retoque digital processamento de imagens. introdução – retoque tradicional pinturas: necessidade...
TRANSCRIPT
![Page 1: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/1.jpg)
Retoque Digital
Processamento de Imagens
![Page 2: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/2.jpg)
Introdução – Retoque tradicional
• Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características originais ou mesmo retocar detalhes não percebidos anteriormente.
• Artesão:identificar o problema e, sob os limites da concepção, obter uma pintura revivificada.
![Page 3: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/3.jpg)
Introdução – Retoque digital
• Automatizar a tarefa do artesão no trabalho de retoque de imagens digitais
• Corrigir defeitos• Acrescentar e retirar objetos, previamente
especificados• Sinônimos
– Recuperação, – Repintagem– Retocagem ou restauração.
![Page 4: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/4.jpg)
Introdução
• Processo extrinsecamente subjetivo– Qual o melhor resultado– Que parâmetros influenciam o resultado– Como aproximar ao máximo o resultado
esperado pelo ser humano
• Termo originalmente criado por Bertalmio– Digital Inpainting– Marcos A. Batista: criador do termo em
português
![Page 5: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/5.jpg)
Objetivos específicos
• Restauração: restabelecer a harmonia
• Desopilação: remover objetos de uma dada cena, simulando a inexistência do objeto na cena original
• Remoção de textos: remoção de textos inseridos artificialmente em uma imagem
• Geração de efeitos especias
![Page 6: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/6.jpg)
• Desopilação do camarada Nicolai Yezhov por Stalin
![Page 7: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/7.jpg)
Um outro caso de manipulação: O.J. Simpson
Foto do ano: National Geographic
![Page 8: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/8.jpg)
Eliminação de Ruído ≠ Retoque
• Métodos de eliminação de ruídos tradicionais não se aplicam em retoque digital: Ir = I + r
– Ir : imagem com ruído; r : ruído; I = objeto de desejo
• No retoque digital: não existe nenhuma informação no domínio da repintura
![Page 9: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/9.jpg)
Eliminação de Ruído ≠ Retoque
Imagem original Imagem com ruído Imagem filtrada
![Page 10: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/10.jpg)
Eliminação de Ruído ≠ Retoque
Porção a ser repintadaQuadro anterior Quadro posterior
![Page 11: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/11.jpg)
Conceitos Básicos
• Seja Ud uma imagem digital, como ilustrada acima
![Page 12: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/12.jpg)
Conceitos Básicos• O domínio de retoque (ou repintura) Ω é
um subconjunto de U em que a imagem será retocada. (Ω contido em U)
• Ω tem como borda o conjunto δΩ
• ζΩ é o contorno de Ω.
![Page 13: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/13.jpg)
Conceitos Básicos
• É necessário passar ao algoritmo o domínio de retoque. Como?– Definindo uma máscara
(Imagem)
(máscara)
![Page 14: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/14.jpg)
Píxeis azuis estão no domínio de retoque
A dimensão da máscara é a mesma daimagem original
![Page 15: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/15.jpg)
Máscara Métrica
• M(i,j) = n, se existe algum pixel (k,l) na vizinhança 4-conectada de (i,j) tal que M(k,l) = n-1.
![Page 16: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/16.jpg)
Modelo Matemático
Seja uma imagem
Devemos prolongar as linhas isocromáticas (linhas de igual valor de cinza na imagem) que chegam no contorno ζΩ de Ω para a borda da mesma (δΩ). Obser-vamos então que a borda será repintada:
![Page 17: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/17.jpg)
Modelo Matemático
Agora que temos informação na borda, podemos estendê-la para Ω.
Estamos implicitamente carregando esta informação coletada em ζΩ para ocentro da região Ω: Transporte de informação
![Page 18: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/18.jpg)
Modelo Matemático
1. A estrutura da área ao redor de Ω é estendida para dentro da região de repintura e linhas de contorno são pintadas dentro do domínio de retoque através de prolongamentos das linhas que chegam no contorno ζΩ
2. As diferentes regiões formadas dentro da região de repintura, definidas pela prolongação das linhas de contorno, são preenchidas com cores semelhantes às encontradas no contorno.
