Download - Procesamiento Imagenes Parte 1 INICTEL UNI
Introducción al de Procesamiento
Digital de Imágenes (Parte 1)
Prof. Dr. Guillermo Kemper Vásquez
Instituto Nacional de Investigación y Capacitación
en Telecomunicaciones - INICTEL-UNI
I. ALGUNOS CONCEPTOS INTRODUCTÓRIOS
IMAGEN
MONOCROMA
FUNCIÓN BIDIMENSIONAL DE
INTENSIDAD DE LUZ f(x,y) “ f ” EN UN PUNTO (x,y) ES
PROPORCIONAL AL BRILLO DE LA
IMAGEN O NIVEL DE GRIS.
“ x ” Y “ y ” SON COORDENADAS
ESPACIALES.
IMAGEN
POLICROMA
FUNCIÓN TRIDIMENSIONAL
DE INTENSIDADES DE LUZ
f(x,y,n) CORRESPONDIENTES
A 3 COLORES PRIMARIOS
(R:ROJO, G:VERDE Y B:AZUL)
“ f ” EN UN PUNTO (x,y,n) ES
PROPORCIONAL AL BRILLO O
INTENSIDAD DE LA COMPONENTE
PRIMARIA “n” (n=1,2,3).
“ x ” Y “ y ” SON COORDENADAS
ESPACIALES.
UNIDAD MÍNIMA DE REPRESENTACIÓN DE UNA IMAGEN DIGITAL : PIXEL o PEL (Picture Elements)
f(x,y)
monocroma
f(x,y,n)
policroma
Componente de Gris
(r= 8bits – L= 256 tonalidades)
IMAGEN – MATRIZ DE PÍXELES
RESOLUCIÓN ESPACIAL: M x N
I. ALGUNOS CONCEPTOS INTRODUCTÓRIOS
M
N
Formato : Escala de Grises (r = 8bits/pixel)
0 (negro)
255 (blanco)
Bits/Imagen : M x N x r
Componente B
(8bits – 256 tonalidades)
Componente R
(8bits – 256 tonalidades)
Componente G
(8bits – 256 tonalidades)
IMAGEN – MATRIZ DE PÍXELES
RESOLUCIÓN ESPACIAL: M x N
I. ALGUNOS CONCEPTOS INTRODUCTÓRIOS
M
N
Formato : Color Verdadero (r = 24bits/pixel)
0
255 (R)
0
255 (G)
0
255 (B) máxima
intensidad
Bits/Imagen : M x N x r Si R=G=B Escala de Grises
I. ALGUNOS CONCEPTOS INTRODUCTÓRIOS
PROCESAMIENTO DE IMÁGENES PROCESAMIENTO DE MATRICES
IMAGEN EN ESCALA
ESCALA DE GRISES
)1,1(¨¨)3,1()2,1()1,1()0,1(
::::::
)1,2(¨¨)3,2()2,2()1,2()0,2(
)1,1(¨¨)3,1()2,1()1,1()0,1(
)1,0(¨¨)3,0()2,0()1,0()0,0(
),(
NMfMfMfMfMf
Nfffff
Nfffff
Nfffff
yxf
)1,1,1(¨¨)1,3,1()1,2,1()1,1,1()1,0,(
::::::
)1,1,2(¨¨)1,3,2()1,2,2()1,1,2()1,0,2(
)1,1,1(¨¨)1,3,1()1,2,1()1,1,1()1,0,1(
)1,1,0(¨¨)1,3,0()1,2,0()1,1,0()1,0,0(
)1,,(
NMfMfMfMfMf
Nfffff
Nfffff
Nfffff
yxf
)2,1,1(¨¨)2,3,1()2,2,1()2,1,1()2,0,1(
::::::
)2,1,2(¨¨)2,3,2()2,2,2()2,1,2()2,0,2(
)2,1,1(¨¨)2,3,1()2,2,1()2,1,1()2,0,1(
)2,1,0(¨¨)2,3,0()2,2,0()2,1,0()2,0,0(
)2,,(
NMfMfMfMfMf
Nfffff
Nfffff
Nfffff
yxf
)3,1,1(¨¨)3,3,1()3,2,1()3,1,1()3,0,1(
::::::
)3,1,2(¨¨)3,3,2()3,2,2()3,1,2()3,0,2(
)3,1,1(¨¨)3,3,1()3,2,1()3,1,1()3,0,1(
)3,1,0(¨¨)3,3,0()3,2,0()3,1,0()3,0,0(
)3,,(
NMfMfMfMfMf
Nfffff
Nfffff
Nfffff
yxf
R
G B
IMAGEN A COLOR f (x,y,n)
RESOLUCIÓN ESPACIAL
M x N píxeles
MODELO RGB MODELO HSI
Píxel
Componente “H” (Hue),
identifica el color del píxel.
