Princípios sobre imagens digitais Aula 1 LPV 5731 - ANÁLISE DE IMAGENS DE SEMENTES E PLÂNTULAS Programa de pós-graduação em Fitotecnia Francisco G Gomes-Junior Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Elementos de um sistema de processamento de imagens Aquisição Processamento Saída Câmeras de vídeo Scanners Computador Monitores de vídeo Impressoras Plotters Discos ópticos Discos magnéticos Pen Drives HDs externos Armazenamento 1
Câmera CCD (Charge Coupled Device) Dispositivo de Carga Acoplada Tecnologia de imageamento digital Fotografia digital Imagens de satélites Equipamentos médico-hospitalares (ex.: endoscópios) Astronomia Matriz de células semicondutoras fotossensíveis que atuam como capacitores, armazenando carga elétrica proporcional à energia luminosa incidente Um CCD especialmente desenvolvido para uso na obtenção de imagens no ultravioleta O olho humano e as máquinas fotográficas 2
Espectro eletromagnético Sistemas de visão humano e artificial Características Sistema visual humano Sistema de visão artificial Espectro Flexibilidade Habilidade Cor Sensibilidade Tempo de resposta 2-D e 3-D Percepção Limitado à faixa de luz visível (300 nm a 700 nm) do espectro de ondas eletromagnéticas Extremamente flexível, capaz de se adaptar a diferentes tarefas e condições de trabalho Pode estabelecer estimativas relativamente precisas em assuntos subjetivos Possui capacidade de interpretação subjetiva de cores Capaz de se adaptar a diferentes condições de luminosidade, características físicas da superfície do objeto e distância ao objeto Limitado na distinção de muitos níveis diferentes de cinza, simultaneamente Elevado, da ordem de 0,1 s Pode executar tarefas 3-D e com múltiplos comprimentos de onda (dentro do espectro de luz visível) facilmente Percebe variações de brilho em escala logarítmica. A interpretação subjetiva de brilho depende da área ao redor do objeto considerado Pode operar em praticamente todo o espectro de radiações eletromagnéticas, dos raios X ao infravermelho Normalmente inflexível, apresenta bom desempenho somente na tarefa para a qual foi projetado Pode efetuar medições exatas, baseadas em contagem de pixels e, portanto, dependentes da resolução da imagem digitalizada Mede objetivamente os valores das componentes R, G e B para determinação de cor Sensível ao nível e padrão de iluminação, bem como à distância em relação ao objeto e suas características físicas Pode trabalhar com centenas de tons de cinza, conforme projeto do digitalizador Dependente de aspectos de hardware, podendo ser tão baixo quanto 0,001 s Executa tarefas 2-D com relativa facilidade, mas é lento e limitado em tarefas 3-D Pode perceber brilho em escala linear ou logarítmica 3
Etapas de um sistema de visão artificial Segmentação Representação Préprocessamento Problema Aquisição Base de conhecimento Reconhecimento e interpretação Resultado Tipos de imagens digitais Imagem Vetorial Geradas a partir de linhas (vetores) e pontos, e são definidas por coordenadas e fórmulas matemáticas Pode ser redimensionada sem perda de qualidade CDR, AI e EPS Imagem Bitmap geradas a partir de uma malha quadriculada, onde a menor unidade é chamada pixel A resolução de uma imagem bitmap deve ser definida antes da impressão e o seu redimensionamento pode causar perda de qualidade TIFF, JPEG, PNG, GIF, BMP e PSD 4
Imagem digital (bitmap) Representação de uma imagem bidimensional usando números binários codificados de modo a permitir seu armazenamento, transferência, impressão ou reprodução, e seu processamento por meios eletrônicos x y Pixel = f(x,y) Cada pixel tem um valor independente de cor Resolução de imagem digital (bitmap) Esquerda: semente de milho captada em imagem de 100dpi, 256 tons de cinza e 8bits Teixeira (2004) Direita: ampliada 7x em tela (700%) 5
Modelos de cores Escala de cinzas RGB - Modelo aditivo CMYK - Modelo subtrativo Modelo HSV Bits nos modelos RGB e escala de cinzas x Escala de cinzas 8 bits Pixel = f(x,y) y 2 8 256 níveis x Modelo RGB 8 bits y Pixel = f(x,y) 2 8 x 2 8 x 2 8 16,7 milhões de cores 6
Número de bits em uma imagem em escala de cinzas 256 8 bits 128 7 bits 64 6 bits 32 5 bits IMAGEM BINÁRIA 16 4 bits 8 3 bits 4 2 bits 2 1 bit Marques Filho e Vieira Neto (1999) Processamento de uma imagem digital de plântula de milho Algoritmo contador de pixels 256 tons de cinza (8 bits) 300 dpi Imagem binária Esqueleto em imagem binária Cn = média aritmética do comprimento (cm) n = número de plântulas medidas em "pixels" sob resolução (r) dada em dpi. Teixeira et al. (2006) 7
15/08/2014 Histograma Conjunto de números indicando o percentual de pixels naquela imagem que apresentam um determinado nível de cinza (também aplicável a imagens coloridas) Escala de cinzas 8 bits RGB 8 bits Alteração no contraste original baixo contraste 8
15/08/2014 Alteração no contraste original alto contraste Alteração no brilho original baixo brilho 9
15/08/2014 Alteração no brilho original alto brilho Histograma: variações de brilho e contraste original baixo contraste baix o brilh o alto contraste alto brilho 10
Porcentagem de voxels 15/08/2014 Limiarização (Thresholding) Separar as regiões de uma imagem quando esta apresenta duas classes (o fundo e o objeto) 3,5 3,0 2,5 2,0 semente 1,5 1,0 fundo Seção tomográfica de semente de soja 0,5 0,0 0 50 100 150 200 250 níveis de cinza Limiarização: exemplo com sementes de algodão programa Image-Pro Plus 11
Compressão de imagens digitais JPEG PNG GIF Fonte: www.infowester.com/imagens.php 12