Studijní materiál - Shrnutí

Počítačové vidění se snaží napodobit lidské vidění snímáním obrazu elektronickými prostředky a porozuměním jejich obsahu počítačovým zpracováním (interpretací). U počítačového vidění je snaha porozumět libovolné 3D scéně. Počítačové vidění je považováno za součást kybernetiky. Kromě vlastních vjemů hraje důležitou úlohu také zkušenost.

Např: Počítačové čtení automobilových značek. Vstupem je obraz výstupem je text.

Počítačová grafika se naopak snaží zobrazit člověku informaci z počítače, často s možností interakce. Snaží se zobrazit libovolnou 3D scénu. Počítačová grafika je samostatná kategorie grafiky.

Např: počítačová hra na základě interakce zobrazí určitou scénu (seskládanou jen z jednoduchých elementů).

1. Rozpoznávání obličejů:

• Úloha: Identifikovat a lokalizovat obličeje v obrazech nebo videích.
• Interpretace: Model teorie odpovídá konkrétním vlastnostem obličejů v reálném světě. Syntax (obrazová data) se interpretuje pomocí sémantiky, což zahrnuje znalost o různých částech obličejů, jako jsou oči, nos, ústa. Interpretace v tomto případě zahrnuje porovnání detekovaných prvků s modelem obličeje a jejich identifikaci.

2. Segmentace objektů v lékařských obrazech:

• Úloha: Oddělit a identifikovat různé anatomické struktury nebo patologické oblasti na lékařských snímcích, například na MRI nebo CT obrazech.
• Interpretace: Model teorie zahrnuje znalost o anatomii lidského těla a různých patologických stavů. Syntax tvoří intenzity pixelů v obraze. Interpretace spočívá v rozpoznávání a přiřazení biologického významu jednotlivým oblastem na snímku na základě znalosti o strukturách a vzorcích spojených s konkrétními patologickými stavy.

3D → 2D přináší ztrátu informace díky vlastnostem perspektivní transformace (matematická abstrakce, dírková komora).

Měřený jas je dán složitým fyzikálním postupem vytváření obrazu. Zář (angl. radiance) (≈ jas) závisí na typu světelných zdrojů, jejich poloze, intenzitě, poloze pozorovatele, lokální geometrii povrchu a odrazivosti povrchu.

Obrácená úloha je špatně podmíněna.

Nevyhnutelná přítomnost šumu v každém měření ve skutečném světě.

Příliš mnoho dat Stránka A4, 300 dpi, 8 bit per pixel = 8.5 Mbytes.

Neprokládané video 512 × 768, RGB (24 bit) = 225 Mbits/sekundu.

Nutnost zahrnout interpretaci

<p><strong>Lokální:</strong> Lokálně nejsme schopni vnímat kontext obrazové informace. Ten je velmi důležitý, může dojít ke špatné interpretaci. Nutnost zahrnout interpretaci</p> <p><strong>Výhody:</strong> Citlivost k lokálním detailům, schopnost zachytit texturu a detaily na mikroskopické úrovni.</p> <p><strong>Nevýhody:</strong> Může být citlivý na šum nebo místní variace a může vyžadovat komplexnější zpracování.</p> <p>např. lokální průměrování, detekce hran</p> <p><strong>Globální:</strong> <strong>Výhody:</strong> Jednoduchý výpočet, vhodný pro celkové zpracování obrazu, nemá problémy s lokálním šumem nebo variacemi.</p> <p><strong>Nevýhody:</strong> Může ztratit detaily a informace na mikroskopické úrovni.</p> <p>např. úprava jasu, inverze obrazu</p> Signup and view all the answers

<p>Obrazová funkce je výsledek perspektivního zobrazení. Hodnoty obrazové funkce odpovídají některé fyzikální veličině např jasu u obrazu z černobíle TV kamery, teplotě u termovizní kamery atd. Statický obraz popsán funkcí dvou souřadnic x, y, obrazová funkce tří proměnných se použije když se plošné obrazy mění v čase t tj, f(x,z,t) nebo v případě objemových obrazů f(x,y,z) – tomograf.</p> Signup and view all the answers

