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

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=IBXF3DfnhVhWdM&tbnid=MSWoO83Z9Rmg3M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.inictel-uni.edu.pe%2Ftest%2Fatt%2Findex.php%3Foption%3Dcom_content%26view%3Darticle%26id%3D183%3Ainictel-uni-frida%26catid%3D50%3Aultimas-noticias%26Itemid%3D171&ei=cIPuUevdGYq68wSN8oGgCg&bvm=bv.49478099,d.eWU&psig=AFQjCNHsAP0B00iHWjKdaJF2FCiKPFiCVw&ust=1374672109761437

http://www.google.com.pe/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=KyB3rzu3AjZkDM&tbnid=ZAOPytT9GYAntM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http%3A%2F%2Fwww.cofaesac.com%2Fenlaces.php&ei=oIPuUeatLYX-9QT6t4HoCg&psig=AFQjCNHtPgnR2qOm2Ne15u71lpYaOCLL5Q&ust=1374672160809908

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


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


Componente G


IMAGEN – MATRIZ DE PÍXELES

RESOLUCIÓN ESPACIAL: M x N


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


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


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


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


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