6.6. Tasoitus ja terävöinti

Samankaltaiset tiedostot
9. Kuvansegmentointi 9.1. Perusteita

9. Kuvansegmentointi 9.1. Perusteita Pisteen, suoran ja reunan tunnistus

Mat. tukikurssi 27.3.

Usean muuttujan funktiot

Insinöörimatematiikka D

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

3 Raja-arvo ja jatkuvuus

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

Ensimmäisen asteen polynomifunktio

z Im (z +1) 2 = 0. Mitkä muut kompleksitason pisteet toteuttavat tämän yhtälön? ( 1) 0 z ( 1) z ( 1) arg = arg(z 0) arg(z ( 1)), z ( 1) z ( 1)

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 11: ti klo 13:00-15:30

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

Sijoitusmenetelmä Yhtälöpari

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. Matemaatiikan historia Ratkaisut 6 / 2011

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

Matematiikan tukikurssi

6. Värikuvanprosessointi 6.1. Värien periaatteet

PYÖRÄHDYSKAPPALEEN PINTA-ALA

Syksyn 2015 Lyhyen matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

S Laskennallinen Neurotiede

= 9 = 3 2 = 2( ) = = 2

Sekä A- että B-osasta tulee saada vähintään 7 pistettä. Mikäli A-osan pistemäärä on vähemmän kuin 7 pistettä, B-osa jätetään arvostelematta.

LAATTATEORIAA. Yleistä. Kuva 1.

Johdatus tekoälyn taustalla olevaan matematiikkaan

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 8, ratkaisuista

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus

Matematiikan tukikurssi

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Funktio. Funktio on kahden luvun riippuvuuden ilmaiseva sääntö, joka annetaan usein laskulausekkeena.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

Antti Rasila. Kevät Matematiikan ja systeemianalyysin laitos Aalto-yliopisto. Antti Rasila (Aalto-yliopisto) MS-A0204 Kevät / 16

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 5: Gradientti ja suunnattu derivaatta. Vektoriarvoiset funktiot. Taylor-approksimaatio.

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

MAOL-pisteytysohje. Matematiikka lyhyt oppimäärä Kevät 2014

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

1. Olkoot f ja g reaalifunktioita. Mitä voidaan sanoa yhdistetystä funktiosta g f, jos a) f tai g on rajoitettu? b) f tai g on jaksollinen?

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Reaalifunktiot 1/5 Sisältö ESITIEDOT: funktiokäsite

Mitä on konvoluutio? Tutustu kuvankäsittelyyn

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, tentti

Suora 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste

Avainsanat: geometria, kolmio, ympyrä, pallo, trigonometria, kulma

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

5. Grafiikkaliukuhihna: (1) geometriset operaatiot

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa

Preliminäärikoe Tehtävät Pitkä matematiikka / 3

9.2 Lineaarikuvaus Olkoon A kuvaus (funktio) vektoriavaruudesta V vektoriavaruuteen U: jos nyt

Kenguru 2011 Cadet (8. ja 9. luokka)

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

KRISTALLOGRAFIASSA TARVITTAVAA MATEMA- TIIKKAA

Pistetulo eli skalaaritulo

Juuri 10 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Luento 6: 3-D koordinaatit

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

A Lausekkeen 1,1 3 arvo on 1,13 3,3 1,331 B Tilavuus 0,5 m 3 on sama kuin 50 l 500 l l C Luvuista 2 3, 6 7

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

sin(x2 + y 2 ) x 2 + y 2

Matematiikan pohjatietokurssi

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Valokuvien matematiikkaa

Helsingin, Itä-Suomen, Jyväskylän, Oulun, Tampereen ja Turun yliopisto Matematiikan valintakoe klo 10-13

Differentiaali- ja integraalilaskenta

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

Piste ja jana koordinaatistossa

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Kuvasignaalit. Jyrki Laitinen

