Lecture 4: Image Processing PDF
Document Details
Uploaded by StylishSpessartine
جامعة العلوم والتقانة
Dania Mohamed Ahmed
Tags
Summary
This lecture provides an overview of image processing techniques, including various filtering methods like spatial filtering, smoothing linear filters, and non-linear filters, such as mean filter, weight average filter, minimum/maximum filter, and median filter. It also explores color and grayscale images and techniques like image warping.
Full Transcript
تقنيات الوسائط المتعددة Multimedia technologies Lecture (4) Dania Mohamed Ahmed الخالصة الصورهImage معالجة الصورة Image Processin...
تقنيات الوسائط المتعددة Multimedia technologies Lecture (4) Dania Mohamed Ahmed الخالصة الصورهImage معالجة الصورة Image Processing تصفية الصور(فلتر) Image Filtering التصفية المكانية (الترشيح المكاني) spatial filtering تنعيم المرشحات الخطية Smoothing Linear Filter -فلتر المتوسط Mean Filter -فلتر متوسط الوزن Weight average Filter تنعيم المرشحات الغير خطية Smoothing Non-Linear Filter -فلتر الحد األدني والحد األقصيMaximum and Minimum Filter -فلتر الوسيط Median Filter الصورة Image الص1ورة تتك1ون من ع1دد من المربع1ات الص1غيرة ) في ش1كل مص1فوفة) وال1تي تعرف بالبكسل . في الص1ورة الثنائي1ة Binary Imageع1دد القيم اللوني1ة لك1ل بكس1ل ه1و يس1اوي 2 (ل1ونين) وه1ذا يع1ني أن قيم1ة البكس1ل إذا ك1انت ( 0ص1فر) ه1ذا يع1ني الل1ون األس1ود أم1ا إذا ك1انت القيم1ة ( 1واح1د) فإن1ه الل1ون األبيض .كم1ا موض1ح في الشكل أدناه : الص1ورة الرمادي1ة Gray-scale Imageع1دد القيم اللوني1ة لك1ل بكس1ل هويس1اوي 256ل1ون وه1و ع1دد ال1درجات من الل1ون األبيض إلى الل1ون األس1ود تب1دأ من القيمة 0إلى 255اي ان كل بكسل يتم حجز 8بت لتخزينها في الذاكرة. الش1كل أدن1اه يوض1ح مص1فوفة تمث1ل الص1ورة الرمادي1ة ونالح1ظ ان ك1ل بكس1ل يأخذ قيمة لونية من 0الى .255 الص1ور الملون1ة Color Imageع1دد القيم اللوني1ة فيه1ا ويس1اوي 16,777,216 لون. هنال1ك ثالث ال1وان رئيس1ة وهم االحم1ر واالزرق االخض1ر ،ك1ل بكس1ل في الص1ور الملون1ه يحم1ل ثالث قيم وه1و عب1ارة عن دمج بين الثالث أل1وان ليمثل1ون ل1ون جديد.وهذا يعني أن اللون الواحد حجمه 8بت . كل ل1ون ل1ه قيم من 0الى ، 255أي أن الل1ون االحم1ر 256قيم1ة مختلف1ة (من الف1اتح الى الغ1امق) واالخض1ر واالزرق ك1ذلك ،وعن1د دمج جمي1ع االحتم1االت من الثالثة الوان نحصل على عدد 16,777,216لون مختلف. في الص1ور الملون1ة تمث1ل الص1ورة على ش1كل مص1فوفة ثالثي1ة االبع1اد (الص1ور الثنائية والرمادية ثنائية االبعاد) ،كما في الشكل أدناه : حساب حجم الصورة من المصفوفة تتكون مصفوفة الصورة من األعمدة ( )Mوالصفوف ( )Nالتي تحدد العناصر أو البكسل داخل الصورة. قانون حساب حجم الصورة : بت Size =M x N x K حيث أن Kعباره عن عدد البت لكل بكسل وتحسب بالقانون : عمق الصورة : n مثــــال 20 43 4 10 40 60 12 22 50 55 90 33 40 21 10 57 20 175 41 97 أحسب حجم الصورة اعاله علما بأن العمق 8بت ؟ الــــــحــل M=4 N=5 k ==256 بتSize=4x5x256=5120 معالجة الصور Image Processing معالج1ة الص1ورة هي طريق1ة إلج1راء بعض العملي1ات على ص1ورة ،من أج1ل الحص1ول على ص1ورة محس1نة أو الس1تخراج بعض المعلوم1ات منه1ا مث1ل قيم الح1واف والزواي1ا .