TÉCNICAS DE REALCE (IMAGE ENHANCEMENT) Objetivo São projetadas para manipular a imagem com base em características psico-físicas do SVH, podendo até distorcer a imagem através do processo de retirar informações não relevantes ou do processo de realçar certas características de interesse. Expansão de contraste Uniformização dos níveis de cinza Remoção de ruído suavização Realce de bordas ou contornos de objetos Supressão de informação não desejada Pseudo-coloração Classificação: (a) Domínio da freqüência Filtragem transformadas (b) Domínio espacial Reescalamento dos níveis de cinza Integração Diferenciação NPDI - DCC - UFMG 1
1. TRANSFORMAÇÕES DA ESCALA DE CINZA 1.1. Expansão de contraste linear Esta técnica é particularmente adequada para imagens com histogramas de forma gaussiana ou quase-gaussiana. NPDI - DCC - UFMG 2
Script: (i) Transforme cada pixel com intensidade igual ou menor que z a em z 1 ; (ii) Transforme cada pixel com intensidade igual ou maior que z b em z n ; (iii) Transforme todos os pixels com intensidades entre z a e z b de acordo com uma transformação linear entre z a e z b. NPDI - DCC - UFMG 3
Para uma escala de cinza com 256 níveis : z 1 = 0 e z n = 255. Então, Esta técnica é particularmente adequada para imagens com histogramas de forma gaussiana ou quase-gaussiana. Para imagens com histogramas bimodais, fazer expansão linear por partes. NPDI - DCC - UFMG 4
Imagem do solo de Marte Mariner 9 NPDI - DCC - UFMG 5
Solo de Marte Mariner 9 Realce de contraste linear NPDI - DCC - UFMG 6
Exemplos : (a) Compressão e expansão NPDI - DCC - UFMG 7
Exemplo de expansão de contraste linear: NPDI - DCC - UFMG 8
Exemplo de expansão de contraste linear: NPDI - DCC - UFMG 9
(b) Dente de serra (4 ciclos) NPDI - DCC - UFMG 10
Implementação em software de uma tabela de mapeamento Exemplo: Imagem 64 X 64 = 4096 pixels Escala de cinza : 256 NC s Transformação : Procedimento direto: Para cada pixel da imagem leia pixel se pixel <= 85 então pixel = pixel / 2 goto 10 se 85 < pixel < 170 então pixel = 2 * pixel 127 goto 10 senão pixel = pixel / 2 + 127 10 : escreva pixel NPDI - DCC - UFMG 11
Procedimento usando tabela de mapeamento Para cada NC da escala se NC <= 85 então NC = NC / 2 goto 10 se 88 < NC < 170 então NC = 2 * NC 127 goto 10 senão NC = NC / 2 + 127 10: continue para cada pixel da imagem leia pixel faça pointer = pixel pixel = NC(pointer) escreva pixel NPDI - DCC - UFMG 12
1.2. Operações aritméticas com a escala de cinza z' = T(z) = a z + b (a) Operação identidade (b) Expansão de contraste NPDI - DCC - UFMG 13
Exemplo de expansão de contraste: NPDI - DCC - UFMG 14
(c) Compressão de contraste (d) Operação de escala NPDI - DCC - UFMG 15
(e) Imagem negativa NPDI - DCC - UFMG 16
1.3. Fatiamento ou aplicação de limiar (a) 2 níveis NPDI - DCC - UFMG 17
(b) Limiar com background (c) Fatiamento por plano NPDI - DCC - UFMG 18
(d) Fatiamento por plano com background NPDI - DCC - UFMG 19
Exemplo de fatiamento por plano: NPDI - DCC - UFMG 20
Exemplo de fatiamento por plano: Mosaico de imagens SAR (radar) de um campo de gelo Estudo de rachaduras entre os blocos de gelo Comportamento (função do tempo) direção NPDI - DCC - UFMG 21
Exemplo de fatiamento por plano: Mosaico de imagens SAR de um campo de gelo Gelo saturado em branco NPDI - DCC - UFMG 22
(f) Bit-clipping (2 MSB) (contorno) NPDI - DCC - UFMG 23
Exemplo de bit-clipping: Imagem de calibragem Câmera Vidicon Escala cinza : 9 bits = 512 NC s 4 MSB s Clipped NPDI - DCC - UFMG 24
Exemplo de bit-clipping: Imagem de calibragem Câmera Vidicon Escala de cinza : 9 bits = 512 NC s 6 MSB s Clipped NPDI - DCC - UFMG 25
(g) Level-clipping (iso-contorno) NPDI - DCC - UFMG 26
(h) Bit-slicing (fatiamento por bit) NPDI - DCC - UFMG 27
Exemplo de fatiamento por bit - Análise interativa: Escala de cinza: 6 bits = 64 NC s NPDI - DCC - UFMG 28