(256 valores – 8 bits)
Componente “S” (Saturation) , identifica el nivel de blanco
presente en el color especificado por “H” (colores puros son
mas saturados) - 256 valores - 8bits – escala de grises
Componente “I” (Intensity), identifica el
nivel de intensidad (brillo) del píxel.
(256 valores - 8bits – escala de grises)
BGBRGR
BRGR2
1
cosH2
1
BGRI 3
1
BGRBGR
S ,,min3
1
0
255 (H)
0
255 (S)
0
255 (I)
II. MODELO DE COLOR HSI
H
0 255
0
255
S
Píxel
Componente “H” (Hue),
identifica el color del píxel.
(256 valores – 8 bits)
Componente “S” (Saturation) , identifica el nivel de blanco
presente en el color especificado por “H” (colores puros son
mas saturados) - 256 valores - 8bits – escala de grises
Componente “I” (Intensity), identifica el
nivel de intensidad (brillo) del píxel.
(256 valores - 8bits – escala de grises)
0 255
II. MODELO DE COLOR HSI
I
III. ALGUNOS OBJETIVOS DEL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
PROCESAMIENTO DIGITAL
DE IMÁGENES
MEJORA DE LA
INFORMACIÓN
PICTÓRICA PARA LA
INTERPRETACIÓN
HUMANA
PROCESAMIENTO DE
DATOS DE LA ESCENA
PARA LA PERCEPCIÓN
AUTÓNOMA POR PARTE
DE UNA MÁQUINA
REPRESENTACIÓN EFICIENTE DE
LA INFORMACIÓN PICTÓRICA EN
FORMATO BINARIO
VISION COMPUTACIONAL
ADQUISICIÓN PRE-PROCESAMIENTO SEGMENTACIÓN REPRESENTACIÓN
Y DESCRIPCIÓN
RECONOCIMIENTO
E INTERPRETACIÓN
BASE DE DATOS
IV. SENSOR CCD (CHARGE-COUPLED DEVICE)
DISPOSITIVO DE CARGAS (ELÉCTRICAS) INTERCONECTADAS
FILTRO DE BAYER
CHIP CCD
SEPARADOR DE LUZ (ROJA, VERDE Y AZUL)
REGISTRADORES ANALÓGICOS
DE TRANSPORTE HORIZONTAL
AMPLIFICADOR
DE SALIDA
ELEMENTOS SENSITIVOS DE IMAGEM (FOTÓSITOS)
RELOJ HORIZONTAL
SALIDA DE VÍDEO
(MODULACIÓN POR
AMPLITUD DE
PULSO - PAM)
CCD 2D
1
3
2
4
N
1
3
2
4
N
1
3
2
4
N
1
3
2
4
N
REGISTRADORES ANALÓGICOS
DE TRANSPORTE VERTICAL
ESTÁPA DE TRANSFERÊNCIA VERTICAL
RELOJ VERTICAL
13 a 17um
CCD vs CMOS : CRITERIOS DE COMPARACIÓN
ELECTRÓNICA DE CONTROL (MÁS FLEXIBLE EN EL CCD)
SENSIBILIDAD (MÁS SENSIBLE ES EL CMOS)
RUIDO (MENOR RUIDO ELECTRÓNICO EN EL CCD)
VELOCIDAD DE OBTURACIÓN (MAYOR VELOCIDAD EN EL CCD)
BLOOMING (PROBLEMAS DE SATURACIÓN EN EL CCD)
CONSUMO ELÉCTRICO (MENOR CONSUMO POR PARTE DEL CMOS)
V. RECUANTIZACIÓN
REDUCCIÓN DEL NUMERO DE TONALIDADES SEGÚN LA APLICACIÓN.
GENERALMENTE SE TOMA COMO REFERENCIA EL FORMATO DE 8BITS/PIXEL
8 BITS/PIXEL 4 BITS/PIXEL
2 )y,x(Iround)y,x(I
rp
Q255
1
1
255
rp
QF
2
)y,x(I round)y,x(I
]255-[0 bits/pixel rp"" agenIm:)y,x(I )],(2-[0 bits/pixel rp""Imagen :)y,x(I 255],-[0 l8bits/pixe agenIm:)y,x(I Frp
Q 1
8 BITS/PIXEL 3 BITS/PIXEL
V. RECUANTIZACIÓN
8 BITS/PIXEL 2 BITS/PIXEL
V. RECUANTIZACIÓN
8 BITS / PIXEL 1 BIT / PIXEL (imagen binaria)
V. RECUANTIZACIÓN
VI. VARIACIÓN DE LA RESOLUCIÓN ESPACIAL Interpolación d e Orden Cero
)yS,xS(I)y,x(I jiD
espacial resolución distintacon resultanteimagen :)y,x(I pixeles), (MxN Original agenIm:)y,x(I D
Imagen Original (400x260) Imagen de 400x260 pixeles
(Si=4, Sj=4)
Imagen (100 x 65)
.horizontal laen toescalamien defactor : S
vertical.laen toescalamien de factor:S
j
i
interpolación de orden cero
( Si = 0.25, Sj= 0.25 ) ( Si= 4, Sj= 4 )
1 2
3 4
1 1
1 1
2 2
2 2
3 3
3 3
4 4
4 4
Incremento
en factor de 2
Pixelado
1
1 1
2 2
2 2
3 3
3 3
4 4
4 4
1
1
1
1 1 1 1
1
1 1
1 ?