وتتم ه1ذه العملي1ات بس1تخدام خوارزمي1ات مح1ددة يك1ون له1ا تأثير إيجابي على الصور. أنواع معالجة الصور : .1تصفية الصور( فلتر) Image Filtering ويتم في ه1ذه المعالج1ة تغي1ير قيم البكس1ل (تغي1ير نط1اق الص1ورة) ،وذل1ك يع1ني تغير في ألوان الصورة. تشويه الصورة (إعوجاج أو تزييف)Image Warping .2 ويتم في ه1ذه المعالج1ة تغي1ير مواض1ع البكس1ل أو النق1اط (تغي1ير مج1ال الص1ورة)، وه1ذه يع1ني تغي1ير مواق1ع البكس1ل ببكس1ل آخ1ري موج1وده في الص1ورة دون تغ1ير قيمتها (أي لونها). الصورة بعد الصورة األصلية المعالجة تصفيةFiltering تشويه Warping مثـــال ( لتطبيق عملية على الصورة) : طرح ص11ورة الخلفي11ة :تس11تخدم إذا كنت تري11د إظه11ار ص11ورة معزول11ة عن الخلفي1ة وتتم بع1د إدخ1ل ص1ورتين واح1ده تمث1ل الخلفي1ة والثاني1ة تمث1ل ش1خص م1ا يسمى الصورة األمامية وينتج صورة جديدة. إذا كانت لدينا هذه الصور: الصورة كاملة الخلفية 125 125 125 125 125 125 125 125 214 98 112 125 214 125 214 214 214 125 112 214 214 125 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 0النتـيجة0 0 0 0 27 102 89 0 0 102 0 0 0 0 0 تصفية الصور( فلتر) Image Filtering تس1تخدم تص1فيات الص1ور في المق1ام األول لتحري1ر ص1ورة بإس1تخدام ب1رامج في الحاس1وب.يك1ون التغ1يرفي فل1تر الص1ورة بش1كل ع1ام على مس1توى البكس1ل ،مم1ا يع1ني أن ك1ل بكس1ل يت1أثر بش1كل ف1ردي.يمكن تطبيق1ه على الص1ور ثنائي1ة األبع1اد وثالثي1ة األبع1اد.ع1ادة م1ا تتض1من عملي1ة تص1فية الص1ور خيارات مثل: .1تحرير نظام األلوان /التباين للصورة. .2ضبط سطوع الصورة. .3إضافة تأثيرات للصورة. .4تغيير الملمس. التصفية المكانية (الترشيح المكاني) spatial filtering هي عملي1ات التص1فية ال1تي يتم إجراؤه1ا مباش1رة على بكس1ل الص1ورة.تك1ون العملي1ة ببساطة من تحريك قناع الفلتر Filter Maskمن نقطة إلى نقطة في الصورة. قنــاع الفلــتر ه11و مج11رد طريق11ة لتمثي11ل عملي11ة يتم إجراؤه11ا على ك11ل بكس11ل من الصورة ).القناع عبارة عن مصفوفة صغيرة). قنـاع الصـورة هي عملي1ة إلخف1اء أو الكش1ف عن بعض أج1زاء الص1ورة أو إس1تبدال أو دمج لصورتين أو أكثر. إذا ك1ان مجم1وع قيم القن1اع Maskتس1اوي واح1د فه1ذا يع1ني إض1اءة عالي1ة ،أم1ا إذا ك1انت القيم صفر فهذا يعني فقد إضاءة الصور تصبح لونها أسود. تنعيم المرشحات المكانية Smoothing Spatial Filters هي عملي1ة تس1تخدم لتقلي1ل الضوض1اء أو التش1ويش ال1ذي تحمل1ه الص1ورة أوتحس1ين ج1ودة ا1لصورة1.تأخذ في1االعتبار جم1يع الب1كسل الم1حيطة من1أجل تحد1يد نسخ1ة أك1ثر دق1ة. تحتوي الصور على أنواع مختلفة من الضوضاء التي تقلل من جودة الصور. Smoothing Spatial Filters Smoothing Linear Filters Smoothing Non-Linear Filters Mean Filter Minimum Filter Maximum Filter Weight average Filter Median Filter تنعيم المرشحات Smoothing Linear Filters الخطية هي إيجاد متوسط وحدات البكسل الموجودة في قناع الصورة (مصفوفة). من تقنيات المرشحات الخطية : .1فلتر المتوسط Mean Filter or average Filter .2فلتر متوسط الوزن Weight average Filter فلتر المتوسط Mean Filter هي تقنية بسيطة وسهلة التنفيذ لتنعيم الصور ،أي تقليل مقدار تباين الكثافة )يضبط قيمة اللون) بين كل بكسل واألخرى.يتم استخدامه غالًبا لتقليل التشويش في الصور. تستخدم إلزالة الشوائب الضخمة في الصورة.غالبا ما يتم استخدام مصفوفة مربعة 3 * 3على الرغم من أنه يمكن استخدام مصفوفة أكبر لتنعيم أكثر حدة كلما زاد حجم المصفوفة زاد تأثير الفلتر. عيوب استخدام فلترالمتوسط : .1استبدل جميع وحدات البكسل في الصورة بقيمة المتوسط حيث تؤثر سلًبا على القيم غير الطبيعية المحيطة بالبيكسالت. .2اجعل الصورة أقل وضوًح ا ،خاصة عند الحواف. قناع تقنية فلتر المتوسط هو 1 1 1 1 1 1 X 1 1 1 إيجاد متوسط القناع (1=9/9=9/)1+1+1+1+1+1+1+1+1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 القانون = Avg (Pقيمة النقطة (البكسل) في المصفوفة ).Point : (: Mقيمة القناع ).Mask إذا عند تنفيذ عملية فلتر المتوسط يتم تجاهل القناع وذلك ألن قيمة جميع النقاط فيه تساوي واحد فال تأثر علي القيم. أمثــــلة .1قم بفلتر الصوره التالية بإستخدام تقنية فلتر المتوسط Mean Filtering؟ 