Høgskolen i Østfold Avdeling for informasjonsteknologi Fag IAD33505 Bildebehandling og mønstergjenkjenning Laboppgave nr 1 Innføring i bildebehandling Sarpsborg 13.01.2005 12.01.05 Ny oppgave Log LMN Log, LMN Rev. Dato. Beskrivelse. Skrevet av Kontrollert Godkjent Fil : Skrevet ut av : i 13.01.2005 9:34 Antall sider : 5
Labkjøring: Alle gruppene må senest ha kjørt oppgaven i uke 3. Tidspunkt for kjøring avtales med Leif Martin. Presentasjon og skriftlig innlevering etter gjennomført laboppgave. Dette er likt for alle laboppgavene med mindre annet er beskrevet særskilt i oppgaven. Presentasjonsdel: Straks etter at gruppen har gjennomført laben, skal gruppen gi en muntlig presentasjon, en slags miniforelesning (trening mot hovedprosjekt), av laboppgaven. Maks. 30 min. Gruppen avtaler tidspunkt og sted med faglærer. Alle i gruppen skal delta i presentasjonen! Alle bilder som gruppen har tatt, skal inngå i presentasjonen (se også skriftlig del). Alle spørsmål i oppgaveteksten skal besvares (se også skriftlig del). Følgende spørsmål skal også besvares under presentasjonen: Hvilke problemer møtte dere på underveis? Hvilke forbedringer, eventuelt ny løsningsstrategi, ville bli gjort dersom oppgaven skulle være løst på nytt? Oppgavens vanskelighetsgrad? (1 (lett) 5 (meget vanskelig)). Skriftlig del: Denne delen skal være en skriftlig labbesvarelse i kortversjon. Alle bilder tatt under labkjøringen skal inngå. Pass på at de kommer i kronologisk rekkefølge. Alle spørsmål i laboppgaveteksten skal besvares. Dersom gruppen har skrevet egne MatLabprogrammer, så skal de vedlegges. Til slutt skal rapporten inneholde en konklusjon som oppsummerer oppgaven: hva dere har lært, hvilke problemer oppsto underveis og hvilke forbedringer bør gjøres. Innledning. Oppgaven går ut på å bli kjent både med utstyret som utgjør bildebehandlinglaboratoriet og bruk av ferdige MatLabprogrammer og eventuelt lage egne programmer for bildebehandling. Det skal tas bilder ved hjelp av et digitalkamera og disse skal gjøres om til binære bilder ved å velge fornuftige terskelverdier for disse bildene. Teknikken ("thresholding") går ut på å bestemme en terskelverdi slik at et gråtonesammensatt bilde kun får to gråtoner (svart/hvitt). Innføring i bildebehandling - HIØ side 2
Formål. Bli kjent med de deler som utgjør utstyret til et enkelt bildebehandlingslaboratorium. Få erfaring i bruk av bildeprosesseringsverktøy. Bli smertelig klar over at ytre forhold rundt arbeidscellen påvirker kvaliteten på et bilde. (Det hjelper ikke med allverdens bildebehandlingsrutiner, for eksempel i Matlab, dersom et bilde har dårlig kvalitet.) Få erfaringer i valg av terskelverdier. Forstå hvilke problemer det ligger i valg av terskelverdi. Bli kjent med blant annet histogram som hjelpemiddel til å bestemme terskelverdier. Beskrivelse av utstyr. Utstyret til laboratoriet består av: Digitalkamera (farge eller svart/hvitt). Stativfeste for kameraet og plate med overtrukket svart duk til å legge legemer på for avfotografering. Lysrørbelysning. Stoffstykke som formes som en gardin. Klosser av forskjellig form og areal. PC. MatLab-programmer. Litteratur. Læreboka: Digital Image Processing using MatLab av Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods, Steven L. Eddins. Forprosjekt. Sørg for at kamera, stativ og pc er riktig satt opp!! Innføring i bildebehandling - HIØ side 3
Oppgave A. 1. Gjør deg kjent med utstyret og hvordan du bruker MatLab ved bildebehandling. Få kameraet i "on-line" og skarpstill linsen om nødvendig (ved å legge et eller annet på underlaget). 2. Legg en kloss på det svarte underlaget, frys et bilde av den og lagr det (kall det bilde1). Det lagrete bildet skal være i gråtoner. Velger gruppen å ta et fargebilde av klossen så må det konverteres til gråtonebilde før lagring. 3. La klossen være urørt slik at alle forhold er identisk like med dem i punkt 2. Tildekk så tre av sidene til stativfestet med stoffstykket slik at du ser inn i et lukket rom. Ta så et nytt bilde av klossen (bilde2) som også lagres. 