beeldverwerking prof. dr. ir. w. philips didactisch materiaal bij de cursus academiejaar 2011-2012...

Beeldverwerking

Prof. dr. ir. W. Philips

Didactisch materiaal bij de cursus

Academiejaar 2011-2012

[email protected]

http://telin.UGent.be/~philips/beeldv/

Tel: 09/264.33.85 Fax: 09/264.42.95

Telecommunicatie en Informatieverwerking

UNIVERSITEIT GENT

Telecommunicatie en Informatieverwerking

UNIVERSITEIT GENT

01b

.2

© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2012versie: 5/10/2011

Copyright noticeThis powerpoint presentation was developed as an educational aid to the renewed course “Image processing” (Beeldverwerking), taught at the University of Gent, Belgium as of 1998.

This presentation may be used, modified and copied free of charge for non-commercial purposes by individuals and non-for-profit organisations and distributed free of charge by individuals and non-for-profit organisations to individuals and non-for-profit organisations, either in electronic form on a physical storage medium such as a CD-rom, provided that the following conditions are observed:

1. If you use this presentation as a whole or in part either in original or modified form, you should include the copyright notice “© W. Philips, Universiteit Gent, 1998-2001” in a font size of at least 10 point on each slide;

2. You should include this slide (with the copyright conditions) once in each document (by which is meant either a computer file or a reproduction derived from such a file);

3. If you modify the presentation, you should clearly state so in the presentation;

4. You may not charge a fee for presenting or distributing the presentation, except to cover your costs pertaining to distribution. In other words, you or your organisation should not intend to make or make a profit from the activity for which you use or distribute the presentation;

5. You may not distribute the presentations electronically through a network (e.g., an HTTP or FTP server) without express permission by the author.

In case the presentation is modified these requirements apply to the modified work as a whole. If identifiable sections of that work are not derived from the presentation, and can be reasonably considered independent and separate works in themselves, then these requirements do not apply to those sections when you distribute them as separate works. But when you distribute the same sections as part of a whole which is a work based on the presentation, the distribution of the whole must be on the terms of this License, whose permissions for other licensees extend to the entire whole, and thus to each and every part regardless of who wrote it. In particular note that condition 4 also applies to the modified work (i.e., you may not charge for it).

“Using and distributing the presentation” means using it for any purpose, including but not limited to viewing it, presenting it to an audience in a lecture, distributing it to students or employees for self-teaching purposes, ...

Use, modification, copying and distribution for commercial purposes or by commercial organisations is not covered by this licence and is not permitted without the author’s consent. A fee may be charged for such use.

Disclaimer: Note that no warrantee is offered, neither for the correctness of the contents of this presentation, nor to the safety of its use. Electronic documents such as this one are inherently unsafe because they may become infected by macro viruses. The programs used to view and modify this software are also inherently unsafe and may contain bugs that might corrupt the data or the operating system on your computer.

If you use this presentation, I would appreciate being notified of this by email. I would also like to be informed of any errors or omissions that you discover. Finally, if you have developed similar presentations I would be grateful if you allow me to use these in my course lectures.

Prof. dr. ir. W. Philips E-mail: [email protected] of Telecommunications and Information Processing Fax: 32-9-264.42.95University of Gent Tel: 32-9-264.33.85St.-Pietersnieuwstraat 41, B9000 Gent, Belgium

Enkele karakteristieken

van het menselijk visueel systeem

01b

.4


Inleiding

Beelden zijn dikwijls bedoeld om door mensen te worden bekeken

Het menselijk visueel systeen is uiterst complex; het bestaat uit•het oog: een sensor met lokale signaalverwerking (“preprocessing”)•de visuele cortex: lage- en hoge-niveau beeldverwerking•de rest van het brein: interpretatie

Al deze deelsystemen beïnvloeden elkaar!

Hopeloos complex!

Beeldverwerking wijzigt beelden,•gewild: b.v. beeldverbetering•of ongewild: b.v. compressie

Het is dus belangrijk om te weten hoe de mens afwijkingen in beelden waarneemt

01b

.5


Optische illusies

http://www.youtube.com/watch?v=WvVfcyVCdNA

http://www.unoriginal.co.uk/illusionvideos.html

http://www.viscog.com

01b

.6


Helmholtz

Stripes or hoops? Fashion myth uncovered

By Steve Connor Friday, 12 September 2008

The first rule of fashion – that vertical stripes flatter the figure – is a myth, according to a study conducted by scientists at York University. Women who avoid wearing clothes with horizontal stripes in the belief that it makes their bum look larger should be reassured by a scientific study showing quite the opposite. It found that horizontal stripes actually make people look slimmer.

http://http://www.belfasttelegraph.co.uk/lifestyle/fashion-beauty/stripes-or-hoops-fashion-myth-uncovered-13972416.html

01b

.7


Golflengte en frequentie

01b

.8


Vermogenspectrum van licht

Lichtintensiteit: I(x,y)d S is het lichtvermogen dat invalt op een

elementair stukje oppervlak d S (eenheid: Watt/m2)

dffyxIyxI );,(),(

frequentiespectrum

dddf

cyxI

)/;,( dyxI

);,('

golflengtespectrum(gebruikt in de lichttechnologie)(onafhankelijk van het

transmissiemedium)

I(x,y) dS

Licht kan worden ontbonden in een kleurenspectrum

In de vrije ruimte: f =c met c de lichtsnelheid2c

ddf

Opmerking: zichtbaar licht

550 nm (grootteorde)

f 500 THz (grootteorde)

x

y

01b

.9


Structuur van het menselijk oogFotogevoelige elementen in de retina:

•twee soorten: kegeltjes en staafjes

lens

retina

optischezenuwbundel

fovea

visuele as

Staafjes en kegeltjes

Kegeltjes

•aantal: 6.000.000

•voor zicht bij normaal omgevingslicht

•3 types, gevoelig voor respectievelijk blauw, groen en geelgroen licht

Staafjes

•aantal: 100.000.000

•veel gevoeliger dan kegeltjes

•grootste dichtheid in de fovea

•100.000.000 receptoren in het oog maar slechts 800.000 zenuwdraden

er is duidelijk lokale processing in het oog

voor “donker”-zicht

•1 type geen kleuronderscheiding

blinde vlek

01b.

