Viktige begreper INF 23. 25 Introduksjon og Kap. 2 Introduksjon - hva er et digitalt bilde Avbildning Det elektromagnetiske spekteret Litt om bildeformater Kamera og optikk Øyet og egenskaper ved synet Et bilde er en reell funksjon av to (eller flere) reelle variable. Et digitalt bilde er en funksjon av to (eller flere) heltallsvariable Et 2-dimensjonalt digitalt bilde er en 2-dimensjonal array/matrise Hvert tall i matrisen kalles et piksel Tallverdien til hvert piksel angir intensiteten (hvor lyst/mørkt) til pikselen...25 INF23..25 INF23 2 Viktige begreper, illustrasjon Matematisk representasjon av digitale bilder f(x,y) er bildeverdien i piksel (x,y) x kolonne, går fra - bredde- y rad, går fra -høyde- (Alternative definisjoner mulig) f(x,y) er et tall som forteller noe om intensiteten (lysstyrken) målt i punkt (x,y) f(x,y) kan være en vektor, f.eks. r,g,b for et fargebilde f(x,y) må representeres med en gitt datatype (integer, byte, float etc.), y x..25 INF23 3..25 INF23 4
Pikseltyper Det elektromagnetiske spekteret 25 4 4 4 23 2 4 3 3 2 5..2.3. 4.5 4.6 8.7. 55.5 2.3. 33.. 76.4 5.3.2 44..2 24.5..3.8.4.4 Elektromagnetisk stråling Gammastråler, røntgen, UV, synlig lys, IR, mikrobølger, radio Bit Byte Real Unsigned short, float, double,complex etc. Bølgelengde λ..25 INF23 5..25 INF23 6 Det elektromagnetiske spekteret Fargebilder Bånd Bånd 2 Bånd 3 Fiolett:.4-.446 µm Blå:.446-.5 µm Grønn:.5-.578 µ m Gul:.578-.592 µm Oransje:.592-.62 µm Rød:.62-.7 µm c=λv c lysets hastighet (3x 8 m/s) λ - bølgelengde (m) v frekvens (sykler pr. sek, Hz)..25 INF23 7 Alle båndene vist samtidig..25 INF23 8
Bilder med flere bånd Flere bånd: Ulike frekvenser/bølgelengder Mange egenskaper Notasjon: f(,x,y) bånd f(4,x,y) bånd 4 f(x,y) et bånd 7 Eksempel: Bilde fra Landsat-satellitten 2 3 4 5 7 7 2.8-2.35 Mineraler 2 3 4 5 6 Blå Grønn Rød Nærinfrarød Middel infrarød Termisk infrarød Middel infrarød.45-.52.52-.6.63-.69.76-.9.55-.75.4-2.5 Max. penetrasjon av vann Planter og friskhet Vegetasjonstype Biomasse Fuktighet i bakke og vegetasjon Temperatur..25 INF23 9..25 INF23 Eksempel: Radarbilde vs. optisk Eksempler på ulike sensorer Passive: Optisk satellittbilde: Landsat Mikroskopi CCD-kamera Bilde fra ERS- SAR-satellitten Radaren viser røffheten på overflater Landsat-bilde fra samme område Aktive: Radarbilde fra satellitt: SAR Medisinsk ultralyd NMR magnetisk resonans Røntgen Sonar, seismikk lyd Laser range scanner..25 INF23..25 INF23 2
Bildeformater Vanligvis: Header kan være både ascii eller binære verdier <magic number> <tittel> <bredde=n> <høyde=h> <#bånd> <bildetype>... Pikselverdier binære verdier (som oftest) x x2... xn linje bånd.. x x2...xn linje h x x2...xn linje bånd 2. x x2...xn linje h..25 INF23 3 PBM, PGM, PPM PortableBitMap (binære) binær eller ascii PortableGreyMap (gråtoner) - binær eller ascii PortablePixelMap (RGB) binær eller ascii Eksempel- ascii P2 # A simple PGM image 7 7 255 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 33 2 2 2 2 2 2 33 2 2 2 2 33 33 33 33 33 2 2 2 2 33 2 2 2 2 2 2 33 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 header pikselverdier..25 INF23 4 Kompresjon Bildet komprimeres for å lagre det mer kompakt Tapsfri kompresjon: Originalbildet kan rekonstrueres eksakt fra det komprimerte bildet Ikke-tapsfri kompresjon: Originalbildet kan ikke rekonstrueres eksakt Andre begreper Fargetabeller: Alternativ til å lagre fargebilder som 24 bit RGB (8+8+8) Alpha-kanal: Fargene er transparente, slik at objektene i bakgrunn synes der alpha-kanalen er satt. Gamma-korreksjon: Ulineær korreksjon for kompensasjon av display-effekter..25 INF23 5..25 INF23 6
Formattyper Software-spesifikke XITE BIFF-format, ENVI, MacPaint, Windows BMP, HIPS-format Utvekslingsformater GIF (Graphic Interchange Format) PNG (Portable Network Graphics) JFIF (JPEG File Interchange Format) TIFF (Tagged Image File Format) PGM (Portable Grey Map) FITS (Flexible Image Transport System) MPEG: standard for video..25 INF23 7 Optisk akse Kamera og optikk u Forstørrelsesfaktor m=v/u u avstand fra objekt til linsen, v avstand fra linsen til bildeplanet f fokallengde, f=um/(m+) f-nummer = f/aperture..25 INF23 8 f v bilde Kamera og optikk fort. CCD-kameraer Stor aperture/blenderåpning, lavt f-nummer: Slipper inn mer lys, altså mindre eksponeringstid nødvendig Fokus mer kritisk Array av bildeelementer Et avbildingselement pr. oppløsningscelle Liten aperture, høyt f- nummer: Mindre lys, lengre eksponeringstid Fokus mindre kritisk (fra howthingswork.virginia.edu) Astronomi: kjøles ned for å minimaliser dark current Fordeler: ingen geometriske feil, lineær avbilding..25 INF23 9..25 INF23 2
Bilde dannes på retina (fotoreseptiv hinne) Rods (staver) mørkesyn Cones (tapper) konsentrert om fovea dagsyn 3 typer (r,g,bfølsom) Øyet optisk disk fovea Egenskaper ved synet Ikke-uniform fordeling av reseptorer Stort område, men ser bare et visst antall nivåer samtidig -- noen dusin overganger på et gitt punkt Brightness vs. intensitet -- logaritmisk Mach-bånd (lateral inhibition)..25 INF23 2..25 INF23 22 Bildebehandling vs. bildeanalyse Photoshop, gimp e.l.: Bildebehandling Bildeanalyse: Hva inneholder bildene objektgjenkjenning Øye-hjerne-analogi: (Hermann-grid vs. Kanizsatriangel) 3D avbildning Stereoskopi to bilder tatt fra litt forskjellig posisjon gir høydeinformasjon CT computer tomography 3D ultralyd..25 INF23 23..25 INF23 24