Trattamento Immagini

L1-128

Obiettivi

➢ Metodi di base del trattamento delle immagini– Immagini: matrici di punti rappresentati da valori di

luminosità– Immagine a colori: matrici di punti rappresentati da

un colore o da un indice ad una tavolozza (palette) di colori

– Tipicamente colori sono rappresentati da tre numeri secondo il modello RGB

~Obiettivi

➢ Non è un corso di fotografia digitale– Aspetti percettivi della riproduzione dei colori– Ragioni espressive della manipolazione dei colori o

dei livelli di grigio– Non tratteremo nel dettaglio gli aspetti legati alla

colorimetria

➢ Matlab® (http://www.mathworks.it/products/matlab/)– Shell matematica: MAT(rix) LAB(oratory)– Rapida curva di apprendimento– Package accessori per vari campi di applicazione– Disponibile anche come 'Student Edition'– Windows® e Linux

Strumenti

Strumenti

➢ GNU/Octave (http://www.octave.org)– Compatibile con sintassi Matlab– Disponibile da FSF– Vasto numero di package applicativi– Funziona con Windows & Linux– Possibile anche Mac

➢ Suggerita versione 3.6.4– octave-image >= 2.0.0

Strumenti

➢ ImageJ➢ http://rsb.info.nih.gov/ij/– Funziona su Unix (Linux), Windows & MacOS– Scritto con il linguaggio Java– Contiene una serie di strumenti nativi per la

manipolazione di immagini– Può essere 'esteso' con nuove funzioni scrivendo in

Java dei plugin, cioè codice che può essere invocato da programma principale di ImageJ

Strumenti

➢ Photoshop– De facto standard di manipolazione immagini– Plugin per renderlo scriptable

● Supporta vari linguaggi– AppleScript– VBScript– JavaScript

Strumenti

➢ The GIMP (http://www.gimp.org/)– GNU GPLv2– Applicazione tipo Photoshop– E' possibile scrivere plug-in per costruire metodi di

manipolazione delle immagini con la console ScriptFu

– Manuale anche in italiano

➢ 1957: prima immagine passata ad uno scanner (Russell Kirsch)

Origini della Tecnologia

Campi di Applicazione

➢ Osservazioni spaziali

– Impossibilità di recuperare le pellicole

– Ambienti ostili all'uomo

– Teletrasmissione

Campi di applicazione

– Voyager 1 & 2● Lanciati nel 1977● Hanno inviato foto

ravvicinate dei pianeti● Sono stati riprogrammati

da terra dopo 12 anni dalla partenza con software più evoluto per la gestione delle immagini

Campi di Applicazioni

– Astronomia da telescopi in orbita.

– Permettono tramite l'imaging digitale di combinare dati da tutto lo spettro E.M.

● Raggi Infrarossi● Luce Visibile● Raggi UV● Raggi X● Raggi gamma

Campi di Applicazione

➢ Imaging per la Medicina– Digitalizzazione di immagini diagnostiche– Analisi il più possibile oggettiva nella diagnostica

medica– Costruzione di database di immagini mediche sia

per la ricerca che per la diagnostica medica che per l'ottimizzazione dell'organizzazione sanitaria

Campi di Applicazione

➢ Medicina– MRI (Risonanza

Magnetica)– PET (Tomografia ad

Emissione di Positroni)– TAC: Tomografia a

raggi-X– Ecografia

Campi di Applicazione

➢ Medicina– Integrazione di tutte queste tecniche di indagine

attraverso la sovrapposizione di immagini ottenute da diverse sorgenti

– Immagini a Falsi Colori per facilitare l'interpretazione e lettura

Campi di Applicazione

➢ Microscopia– Analisi automatica– Enhancement– Feature extraction– Integrazione con altre

metodiche

Sviluppi del Image Processing

➢ Analisi morfologica➢ Riconoscimento automatico➢ Visione artificiale

Formazione di un immagine:Camera Oscura

Camera Oscura

➢ L'immagine appare rovesciata➢ Ad una minore distanza focale f corrisponde un

campo più grande e un immagine proiettata più piccola

➢ Viceversa al crescere di f campo ridotto e immagine proiettata più grande

➢ Dato geometrico fondamentale:– Linee rette sono proiettate come linee rette– Circonferenze sono proiettate in generale come

ellissi

Camera con Lente

➢ La lente permette l'ingresso di più luce➢ Introduce complessità nell'interazione con

la luce e le sue componenti cromatiche

Caratteristiche Ottiche

➢ Parametri Ottici delle lenti– Tipo di lenti (materiali)– Lunghezza focale– Campo visivo

➢ Parametri fotometrici– Tipo, direzione ed intensità dell'illuminazione– Proprietà di riflettività della superficie degli oggetti

➢ Parametri geometrici

Digitalizzazione

➢ Discretizzazione spaziale➢ Campionamento temporale➢ Quantizzazione del valore di intensità luminosa

per ogni elemento dell'immagine

Digitalizzazione Spaziale

➢ Elementi fotosensibili (photosites) di una matrice di sensori tipicamente in tecnologia CCD o CMOS– Ricevono luce e accumulano in una locazione di

memoria analogica un numero di elettroni idealmente proporzionale al numero di fotoni catturati

– Trasferiscono in sincronia l'informazione accumulata per essere convertita di numeri

Tecnologia CCD (charged coupled device)

➢ La carica viene accumulata e quindi trasferita

➢ L'ultimo elemento passa la carica ad un amplificatore perché possa essere misurata

CCD camera➢ 2.1 Mpixel CCD

camera➢ Digitalizzazione

temporale– La maggioranza usa

l'interline-architecture– L'alternativa è la

frame-transfer architecture (prevalente in astronomia)

Immagini a Colori

➢ Le immagini a colori sono internamente rappresentate a partire da un modello additivo di generazione dei colori

➢ Il modello base è quello in tricromia: rosso,verde e blue (RGB)

➢ I colori vengono ottenuti sovrapponendo I colori base con intensità variabile

➢ Richiedono che ogni photosite abbia 3 recettori specializzati

➢ Dimensione grezzi sono 3 volte quelli di un immagine B/W

Immagini a Colori

➢ Non tutti I colori distinguibili dall'occhio umano possono essere rappresentati dal modello RGB

➢ I colori possibili sono contenuti all'interno di un cubo avente lato 1

➢ Le coordinate R,G,B rappresentano l'intensità di una componente tra 0 e la saturazione del sistema

➢ Di solito la coordinata [0,1]➢ Immagini grezze usano il

valore nativo così come generato dalla fotocamera

Immagini a Colori

➢ RGB può essere trasformato in sistemi di coordinate alternativi

➢ HSV: Hue, Saturation, Value➢ HSL: Hue, Saturation,

Luminosity➢ Hanno ragioni simili e

permettono di separare la funzione delle coordinate

➢ Una coordinata di luminosità

➢ Due coordinate di cromaticità