. 17 Para computar o histograma de uma imagem monocromática: Inicializa-se com zero todos os elementos de um vetor de L elementos. Percorre-se a imagem, pixel a pixel, e incrementase o vetor cujo índice corresponde ao tom de cinza do pixel visitado. Após toda a imagem ter sido percorrida, cada elemento do vetor conterá o n o de pixels. O tom de cinza do pixel visitado corresponde ao índice do vetor. 18 3

4 Por exemplo: pixel[10] = 35 Significa que na imagem há 35 pixels com tom de cinza 10. Estes valores poderão ser normalizados. Divide-se cada um deles pelo total de pixels na imagem. O histograma de uma imagem fornece diversas informações quantitativas e qualitativas sobre ela. Nº de pixels com n.c. mínimo, médio e máximo. Imagem predominantemente clara ou escura. 19 Porém, outras conclusões de caráter qualitativo como: Qualidade subjetiva global da imagem. Presença ou não de ruído, etc. somente podem ser extraídas dispondo-se da imagem propriamente dita (o histograma não informa nada sobre isso). Tal fato pode ser confirmado a partir das imagens vistas anteriormente. 20 Técnicas de Modificação de Histograma As técnicas de modificação de histograma são conhecidas como técnicas ponto-a-ponto, ou seja, o tom de cinza de um certo pixel depende apenas de seu valor original. Nas técnicas de processamento orientadas a vizinhança, o valor resultante depende também dos pixels que circundam o elemento de imagem original. Técnicas de Modificação de Histograma Técnicas de modificação de histograma são utilizadas para processar a imagem através da modificação do histograma. São algumas destas técnicas: Equalização de histograma Especificação direta de histograma Expansão de histograma Compressão de histograma Limiarização de histograma Consiste em espalhar os níveis de cinza de uma imagem. Objetivo modificar o histograma original de uma imagem de tal forma que parte dele é expandida para ocupar toda a faixa de cinza da imagem. Esta técnica baseia-se no uso de uma equação obtida por meio do histograma original via regra de três simples

5 Compressão de Histograma Resultado da expansão de histograma imagem mais nítida que a original. 25 Compressão de histograma técnica que modifica o histograma original de uma imagem de tal forma que suas raias passam a ocupar apenas um trecho da faixa total de cinza. Sua aplicação baseia-se também no uso de uma equação obtida por meio de regra de três simples sobre o histograma original. 26 Compressão de Histograma Compressão de histograma produz como resultado uma redução de contraste na imagem original. 27 Técnica que consiste em separar as regiões de uma imagem quando esta apresenta duas classes (o fundo e o objeto). Limiarização permite reduzir o número de tons de cinza na imagem original. Limiarização possibilidade de produzir uma imagem binária à saída (binarização ). 28 Consiste em separar o histograma de uma imagem em duas regiões. Forma mais simples de limiarização é a bipartição do histograma. Neste caso, pixels cujo tom de cinza é menor ou igual a um certo valor de limiar (T) são convertidos em brancos e os demais em preto

6 Há vários efeitos decorrentes da escolha de um valor limiar dentre os diversos pontos situados na região de vale. A melhor escolha depende do objetivo que se queira com a imagem resultante. Seguem as imagens e histogramas decorrentes da variação do valor limiar. Efeitos da Imagem original e histograma correspondente Imagem binarizada com T = 128 Efeitos na Imagem binarizada com T = 64 Matematicamente, a operação de limiarização pode ser descrita como uma técnica de processamento de imagens na qual uma imagem de entrada f (x,y) de N níveis de cinza produz à saída uma imagem g(x,y), chamada de imagem limiarizada, cujo nº de níveis de cinza é menor que N. Resultado baseia-se em comparações. 33 Imagem binarizada com T = Normalmente, g(x,y) apresenta dois níveis de cinza (binarização), sendo: g(x,y) = 1, se f (x,y) T É possível obter um histograma particionado utilizando dois valores de limiar. g(x,y) = 0, se f (x,y) < T Desta forma, por meio de comparações entre os tons de cinza e o limiar, se faz a substituição, ponto a ponto, por 1 ou 0. g(x,y) = 1, se T 1 f (x,y) T 2 g(x,y) = 0, se f (x,y) < T 1 ou f (x,y) > T

7 Resultado da utilização de múltiplos limiares: Inversão de Imagens Negativos de imagens reverter a ordem do preto para o branco. Útil para exibição de imagens médicas. 37 g(x,y) = f max f (x,y)