? ?
? ? ? ?
?
?
?
?
?
VI. VARIACIÓN DE LA RESOLUCIÓN ESPACIAL Interpolación d e Orden Cero
Imagen Original (400x260)
Imagen (100 x 60)
Imagen de 400x260
interpolación bilineal
Los pixeles intermedios se generan por combinación lineal de los pixeles originales vecinos
( Si = 0.25, Sj= 0.25 ) ( Si= 4, Sj= 4 )
VI. VARIACIÓN DE LA RESOLUCIÓN ESPACIAL Interpolación Bilineal
A B
C D
A
1 1
B 2
2 2
C 3
3 3
D 4
4 4
1
1
1
1 1 1 1
1
1 1
1 ?
? ?
? ? ? ?
?
?
?
?
?
(x1, y1)
Generación del Pixel en la Posición (x0,y0)
D
C
B
A
1yxyx
1yxyx
1yxyx
1yxyx
4
3
2
1
4444
3333
2222
1111
(x2, y2)
(x3, y3) (x4, y4)
(x0, y0)
)y,x(I
4003020100 yxyx)y,x(I
D
C
B
A
1yxyx
1yxyx
1yxyx
1yxyx1
4444
3333
2222
1111
4
3
2
1
VI. VARIACIÓN DE LA RESOLUCIÓN ESPACIAL Interpolación Bilineal
Imagen Original (400x260)
Imagen (100 x 60)
Imagen de 400x260
interpolación bicúbica
Los pixeles intermedios se generan por combinación no lineal (bicubica) de los pixeles originales vecinos
( Si = 0.25, Sj= 0.25 ) ( Si= 4, Sj= 4 )
VI. VARIACIÓN DE LA RESOLUCIÓN ESPACIAL Interpolación Bicúbica
Formato de video y sistema de barredura; número de líneas activas; relación de aspecto. No-movil/movil:
•SD 480i; (720x483); 4:3 o 16:9
•SD 480p; (720x483); 16:9
•HD 720p; (1280×720); 16:9 (HD)
•HD 1080i; (1920x1080); 16:9 (Full HD)
•Nota: i = entrelazado, p = progresivo, SD=Standard Definition, HD: High Definition
One-seg (Todos estos formatos utilizando 4:3 o 16:9):
•SQVGA (160x120 o 160x90)
•QVGA (320x240 o 320x180)
•CIF (352x288)
El ISDB-TB presenta los siguientes formatos de compresión :
•No-movil/movil: MPEG-4 AVC HP@L4 (Advanced Video Coding, de perfil alto, nivel 4)
•Portátil: MPEG-4 AVC [email protected] (AVC, Base perfil, nivel 1,3)
VII. RESOLUCIÓN ESPACIAL : TV Digital ISDB-Tb
Frecuencia de
muestreo
Luminancia
13.5MHz
74.25
MHz
74.25
MHz
Crominancia
6.75 MHz
37.125
MHz
37.125
MHz
Número total de
muestras por línea
Luminancia 858 1650 2200
Crominancia 429 825 1100
Número total de
muestras por línea
activa
Luminancia 720 1280 1920
Crominancia 360 640 960
PARAMETRO
COMPONENTE
SD
HD
Full HD
VII. RESOLUCIÓN ESPACIAL : TV Digital ISDB-Tb
Resolución
Espacial
N x M
(NT x MT)
fps Tasa de Bits : TbAV / (TbTV ) - Mbit/seg
8 bit/muestra
(rY , rC)
4:2:2
10 bit/muestra
(rY , rC)
4:2:2
8 bit/muestra
(rY , rC)
4:2:0
10 bit/muestra
(rY , rC)
4:2:0
720x 483
(858 x 525)
SD
30I 167/(216) 209/(270) 125/(162) 156/(202)
30P 167/(216) 209/(270) 125/(162) 156/(202)
60P 334/(432) 417/540 250/(324) 313(404)
1280 x 720
(1650 x 750)
HD
30P 442/(594) 553/(742) 331/(445) 415/(556)
60P 884/(1188) 1106/(1485) 662/(890) 830/(1113)
1920 x 1080
(2200 x 1125)
Full HD
30I 995/(1188) 1244/(1485) 746/(891) 933/(1113)
30P 995/(1188) 1244/(1485) 746/(891) 933/(1113)
N : No. de pixeles activos por línea
M : No. de pixeles activos por columna
N T : No. total de pixeles por línea
M T : No. total de pixeles por columna T
Tb AV : Tasa activa de bits
Tb TV : Tasa total de bits
VII. RESOLUCIÓN ESPACIAL : TV Digital ISDB-Tb