Introdução ao Processamento de Imagens Digitais Aula 01

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1 Introdução ao Processamento de Imagens Digitais Aula 01 Douglas Farias Cordeiro Universidade Federal de Goiás 06 de julho de 2015

2 Mini-currículo Professor do curso Gestão da Informação Formação: Graduação em Ciência da Computação, UFG Mestrado em Ciência da Computação, UFU Doutorado em Ciência da Computação e Matemática Computacional, USP cordeiro.df@gmail.com 2 of 31

3 A disciplina FIC Introdução ao Processamento de Imagens Digitais Carga horária: 32 horas Agenda de aulas: 06/07 - aula 07/07 - aula 08/07 - aula 15/07 - espaço para tirar dúvidas sobre Matlab (presença facultativa) 17/07 - teste 20/07 - aula 21/07 - aula 22/07 - aula 24/07 - prova 3 of 31

4 A disciplina Ementa: Introdução ao processamento de imagens Representação de imagens digitais Elementos de um sistema de processamento de imagen Áreas de aplicações Sistema visual humano Formação de imagens Amostragem e quantização Resolução espacial e profundidade da imagem Relacionamentos básicos entre pixels Ruido em imagens Técnicas de realce de imagens Qualidade da imagem Transformação da escala de cinza Histograma de imagens. 4 of 31

5 A disciplina Você consegue identificar o que realiza o código abaixo? function r = f(x) r = 0; for i=1:x if(mod(i,2) == 0) r = r + i; end end 5 of 31

6 A disciplina O principal objetivo da disciplina é compreender como uma imagem digital pode ser manipulada através de algoritmos Ferramenta utilizada: Matlab 6 of 31

7 Imagem e Informação O que é uma imagem? Representação visual de algo Toda visualização construída pelo homem Percepção de algo 7 of 31

8 Imagem e Informação O que é informação? Resultado do processamento, manipulação e organização de dados de modo a conceber uma modificação no conhecimento de um sitema. 8 of 31

9 Imagem e Informação A imagem pode ser considerada informação? 9 of 31

10 Imagem e Informação 10 of 31

11 Imagens e cores A primeira ideia que vem sobre imagens são as cores! A cor está relacionada aos diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético A cor de algo é determinada pela média da frequência das ondas que as moléculas que constituem este algo refletem Um objeto terá determinada cor se não absorver justamente os raios correspondentes à frequência daquela cor Exemplo: Um objeto será visto como vermelho se absorve as frequências fora do vermelho 11 of 31

12 Imagens e cores O olho humano só consegue enxergar uma pequena faixa do espectro eletromagnético 12 of 31

13 Sistema Visual Humano 13 of 31

14 Sistema Visual Humano O sistema visual humano está baseado em uma rede sensores sensíveis à luz (cones e bastonetes) Bastonetes: encontram-se ao redor da retina, sendo sensíveis à intensidade de luz (claro ou escuro) Cones: encontram-se no centro da retina, sendo sensíveis às variações de cores A luz captada é pré-processada e transforma em um sinal neuronal que é interpretado pelo cérebro 14 of 31

15 Sistema Visual Humano Basicamente, os olhos humanos são sensíveis aos comprimentos de onda vermelho, verde e azul Este princípio fundamenta a prática de reprodução de cores (cores primárias) Os comprimentos de onda do espectro eletromagnético se dispõe de forma contínua, ou seja, não há intervalo vazios entre dois valores Um computador é capaz de representar algo de forma contínua? 15 of 31

16 Como uma imagem é computacionalmente formada? Veja esta imagem: 16 of 31

17 Como uma imagem é computacionalmente formada? Aproximando: 17 of 31

18 Como uma imagem é computacionalmente formada? Aproximando: 18 of 31

19 Como uma imagem é computacionalmente formada? Aproximando: 19 of 31

20 Como uma imagem é computacionalmente formada? Aproximando: 20 of 31

21 Como uma imagem é computacionalmente formada? Pixel: abreviatura de Picture Element Menor elemento de uma imagem Permite a representação pontual de uma cor Combinação de três cores (Red, Green, Blue) Em representações padrões, cada cor tem 256 tonalidades 256 = 2 8, ou seja, 1 canal de pixel usa 1 byte (8 bits) A combinação dos três canais pode gerar ( ) 21 of 31

22 Como uma imagem é computacionalmente formada? As imagens são composições de pixels Uma imagem pode ser descrita como composição de matrizes de pixels A resolução de uma imagem equivale às dimensões de uma matriz Uma imagem colorida (RGB) é composta por três matrizes de intensidades Uma imagem em tons de cinza é composta por apenas uma matriz de intensidades 22 of 31

23 Como uma imagem é computacionalmente formada? f (x, y) é a intensidade de cor x e y são as posições (coordenadas espaciais) do pixel em questão 23 of 31

24 Processamento de Imagens Digitais Processamento de imagens digitais envolve processos cujas entradas e saídas são imagens e, além disso, envolve processos de extração de atributos de imagens até e inclusive o reconhecimento de objetos individuais [Gonzalez e Woods 2006]. É importante também destacar que também existem processos em que as saídas são informações que não necessariamente são imagens! 24 of 31

25 Componentes de um PID 25 of 31

26 Componentes de um PID 26 of 31

27 Componentes de um PID Aquisição Conversão de uma imagem em uma representação numérica ideal para o processamento posterior Dois componentes principais: Dispositivo físico sensível à uma faixa de energia (raio X, ultravioleta, espectro visível ou raios infravermelhos), que tenha como saída um sinal elétrico proporcional à energia detectada Digitalizador propriamente dito, transforma o sinal elétrico em sequências de bits 27 of 31

28 Componentes de um PID Armazenamento O processamento de imagens demanda manipulação de grande quantidades de dados Classicamente, o armazenamento pode ser classificado em três etapas: Armazenamento de curta duração: enquanto a imagem está sendo utilizada nas várias etapas do processamento Armazenamento em massa: grande quantidade de arquivos utilizados em processos de recuperação, onde a velocidade de acesso deve ser priorizada Arquivamento: armazenamento de imagens em altíssima qualidade, utilizadas em situações específicas Nota: atualmente, devido aos avanços tecnológicos, a classificação anterior é contestável! 28 of 31

29 Componentes de um PID Processamento Procedimentos normalmente sob forma algorítmica Maioria das funções de processamento pode ser implementada através de linguagens ou via software especializados Hardware específico pode ser necessário em determinadas situações (velocidade de processamento, grande quantidade de dados) 29 of 31

30 Componentes de um PID Exibição Os elementos mais comuns são os monitores de vídeo (atualmente existem monitores com resolução 8K, ou seja, ) 30 of 31

31 Atividade 31 of 31