POIKKIPINNAN GEOMETRISET SUUREET

VÄRISPEKTRIKUVIEN TEHOKAS SIIRTO TIETOVERKOISSA

12. Derivointioperaattoreista geometrisissa avaruuksissa

Toisen asteen käyrät 1/7 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kartio ja lieriö

Kenguru Student (lukion 2. ja 3. vuosi) sivu 1 / 6

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

a) Mitkä reaaliluvut x toteuttavat yhtälön x 2 = 7? (1 p.) b) Mitkä reaaliluvut x toteuttavat yhtälön 5 4 x

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi. Viikko 3. Kaksiulotteiset satunnaismuuttujat

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

TRIGONOMETRISTEN FUNKTIOIDEN KUVAAJAT

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

x + 1 πx + 2y = 6 2y = 6 x 1 2 πx y = x 1 4 πx Ikkunan pinta-ala on suorakulmion ja puoliympyrän pinta-alojen summa, eli

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

Suora. Määritelmä. Oletetaan, että n = 2 tai n = 3. Avaruuden R n suora on joukko. { p + t v t R},

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

1.6. Yhteen- ja vähennyslaskukaavat

Taso 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori, koordinaatistot, piste, suora

Selvästi. F (a) F (y) < r x d aina, kun a y < δ. Kolmioepäyhtälön nojalla x F (y) x F (a) + F (a) F (y) < d + r x d = r x

Transkriptio:

6.6. Tasoitus ja terävöinti Seuraavassa muutetaan pikselin arvoa perustuen mpäristön pikselien ominaisuuksiin. Kuvan 6.18.a nojalla ja Lukujen 3.4. ja 3.5. harmaasävjen käsittelssä esitellillä menetelmillä tasaus nähdään spatiaalisena suodatusoperaationa. Suotimen maskin kertoimilla on vakioarvo. Maskin liukuessa kuvan li tätä tasataan ja jokaisen pikselin arvo korvataan maskin määrittämän naapuruston keskiarvolla. Menettel on helposti laajennettavissa kuvan 6.18.b perusteella täsvärikuville. Skalaari-intensiteettiarvon asemesta käsitellään vektoreita muotoa 1 s. 341. Värikuvanprosessointi 348

Värikuvanprosessointi 349 Viitatkoon S koordinaattijoukon muodostamaan naapurustoon jonka keskipiste on RGB-värikuvassa. RGB-vektorien keskiarvo on naapurustossa seuraava. Se seuraa htälöstä 1. Tällöin on edelleen. Tasoitus on suoritettavissa komponenteittain. S t s t s K 1 c c S t s S t s S t s t s B K t s G K t s R K 1 1 1 c

Värikuvanprosessointi 350 Kuvan 6.0.a punainen vihreä ja sininen komponentti ovat kuvissa 6.0.b-d. Jokainen komponenttikuva tasoitettiin 5 5-ikkunalla spatiaalisella keskiarvoistusmaskilla. Sitten nämä hdistettiin takaisin kuvaksi 6.1. Värikuvaa voidaan terävöittää kättämällä Laplace-muotoa s. 19 Luvusta 3.6. Tällöin vektorin c Laplace-muoto on seuraava. Kuva 6.. esittää tuloskuvan kun suodatettiin kuvan 3.31.c maskilla sötteenä kuvan 6.0. komponenttikuvat. B G R c

a b c d Kuva 6.0.a Alkuperäinen kuva b punainen c vihreä ja d sininen komponenttikuva. Kuva 6.1. Komponenttikuvien tasoituksen jälkeen hdistett kuva. Värikuvanprosessointi 351

Kuva 6.. Laplace-muodolla terävöitett komponenttikuvat on hdistett takaisin RGB-kuvaksi. Värikuvanprosessointi 35