<p>Kvantování je přiřazení určité diskrétní hodnoty jasu danému bodu. Realizuje se na A/D převodníku. Člověk rozliší zhruba 50 úrovní jasu. Když je v obraze méně kvantizačních úrovní než je potřeba zaniknu jemné detaily obrazu a vzniknou falešné obrysy.</p> Signup and view all the answers

<p>Je potřeba rozhodnout do jaké vzorkovací mřížky budou vzorky uspořádány, existují 3 pravidelné mnohoúhelníky jejichž síť pokrývá rovinu</p> <p>• rovnostranné trojúhelníky • čtvercová mřížka • hexagonální mřížka</p> <p>○ snadno realizovatelná ○ nevýhoda při měření vzdálenosti ○ řeší většinu problémů čtvercové ○ nevýhodná pro některé operace (Fourierova transformace...)</p> Signup and view all the answers

<p>Výhody: Má stejné vzdálenosti pro všechny sousedy jednotlivého bodu v mřížce, větší obrazová stabilita</p> <p>Nevýhody: Většina technologií a obrazových standardů používá čtvercový rastr, vyžaduje složitější hardware, nekompatibilita pro běžné operace např. Fourierovu frekvenční filtraci.</p> Signup and view all the answers

<p>Tranzitivita</p> Signup and view all the answers

<p>(a) konvexní a nekonvexní oblast v konvexní oblasti lze každé dva body spojit úsečkou v nekonvexní nikoliv</p> <p>(b) Konvexní obal je nejmenší oblast spojující objekt taková, že každé dva body oblasti mohou být spojeny úsečkou, jejíchž všechny body patří do oblasti. (c)</p> <p>R a jeho konvexní obal, jezera a zálivy:</p> Signup and view all the answers

<p>(a) <strong>Prostorové rozlišení:</strong> Týká se schopnosti senzoru nebo obrazového systému rozlišovat mezi různými objekty nebo detaily v prostoru (menší vzdálenosti mezi body). Vyšší prostorové rozlišení znamená, že senzor je schopen detekovat menší objekty nebo detaily.</p> <p>(b) <strong>Spektrální rozlišení:</strong> Spektrální rozlišení se týká schopnosti senzoru rozlišit mezi různými vlnovými délkami elektromagnetického záření. Vyšší spektrální rozlišení umožňuje lepší identifikaci a analýzu různých materiálů na základě jejich spektrálních charakteristik.</p> <p>(c) <strong>Radiometrické rozlišení:</strong> Souvisí s počtem diskrétních úrovní jasu nebo intenzity, které senzor nebo obrazový systém může rozlišit. Vyšší radiometrické rozlišení znamená, že senzor může zachytit a rozlišit více odstínů jasu mezi nejtmavší a nejsvětlejší oblastí obrazu.</p> <p>(d) <strong>Časové rozlišení:</strong> Týká se časové frekvence, s jakou senzor nebo obrazový systém dokáže opakovaně snímat stejné území. Vyšší časové rozlišení umožňuje zachytit změny v čase, což je důležité pro sledování dynamických jevů nebo změn v obrazech a scénách.</p> Signup and view all the answers

<p>Obraz má G jasových úrovní K=0....G-1. He = ΣκP(K) log2 P(K) [bit] kde P(K) je pravděpodobnost k-tého jasu v obrazu, čím méně často se vyskytuje v obraze tím vyšší informaci nese.</p> <p>Používá se při kompresi obrazu: • Entropie tvoří limit při bezeztrátové kompresi dat. Data nelze více zhustit než dovoluje jejich entropie, pokud nechceme ztratit informace v datech.</p> <p>Segmentace obrazu: • V oblasti zpracování obrazu lze Shannonovu entropii použít pro segmentaci obrazu. Nízká entropie může signalizovat homogenní oblasti nebo struktury, což může být využito při identifikaci a oddělení různých objektů nebo regionů v obraze. Vyšší entropie může naznačovat složitější nebo nejistější oblasti v obraze.</p> Signup and view all the answers

<p>H = ( 2^b-1 / N^2) * Σ (h(i)/ N^2)* log2 (h(i)/ N^2) Počty jednotlivých jasů v histogramu podělíme rozměrem NxN a z vypočtených odhadů pravděpodobností vypočteme odhad entropie.</p> <p>Entropie bude největší pro rovnoměrné rozložení jasů v histogramu.</p> Signup and view all the answers