4. Få fram forskjellen mellom bilde1 og bilde2 som lagres som bilde1-2. Finn største og minste pikselverdi i dette bildet. Lag dernest et histogram av bildet. Kommenter så hvordan lysforhold spiller inn på bildekvaliteten. 5. Gjennomfør samme intensitetstransformasjon på bilde1 og bilde2 slik at bildene blir lysere, dvs. som nå kalles bilde1a og bilde2a. Forklar hvilken transformasjonsrutine som velges. Få fram forskjellen mellom bilde1a og bilde2a som lagres som bilde1a-2a. Finn største og minste pikselverdi i dette bildet. Lag dernest et histogram av bildet. Kommenter så hvordan lysforhold spiller inn på bildekvaliteten. 6. Gjennomfør samme intensitetstransformasjon på bilde1 og bilde2 slik at bildene blir mørkere, dvs. som nå kalles bilde1b og bilde2b. Forklar hvilken transformasjonsrutine som velges. Få fram forskjellen mellom bilde1b og bilde2b som lagres som bilde1b-2b. Finn største og minste pikselverdi i dette bildet. Lag dernest et histogram av bildet. Kommenter så hvordan lysforhold spiller inn på bildekvali-teten. 7. Gå tilbake til utgangspunktet der en kloss ligger på underlaget. Plasser så en ny kloss slik at den hviler både mot den første klossen og underlaget, dvs. denne klossen vil ligge skrått i forhold til underlaget. Ta så to bilder, bilde3 og bilde4, ett der stoffstykket ikke brukes som gardin og ett med gardin. 8. Få fram forskjellen mellom bilde3 og bilde4 som lagres som bilde3-4. Finn største og minste pikselverdi i dette bildet. Lag dernest et histogram av bildet. Kommenter så hvordan lysforhold spiller inn på bildekvaliteten. Forklar hvorfor det er viktig å få så kontrastklare, skygge- og refleksjonsfrie bilder som mulig. Nevn og kommenter de viktigste støykildene i dette bildebehandlingsoppsettet. Innføring i bildebehandling - HIØ side 4
Oppgave B. 1. Hent fram bilde1 eller bilde2 med den ene klossen, velg det som dere mener er best. Velg en terskelverdi og omgjør bildet til et binært ett slik at alle piksler med verdi under terskelverdien blir svarte mens de med verdi over blir hvite. Velg en fornuftig terskelverdi slik at bildet av "klossen" kommer klart fram, og bakgrunnen blir mest mulig redusert. Forklar hvordan histogrammet gir informasjon med hensyn til valg av en slik fornuftig terskelverdi. Legg ved en utskrift av den binære versjonen av bildet. 2. Hent dernest fram bildet med de to klossene, bilde 3 eller bilde4, velg det beste. Dette er et mer komplisert bilde ved at det inneholder flere detaljer. Velg en terskelverdi slik at begge "klossene" kommer klart fram, og bakgrunnen blir mest mulig redusert. Er dette mulig? Forklar hvorfor det i dette tilfellet er vanskeligere å bestemme en gunstig terskelverdi ut fra dette histogrammet i forhold til histogrammet for det første bildet. Legg ved den "beste" binære versjonen av bildet. 3. Ta så enda et nytt bilde, bilde5, som inneholder en kloss, en kalkulator og en cd under forutsetning at ingen av objektene dekker hverandre delvis. På grunnlag av dette skal det lages to binære bilder. På det ene skal bare kalkulatoren komme fram, dvs. de to andre legemene viskes ut, og på det andre bare cd-en. Det skal legges ved en utskrift av hvert av de to binære bildene. Med utgangspunkt i disse bildene skal det beskrives både hvor vellykket de er og hvilke problemer dere sto overfor. 4. La så kalkulatoren delvis dekke cd-en. Gjennomfør punkt 3 på nytt. Glem ikke å kommentere hvilke problemer dere sto overfor. Husk på at læreboka gir mye nyttig informasjon. Forklar hvorfor det i noen tilfeller kan være hensiktsmessig å forenkle et bilde til kun to gråtoner, og hvilke problemer som forbindes ved valg av terskel verdi. Oppgave C (frivillig). Hvorfor ikke leke litt til slutt. Ta et portrettbilde, gjerne av en i gruppen. Manipuler bildet i tråd med det som er gjort i oppgave A og B. Ta utskrift av de beste eventuelt morsomste bildene. Avslutt med å omdanne det opprinnelige bildet til et binært bilde. Kunne man tenke seg å bruke det som passbiide? Gjør dere denne delen av oppgaven. Pass på å ta utskrift av bildene som skal leveres inn på lik linje med de andre bildene. Innføring i bildebehandling - HIØ side 5