8 1 5 20 10 2 3 4 11 الــــــحــل ( 7= 9/)8+1+5+20+10+2+3+4+11 8 1 5 20 7 2 النتيجة 3 4 11 .2قم بفلتر الصوره التالية بإستخدام تقنية فلتر المتوسط Mean Filtering مرتين علي التوالي؟ 2 3 5 4 1 5 8 7 2 3 9 11 2 3 5 1 5 8 الــــــحــل 2 3 9 -1يتم قسمة القناع Maskإلى 3*3فتصبح : (4.224=38/9=9/)2+3+5+1+5+8+2+3+9 2 3 5 1 4 النتيجة 8 1 2 3 9 3 5 4 -2فلتر بقية القناع Maskللمره الثانية (6.116=55/9=9/)3+5+4+7+8+5+11+9+3 5 8 7 3 9 11 3 5 4 النتيجة 2 5 6 7 3 9 11 2 3 5 4 النتيجة النهائية 1 4 6 7 2 3 9 11 فلتر متوسط الوزن Weight average Filter أن وح1دات البكس1ل مض1روبة في مع1امالت مختلف1ة ،مم1ا يعطي أهمي1ة أكبر (الوزن) لبعض وحدات البكسل على حساب البعض اآلخر. يتم ض11رب البكس11ل األوس11ط بقيم11ة أعلى من أي قيم11ة أخ11رى مم11ا يعطي أهمية أكبر في حساب المتوسط. قناع فلتر متوسط الوزن هو 1 2 1 X 2 4 2 1 2 1 يتم إستخدام قانون فلتر المتوسط لحساب فلتر متوسط الوزن . مثــــال . 1قم بفلتر الصوره التالية بإستخدام تقنية فلتر متوسط الوزن Weight average Filter؟ 40 45 30 41 50 20 60 70 25 1 2 الــــــحــل 1 2 4 2 X 1 2 1 = 44= 44.1 avg النتيجة النهائية 40 45 30 41 44 20 60 70 25 تنعيم المرشحات الغير Smoothing non-linear filters خطية يعتمد على ترتيب وحدات البكسل الموجودة في منطقة الصورة. يتم استبدال قيمة بكسل المركز بالقيمة المحددة بنتيجة الترتيب. إنها أقوى من المرشحات الخطية ألنها قادرة على تقليل مستويات الضوضاء مع إمكانية المحافظة على الحواف . من تقنيات المرشحات الغير خطية : -1فلتر الحد األدني Minimum Filter -2فلتر الحد األقصيMaximum Filter -3فلتر الوسيط Median Filter فلترالحد األدنى والحد Minimum and Maximum Filter األقصى في تقني11ة الح11د األدني يتم تحدي11د أص11غر قيم11ه من القيم الموج11وده في القناع .تقنية الحد األعلى يتم تحديد أعلي قيمة من القيم. تقني1ة الح1د األعلي تس1اعد في إيج1اد مواض1ع أو نق1اط الس1طوع في الص1ورة. وبذلك تساعد في تحسين نسبة اإلضاءة العالية في أماكن معينة. تقني1ة الح1د األدني تس1اعد في إيج1اد النق1اط المظلم1ة في الص1ورة.وب1ذلك تساعد في تحسين األماكن المظلمة في الصورة. مثــــال قم بفلتر الصورة التالية : 40 45 30 41 50 20 60 70 25 .1بإستخدام الحد األدني Minimum Filter؟ الــــــحــل يتم ترتيب النقاط أوال : 70 60 50 45 41 40 30 25 20 أصغر قيمة = 20 النتيجة النهائية 40 45 30 41 20 20 60 70 25 .1بإستخدام الحد األقصي Maximum Filter؟ الــــــحــل يتم ترتيب النقاط أوال : 20 25 30 40 41 45 50 60 70 أكبر قيمة = 70 النتيجة النهائية 40 45 30 41 70 20 60 70 25 فلتر الوسيط Median Filter يتم استخدامه لتقليل مقدار تباين الشدة بين بكسل وأخرى. في هذا الفلتر نستبدل قيمة البكسل بالقيمة المتوسطة. يتم حس1اب المتوس1ط عن طري1ق ف1رز جمي1ع قيم البكس1ل أوًال ب1ترتيب تص11اعدي ثم اس11تبدال البكس11ل ال11ذي يتم حس11ابه بقيم11ة البكس11ل األوسط. مثــــال 10 5 20 14 80 11 8 3 22 الــــــحــل يتم ترتيب النقاط : 80 22 20 14 11 10 8 5 3 الوسيط = 5إذا ترتيبه في النقاط= 11 النتيجة النهائية 10 5 20 14 11 11 8 3 22 س ــ ـ ـ ؤ ا ل