<p>He = ΣκP(K) log2P(K) [bit]</p> Signup and view all the answers

<p>x' = (xf / z) * y' = (yf / z)</p> Signup and view all the answers

<p>zaostřování zachycení světla ○ objektiv soustřeďuje světlo na snímač kontrola expozice ○ clona ovlivňuje množství světla, které prochází do kamery. Otevření nebo zavření clony reguluje expozici a hloubku ostrosti snímku. korekce optických vad</p> Signup and view all the answers

<p>Malé ohniskové vzdálenosti: ○ Předpokládá se, že ohnisková vzdálenost objektivu je malá ve srovnání s ostatními rozměry systému. Tento předpoklad platí v mnoha běžných fotografických situacích, zejména při fotografování objektů větších než objektiv samotný.</p> <p>Malé úhlové rozměry: ○ Předpokládá se, že úhlové rozměry objektu jsou malé, což znamená, že lze považovat světelné paprsky za přímé čáry. Tento předpoklad platí pro většinu předmětů, které jsou v dostatečné vzdálenosti od objektivu.</p> <p>Homogenita prostředí: ○ Předpokládá se, že prostředí, kterým světlo prochází nebo se odráží, je homogenní a nemá významné změny indexu lomu. Tato podmínka platí v běžných podmínkách fotografování ve vzduchu.</p> <p>Nízká difrakce: ○ Předpokládá se, že difrakční efekty jsou minimální. Tento předpoklad platí, pokud jsou rozměry otvoru (clony) malé ve srovnání s vlnovou délkou světla.</p> <p>Jde o hrubou aproximaci, ale geometrická optika je důležitá pro techniku a také je zajímavá z hlediska historického vývoje fyzikálního názoru.</p> Signup and view all the answers

<p>Dírka sbírá jen málo fotonů, má potíže díky ohybu světla na dírce, navíc jsou u dírky některé protichůdné jevy: Větší dírka propustí více světla, ale rozmaže obrázek. Při malé dírce se začnou projevovat ohybové jevy a obrázek bude také rozmazán.</p> <p>Čočka Sbírají více fotonů (světla). Musí být zaostřené.</p> Signup and view all the answers

<p>Je jev kdy jsou zeslabovány paprsky lámající se pod větším úhlem. Je to optická vada, více se projevuje u širokoúhlých objektivů. Popisuje ji činitel cosa. Jelikož je přirozená vinětace systematickou chybou, lze ji pro radiometricky kalibrovanou kameru kompenzovat.</p> Signup and view all the answers

<p>Převládající geometrické zkreslení. Projevuje se více u širokoúhlých objektivů. Objektivy s krátkou ohniskovou vzdáleností typicky větší zkreslení.</p> <p>Zkreslení se aproximuje polynomem sudého stupně, často jen stupně dva.</p> <p>Koriguje se tedy výpočtem pro všechny ohniskové vzdálenosti.</p> Signup and view all the answers

<p>Bayerova mřížka je druh barevného filtru, který se používá v digitálních fotoaparátech k zachycení barevných informací. Tato mřížka je často umístěna na obrazovém snímači, který slouží k převodu světelných informací na elektrické signály. Mřížka má podobu vzoru, ve kterém jsou jednotlivé pixely pokryty různými filtry, které propouštějí pouze určité barevné složky světla. Tento vzor se skládá z čtyř základních typů pixelů: R, G, B, R/B.</p> <p>Rozlišení v barvě je nižší než počet pixelů. V Bayerově mřížce jsou totiž jednotlivé pixely schopny zachytit pouze jednu ze tří základních barev (R, G, B). Barevné informace pro každý pixel se musí interpolovat nebo rekonstruovat z okolních pixelů s jinými barevnými filtry.</p> Signup and view all the answers

<p>Udává rozsah vzdáleností od středů promítání v předmětovém prostoru, v němž se objekty zobrazují dostatečně zaostřené. Vysvětluje, proč je možné mírně posunout obrazovou rovinu (v obrazovém prostoru) ve směru optické osy a mít stále dostatečně zaostřený obraz, a to díky konečné velikosti pixelu na senzoru nebo zrna fotocitlivého materiálu u zrna.</p> <p>Mění jí clonové číslo (čím větší, tím větší hloubka ostrosti).</p> Signup and view all the answers