Exemplo de fatiamento por bit - Análise interativa: Escala de cinza: 8 bits = 256 NC s NPDI - DCC - UFMG 29
Exemplo de transformação da escala de cinza compressão dinâmica da escala por função logarítmica: NPDI - DCC - UFMG 30
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari original NPDI - DCC - UFMG 31
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari negativo NPDI - DCC - UFMG 32
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari limiar em 63 NPDI - DCC - UFMG 33
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari fatiamento Faixa : 63 a 95 fi 255 NPDI - DCC - UFMG 34
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari fatiamento com background Faixa : 63 a 95 fi 255 NPDI - DCC - UFMG 35
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari dente de serra 4 ciclos NPDI - DCC - UFMG 36
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari operação escala NPDI - DCC - UFMG 37
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari op. Escala NPDI - DCC - UFMG 38
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari op. escala NPDI - DCC - UFMG 39
1.4. Equalização de histograma Objetivos : normalização e/ou aumento de contraste. (a) Comparação de 2 imagens I 1 e I 2 com a finalidade de detectar diferenças entre elas. (Condições de iluminação diferentes). (b) Medição de certas propriedades de uma imagem I com a finalidade de descrição ou classificação. Propriedades que dependem dos níveis de cinza presentes em I têm seus valores sensíveis às condições de luz. (c) Esta operação de equalização ou achatamento do histograma não apenas introduz normalização como também realça a imagem. (Expansão e compressão). NPDI - DCC - UFMG 40
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Fundamentos : Histograma função de distribuição de probabilidade (DF) Histograma normalizado função densidade de probabilidade (PDF) Integração do HN função cumulativa de distribuição (CDF) Prova-se que a aplicação de uma função de transformação do tipo CDF aos níveis de cinza de uma imagem gera uma nova imagem cujos NC s apresentam uma densidade uniforme. Em termos de realce, isto implica em aumento da faixa dinâmica dos pixels. NPDI - DCC - UFMG 42
onde: z níveis de cinza originais z níveis de cinza transformados p(z) PDF dos NC s originais p(z ) PDF dos NC s transformados NPDI - DCC - UFMG 43
Forma discreta : p(z k ) = n k / N, 0 z k 1 ; k = 0, 1,..., L - 1 onde : L número de níveis de cinza (NC) p(z k ) probabilidade do k-ésimo NC n j número de vezes este NC aparece em I N número total de pixels em I NPDI - DCC - UFMG 44
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Outra maneira de calcular a transformação histogrâmica: z 0 1 2 3 4 5 6 7 p(z) 1 7 21 35 30 18 12 4 z \ z 0 1 2 3 4 5 6 7 p(z) 0 1 1 1 7 7 2 8 13 21 3 3 16 16 35 4 16 14 30 5 2 16 18 6 12 12 7 4 4 p(z ) 16 16 16 16 16 16 16 16 NPDI - DCC - UFMG 47
Exemplo da transformação histogrâmica: \ (a) Imagem original (b) Histograma original (c) Histograma equalizado (d) Imagem realçada NPDI - DCC - UFMG 48
Exemplo da transformação histogrâmica: (a) Imagem original (b) Histograma original (c) Histograma equalizado (d) Imagem realçada NPDI - DCC - UFMG 49
Exemplo de transformação histogrâmica localizada (vizinhança 7x7 em cada pixel): NPDI - DCC - UFMG 50
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari eq. Histogrâmica NPDI - DCC - UFMG 51
Exemplos de transformação da escala de cinza: Ferrari eq. Histogrâmica NPDI - DCC - UFMG 52
Exemplo de realce de contraste: Imagem Landsat Fronteira Chile/Bolívia Aplicação de transformação em rampa CDF NPDI - DCC - UFMG 53
Exemplo de realce de contraste: Imagem Landsat Fronteira Chile/Bolívia Aplicação de transformação em Gaussiana NPDI - DCC - UFMG 54