6.7. Väriin perustuva kuvansegmentointi Segmentoinnissa kuva paloitellaan alueisiin. Tätä tarkastellaan möhemmässä luvussa tarkemmin mutta tässä pohditaan asiaa suppeasti värikuvien mielessä. Tarkastellaan segmentoitavan kohteen pikselien keskimääräistä väriä jota merkitään vektorilla a. Tavoitteena on luokitella jokainen pikseli sen mukaan onko sen väri lähellä vektoria a vai ei. Kätetään tähän ksinkertaisena samanlaisuusarvona euklidista etäisttä pikselin z ja a välillä. D z a z a 1 T z a z a 1 z a z a z a R R G G Värikuvanprosessointi 353 B B

Kun määrätään että DzaD 0 mukana olevat pisteet muodostavat D 0 - säteisen pallon. Pallon sisältämät pisteet toteuttavat annetun värikriteerin mutta sen ulkopuoliset eivät. Koodaamalla nämä kaksi joukkoa esim. mustalla ja valkoisella saadaan binäärisesti segmentoitu kuva 6.3.a. Kaavan leists on 1 T z a C 1 z D z a a jossa C -1 on segmentoitavien pikselien kovarianssimatriisin käänteismatriisi. Tällöin ehto DzaD 0 tuottaa ellipsoidin kuvassa 6.4.b. Jos C = I eli identiteettimatriisi 3 redusoituu :ksi. Kun sekä että 3 ovat melko raskaita laskea kätetään toisinaan ksinkertaistuksena laatikkoa kuva 6.3.c tapaan. Tätä kätettiin kuvassa 6.4. 3 Värikuvanprosessointi 354

a b c Kuva 6.3.a Pallo b ellipsoidi ja c laatikko suorakulmainen särmiö rajaamassa segmentoitavaa aluetta. Värikuvanprosessointi 355

Kuva 6.4. a Alkuperäinen värikuva jossa kiinnostavanvärinen kohde on rajattu suorakulmiolla ja b segmentoitu kuva mustavalkoisena jossa alkuperäisen kuvan punertava alue näk valkoisena. Värikuvanprosessointi 356

Möhemmin tarkemmin käsiteltävä reunantunnistus on segmentoinnin tärkeä väline. Tässä asiaa pohditaan värikuvien osalta. Reunantunnistus gradienttioperaattorin avulla mainittiin jo Luvussa 3.6. kuvanterävöitksen htedessä. Sen gradientti ei kuitenkaan ole määritelt vektorisuureille kuten RGB-arvot. Sen laskeminen ksittäisille kuville joista muodostettaisiin värikuva tuottaisi virheellisen tuloksen. Tätä havainnollistaa seuraava esimerkki. Olkoon värikuva kokoa M M M pariton kuvissa 6.5.d ja h jotka koostuvat kolmesta komponenttikuvasta 6.5.a-c ja e-g. Jos laskettaisiin vastaavat gradienttikuvat ja laskettaisiin nämä hteen kahden RGB-värikuvan saamiseksi gradientin arvo pisteessä M+1/ M+1/ olisi sama kummassakin tuloskuvassa. Värikuvanprosessointi 357

Olisi kuitenkin voinut olettaa pisteen gradientin olevan suurempi kuvassa 6.5.d kuin h koska kolmessa komponenttikuvassa 6.5.a-c reunat ovat samansuuntaiset toisin kuin R- G- ja B- kuvissa 6.5.e-g joista viimeisessä reunan suunta on poikkeava. Täten gradienttiarvojen ollessa keskipisteessä htä suuria tulos on esitetssä mielessä virheellinen. On muodostettava gradienttiesits joka ei tuota esitetn kaltaista virhettä. Virhe tuli siitä että Luvussa 3.6. esitett gradientti soveltui ainoastaan skalaarifunktioille f. Nt on kseessä vektorifunktio kaavan 1 s. 341 mukaisesti. Skalaarifunktiolla gradientti on vektori joka osoittaa funktion f maksimaalisen muutoksen suuntaan pisteessä. Värikuvanprosessointi 358

a b c d e f g h Kuva 6.5. a-c R- G- ja B-komponenttikuvat d näiden tuloskuva e- g komponenttikuvat ja h näiden tuloskuva. Vertaa kuutioon s. 3 Kuvassa 6.7. jossa sinisellä on koodaus 001 keltaisella 110 mustalla 000 ja valkoisella 111. Osissa a ja e on skannausvirhe; mustien palkkien tulisi olla htä leveitä kuin muissa osissa. Värikuvanprosessointi 359