<p>• lokální geometrie • koeficient odrazivosti albedo • úhel natočení • směr pohledu • vlnová délka dopadajícího světla</p> Signup and view all the answers

<p>V obecném případě popisuje odrazivost těles. BRDF f, udává jas elementární plošky na povrchu pro určitý materiál, zdroj světla a směr pohledu. Modelování dvousměrné distribuční funkce odrazu f je důležité pro realistické stínování v počítačové grafice.</p> Signup and view all the answers

<p>je idealizovaný model povrchu, který má několik zjednodušujících předpokladů o odrazivosti.</p> <ul> <li>Odráží světelnou energii rovnoměrně do všech směrů. Proto je zář (a také jas) ze všech směrů konstantní. Jeho BRDF je také konstantní.</li> <li>Odrazivost je nezávislá na úhlu pohledu</li> </ul> <p>Lambertovský model je pro svou jednoduchost značně oblíbený. Používá se pro výpočty odrazivosti nebo v počítačové grafice.</p> Signup and view all the answers

<p>Rovnice ozáření říká jak se v obraze projeví zář scény. E = L (π/4)^2 * cos⁴ a Kde E je ozáření, L je zář scény, cos⁴ a je optická vada vinětace.</p> <p>Ozáření E je dáno množstvím energie, kterou senzor snímající obraz získá na jednotku účinné plochy čidla světla. Účinná plocha světla respektuje vzájemné natočení elementární plošky, ze které je světelná energie vyzařována, a elementární plošky přijímacího čidla. Odvození je založeno na zjednodušené představě čidla jako např jednoho pixelu digitální kamery. Uvažujeme perspektivní zobrazení jako první vyjdeme s rovností prostorových úhlů, dále stanovíme jaké množství světla projde přes čočku o poloměru d. Světelná energie je čočkou soustředěna do obrazu. Zanedbáme ztráty v čočce a uvažujeme, že žádné další světlo, již nedopadá na senzor.</p> <p>K obrázku: optická osa je ve směru osy Z objektiv je v počátku a má ohniskovou vzdálenost f. Elementární ploška do na povrchu objektu, jejíž zobrazení do plošky v obraze dI nás zajímá je ve vzdálenosti z, Spojnice mezi ploškami do a dI a osa Z svírají úhel a. Spojnice mezi ploškami do a dI svírá s normálou n k plošce do úhel O</p> Signup and view all the answers

<p>je klíčovým krokem v oblasti zpracování obrazu, který zahrnuje různé techniky a operace pro zlepšení kvality a vhodnosti obrazových dat pro následující analýzu nebo interpretaci.</p> <p>Předzpracování obrazu může obsahovat několik operací, včetně filtrace, normalizace, úpravy kontrastu a dalších.</p> <p>Vstupem jsou surová obrazová data a výstupem je zpracovaný obraz, který by měl být vhodně přizpůsoben pro daný účel, ať už jde o analýzu, segmentaci, rozpoznávání nebo jiné aplikace.</p> <p>Úprava jasu a kontrastu, odstranění šumu, zaostření</p> Signup and view all the answers

<p>Dvourozměrná konvoluce je matematická operace, která kombinuje dva obrazy tak, aby vznikl obraz třetí (násobení ve frekvenční oblasti). Používá se jako frekvenčně selektivní filtr přičemž lze definovat: dolní propust (odstranění šumu, rozmazání) horní propust (zvýraznění hran v obrázku)</p> Signup and view all the answers

<p>h'(n) = 1/(2K+1) * Σ(n+i) i=-K Kde K udává velikost okolí</p> Signup and view all the answers

<p>• <strong>Histogramová ekvalizace:</strong> ○ Tato metoda se snaží rovnoměrně rozdělit jasové úrovně v histogramu obrazu. Histogram je transformován tak, aby byl co nejvíce uniformní. Tím se zvýší kontrast mezi různými jasovými úrovněmi.</p> <p>• <strong>Adaptivní kontrastová úprava:</strong> ○ Tato metoda bere v úvahu okolní regiony pixelů a upravuje kontrast lokálně na základě charakteristiky každého regionu. Místo jednotné transformace celého obrazu adaptivní kontrastová úprava analyzuje okolí každého pixelu a upravuje kontrast v souladu s okolními hodnotami.</p> Signup and view all the answers