Algoritmo de retoque digital será a execução sucessiva de 1 e 2
![Page 19: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/19.jpg)
Algoritmo de retoque
onde I(i,j,0) é a imagem original:
A imagem restaurada Ir (i,j) é dada pelo limite:
Suponha que processamos a imagem até o tempo t. Considere Δt o comprimento de passo na variável temporal t. A cada iteração t, I(i,j,t) é a imagem de entrada e I(i,j,t+1) a imagem de saída. Esta relação pode ser escrita pela série de Taylor:
Simplificando:
n é o tempo de repintura; Δt a taxa de atualização;
é a taxa de atualização da imagem no tempo n.
![Page 20: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/20.jpg)
Determinando a atualização
1. Evolução do calor numa chapa metálica
2. Replicação das técnicas de repintura manual, replicando as linhas que chegam da borda de Ω
• Portanto o modelo do alg. de retoque depende do mecanismo adotado para a atualização e Δt
• Soluções são dadas por EDPs
![Page 21: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/21.jpg)
Retoque por difusão do calor
À medida que o tempo passa (n cresce), Ω vai se aquecendo até atingir o equilíbrio térmico ( a temp corresponde à sua cor. Equação de Laplace descreve isso.
Adaptando L para uma imagem..
Combinando as equações acima...
Um pixel (i,j) que não pertence a região de repintura já está aquecido e não se altera. Um pixel da região de repintura começa com temp = 0º
![Page 22: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/22.jpg)
Retoque por difusão do calor
De forma heurística, modificamos os coeficientes de cada termo do Laplacianode acordo com a matriz métrica. Para cada vizinho (k,l) do pixel (i,j)
O que se nota aqui ??
O operador Laplaciano heurístico é portanto:
![Page 23: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/23.jpg)
Retoque por difusão do calorPortanto usamos
como atualização do algoritmo no tempo n. Tomando Δt = 1:
![Page 24: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/24.jpg)
Retoque por difusão do calor
Pseudo-código:
A propagação é muito suave e converge quando
Um pixel na região de repintura é a média dos seus 4 vizinhos, pois para qq(i,j) de Ω, temos no equilíbrio térmico que:
portanto,
![Page 25: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/25.jpg)
Na prática ...
Pseudo-código:
Agora, alguns resultados ....
![Page 26: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/29.jpg)
Principal limitação: não propaga informação de borda na direção correta.
![Page 30: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/30.jpg)
Método BSCB
• Bertamío, Shapiro, Caselles, Ballester
• Propaga as isolinhas na direção correta
![Page 31: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/31.jpg)
Método BSCB
O algoritmo converge quando:
Laplaciano:
BSCB:
onde é a informação que se quer propagar e
a direção de propagação
a variação da informação a variação da direção
Lembre-se de que (2)
de (1) e (2)
temos
![Page 32: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/32.jpg)
Método BSCB
Queremos que a propagação de informação seja suave -> laplaciano
Devemos calcular a variação:
Sabemos que o gradiente dá a direção de maior crescimento
e sua rotação de mostra a direção de menor variação (linhas de contorno) !
portanto o campo direcional é dado por:
![Page 33: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/33.jpg)
Método BSCB
A equação de atualização a ser aplicada no domínio de retoque fica:
O processo de transporte de informação descrito é intercalado com um processode difusão não linear anisotrópica (varia de acordo com a rotação) para garantir uma correta evolução do campo direcional e garantir que a equação acimaconvirja.
![Page 34: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/34.jpg)
Método BSCB
Pseudo-código
![Page 35: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/35.jpg)
Resultados
![Page 36: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/37.jpg)
![Page 38: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/38.jpg)
Imagem retocada
Imagem corrompida
Imagem antes da corrupção
![Page 39: Retoque Digital Processamento de Imagens. Introdução – Retoque tradicional Pinturas: necessidade de trabalhá-las a fim de manter suas características](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062418/552fc10e497959413d8c4f16/html5/thumbnails/39.jpg)
• Técnicas interessantes, mas e a textura?