Värikuvanprosessointi 360 Olkoot r g ja b ksikkövektoreita akselien R G ja B suunnassa RGBväriavaruudessa. Määritellään seuraavat vektorit. Määritellään edelleen pistetuloilla oheiset suureet. 4 b g r v b g r u B G R B G R B B G G R R g B G R g B G R g T T T v u v u v v v v u u u u

Tällöin c:n maksimaalinen muutoksen suunta on kulma 1 arctan g g g F ja muutoksen nopeus pisteessä on suunnassa seuraava. 1 g g g g cos g sin Kulmalla on kaksi ratkaisua 90 :een erolla jolloin on kaksi kohtisuoraa ratkaisusuuntaa. Toisessa näistä F saa maksiminsa ja toisessa miniminsä. Osittaisderivaatat 4 voidaan laskea mm. Sobeloperaattoreilla Luku 3.6. s. 197. 1 Värikuvanprosessointi 361

Esitetllä tavalla on laskettu kuvan 6.6.a gradientti kuvassa b. Kuva 6.6.c käsittää tuloksen joka on saatu ensin laskemalla kunkin komponenttikuvan gradientit ja sitten laskemalla hteen kolme saatua komponenttikuvan arvoa kuva 6.7. jokaisessa pisteessä. Kuvan b reunojen ksitiskohdat ovat tädellisempiä kuin kuvan c. Kuva 6.6.d esittää kuvien b ja c pisteittäisen erotuksen. Kumpikin versio b ja c antoivat kohtuullisen tuloksen. Pitää huomata että Sobel-operaattorien kättö kuva b on laskennallisesti vaativampi vaihtoehto. Värikuvanprosessointi 36

a b c d Kuva 6.6.a Värikuva b josta on laskettu gradienttikuva RGBvektoriavaruudessa c gradientit laskettu komponenttikuvittain jotka on laskettu hteen d kahden edellisen erotuskuva. Värikuvanprosessointi 363

a b c Kuva 6.7. Kolme komponenttigradienttikuvaa a punainen b vihreä ja c sininen jotka laskettiin hteen ja skaalattiin kuvaksi 6.6.c. Värikuvanprosessointi 364

6.8. Kohina värikuvissa Luvun 5.. kohinamallit soveltuvat mös värikuville. Tavallisesti sama kohinatppi vallitsee kaikilla kolmella kanavalla R G ja B mutta on kuitenkin mahdollista että kohina vaikuttaa niihin eri tavoin. Valaistuksen erilainen vaikutus kanaville on mahdollista harvemmin laitteiston virhetoiminnat. Esim. punasuotimen kättö kamerassa vähentää punaista väriä. Kuvat 6.8.a-c esittävät kolme värikomponenttia jotka ovat Gaussin kohinan korruptoimia. Kuva 6.8.d on niiden hdistelmäkuva. Tällainen kohina on taipuvainen olemaan visuaalisesti vähemmän näkvä värikuvissa kuin monokromaattisissa kuvissa. Kuvassa 6.9. on korruptoitu vain vihreää kanavaa suola-pippuri-kohinalla jonka todennäköiss oli 0.05. Värikuvanprosessointi 365

a b c d Kuva 6.8. a Punainen b vihreä ja c sininen komponenttikuva jotka ovat Gaussin kohinan korruptoimia sekä d näiden hdistelmäkuva. Vertaa tätä kuvaan 6.6.a. Värikuvanprosessointi 366

Kuva 6.9. Värikuva jossa ainoastaan vihreää kanavaa on korruptoitu suola-pippuri-kohinalla. Vertaa kuvaan 6.6.a. Värikuvanprosessointi 367