10


Retina, kegeltjes en staafjes

Zenuw-bundels

01b.

11


De neurale interconnecties in het oog

Bipolaire cellen: •input=kegeltjes •output=ganglioncellen

Horizontale cellen•maken dwarsverbin-dingen tussen kegel-tjes en bipolaire cellen

Amacriene cellen:•maken dwarsverbin-dingen tussen bipolaire cellen en ganglion cellen

amacriene cel

horizontale cel

bipolaire cel

01b.

12


Absorptiespectra van kegeltjespigmenten

Deze absorptiespectra geven aan hoeveel percent van het licht op een bepaalde frequentie in de kegeltjes wordt geabsorbeerd

(blauw)

relatieve absorptiespectra

400 500 600 700

golflengte (nm)

(groen)

(geelgroentot rood)

Dit licht wordt echter niet volledig omgezet in een zenuwsignaal

De absorptiespectra geven slechts een ruw idee van de spectrale gevoeligheid van de kegeltjes

(golflengtespectra!)

arb

itra

ire e

en

hed

en

01b.

13


Spectrale gevoeligheid van de kegeltjes...

Wat is het verband tussen het invallend lichtspectrum I ( f ) en de zenuwsignalen “aan de uitgang” van de kegeltjes?

• f (x) c log(x): een monotoon stijgende “log”-achtige functie

De spectrale gevoeligheidscurve geeft weer hoeveel van het licht met een bepaalde frequentie in een elektrisch signaal wordt omgezet

met • Si( f ), i=1,2,3 de spectrale gevoeligheid van de kegeltjes van type i

Experimentele vaststelling: goed model voor de respons van een kegeltje

van type i op licht met spectrum I(f): dffIfSr ii )()(f(ri ) met

De log-functie zorgt voor dynamiekcompressie (sterkte daglicht kan met een factor 20 000 variëren)

01b.

14


… Spectrale gevoeligheid van de kegeltjes...

Verschil spectrale gevoeligheid en absorptiekarakteristiek:•De spectrale gevoeligheidscurve Si( f ) geeft weer hoeveel van het licht

met een bepaalde frequentie in een elektrisch signaal wordt omgezet•De absorptiekarakteristiek Ai( f ) geeft aan hoeveel licht bij een bepaalde

frequentie wordt geabsorbeerd

Spectraal filter/fotocel

Absorptie

Ai(f) Efficiëntie Ei(f)

fotonen elektronen

Dynamiek-compressie

Ruwe benadering: Si( f ) Ai( f )

)( fI )log( f(ri )

Verband: )()()( fEfAfS iii

dffIfSr ii )()(

01b.

15


...Spectrale gevoeligheid van de kegeltjes

400 500 600 700

golflengte (nm)

(blauw)

(groen)

(geelgroentot rood)

• De gevoeligheidscurven overlappen vrij veel zelfs bronnen met een smal spectrum zullen meestal meerdere types kegeltjes activeren

Conclusies:• Het oog is weinig gevoelig voor blauw

Opmerking: Si’() =Si (c/)

Ruwe benadering voor Si’(): Si’() Ai’()

01b.

16


Metamerisme

bron1

bron2

Metamerisme: bronnen met een verschillend spectrum kunnen de zelfde kleurindruk geven (de mens ziet geen verschil tussen de bronnen)

relatieve absorptiespectra

400 500 600 700

golflengte (nm)

(blauw)

(groen)

(geelgroentot rood)

Logisch: I( f ) is een functie en dus bepaald door oneindig veel getallenen er zijn maar drie soorten kegeltjes er gaat informatie verloren

Er bestaan minder triviale voorbeelden van metamerisme (zie appendix!)

01b.

17


Kleinst waarneembaar contrast:

II

I

De wet van Weber...

Deze experimenteel vastgestelde wet suggereert een logaritmisch verband

tussen de “waargenomen helderheid” I’ en de opgenomen lichtintensiteit I:

III 02.01'

(Weber’s wet)02.0/ II

Intensiteit I

II

2%

III

02.01'

bII )ln(50'

bIaI )log('

Alhoewel een logaritmisch verband het experiment grotendeels kan verklaren blijkt dat de werkelijkheid veel complexer is en dat de

“waargenomen helderheid” I’ in een punt ook afhangt van de lichtintensiteit in andere kegeltjes

(grijs licht)

01b.

18


002.0/ IIfII

II I

0I

...De wet van Weber

Besluit:

•Weber’s wet gaat maar op als II0

Kleinst waarneembaar contrast tussen 2 lichtvlekken op een achtergrond

Intensiteit I

II

20 CI 10 CI

Verklaring: •het oog past zich aan het achtergrond-licht (omgevingslicht) aan

•cfr. verblinding door de zon

•Intensiteitsverschillen tussen twee gelijkende

lichtintensiteiten I en I+I zijn moeilijker waar te nemen als

de intensiteit I0 van achtergrondlicht sterk verschilt van I•de waargenomen helderheid van een punt hangt ook af van de lichtintensiteit in andere punten

beeldverwerking prof. dr. ir. w. philips didactisch materiaal bij de cursus academiejaar 2011-2012...

Documents

powerpoint presentation

universiteit gent

modified work

belgium dia

profit organisations

b9000 gent

compressie het

modified form