«Обработка изображений и распознавание образов» Визильтер Юрий Валентинович Методическое пособие-2010

1.1. ЗАДАЧИ И ПРИЛОЖЕНИЯ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ. 5

ЦИФРОВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ. ЯРКОСТЬ И ГЕОМЕТРИЯ. ВИДЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ФОРМАТЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ПЕРВИЧНЫЕ СРЕДСТВА АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ. 5

ИЗОБРАЖЕНИЯ РАЗЛИЧНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ. ИК-ДАТЧИКИ. РАДАРЫ. ЛАЗЕРНЫЕ ЛОКАТОРЫ. РЕНТГЕНОВСКИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ТОМОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. 5

ЗНАКОМСТВО С СИСТЕМОЙ PISOFT. 5

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ РЕАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. CCD МАТРИЦЫ. СКАННЕРЫ. ГЕОМЕТРИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ЦИФРОВЫЕ И АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ. ТИПОВЫЕ ВИДЫ ПОМЕХ И ИСКАЖЕНИЙ НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ РАЗЛИЧНОГО ТИПА. 5

ЦВЕТНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ЦВЕТОВОЕ ПРОСТРАНСТВО И ВОСПРИЯТИЕ ЦВЕТА ЧЕЛОВЕКОМ. РАЗЛИЧНЫЕ ЦВЕТОВЫЕ ПРОСТРАНСТВА. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЦВЕТОВЫХ ПРОСТРАНСТВ. 5

Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения 5

Уровни и методы машинного зрения 7

Растровое изображение 8

Алгебраические операции над изображениями 9

Физическая природа изображений 10

Тип пикселя 13

Возможности и особенности системы Pisoft 15

Устройства оцифровки и ввода изображений 32

Обработка цветных изображений 36

1.2. Гистограмма и гистограммная обработка. Бинаризация и сегментация. Нормализация, Эквализация. Гистограммная сегментация. Бинаризация. Метод Отсу. Профили и проекции 42

БИНАРНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ. ЗАДАЧА ВЫДЕЛЕНИЯ СВЯЗНЫХ ОБЛАСТЕЙ. МЕТОД "ЛЕСНОГО ПОЖАРА". ДВУХПРОХОДНЫЙ АЛГОРИТМ ВЫДЕЛЕНИЯ СВЯЗНЫХ ОБЛАСТЕЙ. АЛГОРИТМ ОБХОДА КОНТУРА. 42

Гистограмма и гистограммная обработка изображений 43

Профиль вдоль линии и анализ профиля 47

Проекция и анализ проекции 48

Бинаризация полутоновых изображений 49

Сегментация многомодальных изображений 50

Выделение и описание областей 51

1.3. Фильтрация. Выделение объектов при помощи фильтров 58

ФИЛЬТРАЦИЯ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. МОДЕЛЬ ШУМА "СОЛЬ И ПЕРЕЦ". ЛОГИЧЕСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ. РАНГОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ. БИНАРНАЯ МЕДИАНА. СТРУКТУРНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ. РАСШИРЕНИЕ И СЖАТИЕ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ВЫДЕЛЕНИЕ МЕЛКОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ. ПЕЛЕНГ. ПЕЛЕНГ С ОКАЙМЛЕНИЕМ. РЕКУРРЕНТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ БИНАРНЫХ ФИЛЬТРОВ. 58

НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ПОЛУТОНОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ОБОБЩЕНИЕ МЕТОДОВ БИНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ. ПОРЯДКОВЫЕ СТАТИСТИКИ. РАНГОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ. "БЫСТРЫЕ" АЛГОРИТМЫ РАНГОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ. СИГМА-ФИЛЬТР. ФИЛЬТРЫ, СОХРАНЯЮЩИЕ КРАЯ. НОРМАЛИЗАЦИЯ ФОНА. 58

Задача фильтрации изображений 58

Фильтрация бинарных изображений 61

Нелинейная фильтрация полутоновых изображений 71

Задача выделения объектов интереса 74

1.4. Линейная фильтрация изображений. МОДЕЛЬ АДДИТИВНОГО ГАУССОВСКОГО ШУМА. Линейная фильтрация в пространственной области. СКОЛЬЗЯЩЕЕ СРЕДНЕЕ В ОКНЕ. "БЫСТРЫЙ" АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКОЛЬЗЯЩЕГО СРЕДНЕГО. ГАУССОВСКОЕ СГЛАЖИВАНИЕ. СВЕРТКА С ПРОИЗВОЛЬНОЙ МАСКОЙ. Преобразование Фурье. Линейная фильтрация в частотной области 80

Линейная фильтрация изображений. Линейная фильтрация в пространственной области 80

Преобразование Фурье. Линейная фильтрация в частотной области 83

Вейвлет-анализ 91

1.5. ВЫДЕЛЕНИЕ КОНТУРНЫХ ТОЧЕК (КОНТУРОВ) НА ПОЛУТОНОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ. ЭВРИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КОНТУРОВ. МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ВЫЧИСЛЕНИИ ПРОИЗВОДНЫХ. КУСОЧНО-ПОСТОЯННАЯ И КУСОЧНО-ЛИНЕЙНАЯ МОДЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ДВА ТИПА "КРАЕВ". ОПЕРАТОРЫ РОБЕРТСА, СОБЕЛА, ПРЕВИТТА, ЛАПЛАСА. ОПЕРАТОР МАРРА. ОБЩИЙ ПОДХОД К ЗАДАЧЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ. РЕГУЛЯРИЗАЦИЯ. ОПТИМАЛЬНЫЕ ОПЕРАТОРЫ ВЫДЕЛЕНИЯ КОНТУРОВ. 95

СЕГМЕНТАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ВЫДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ. КРИТЕРИИ ОДНОРОДНОСТИ. ГИСТОГРАММНАЯ СЕГМЕНТАЦИЯ. СЕГМЕНТАЦИЯ ПО ЦВЕТУ. МЕТОДЫ СЛИЯНИЯ/РАЗБИЕНИЯ. 95

Задача выделения контурных точек 95

Операторы вычисления производных 95

Операторы вычисления векторов градиентов 96

Операторы Марра и Лапласа 97

Постобработка контурного изображения 99

Сегментация полутоновых изображений 101

1.6. Морфологические методы анализа сцен (по Ю.П. Пытьеву) 109

Методы обнаружения объектов, заданных эталонами 109

Форма изображения как инвариант преобразований изображений, отвечающих вариациям условий регистрации 115

Сравнение изображений по форме 116

Выделение отличий изображений по форме 118

Обнаружение объекта по его изображению и оценка его координат 118

*Морфология на базе кусочно-линейной интерполяции 119

1.7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ХАФА. НОРМАЛЬНАЯ ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ПРЯМЫХ. МЕТОД ГОЛОСОВАНИЯ ТОЧЕК. СВЯЗЬ С МЕТОДОМ. Г.М.Т. СВЯЗЬ С СОГЛАСОВАННОЙ КОНТУРНОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ. ВЫДЕЛЕНИЕ ДРУГИХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ФИГУР. ВЫДЕЛЕНИЕ ОКРУЖНОСТЕЙ. ОБОБЩЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ХАФА (GHT). 124

Преобразование Хафа для поиска прямых 126

*Различные способы параметризации прямых 127

Преобразование Хафа для поиска окружностей 129

Анализ аккумулятора при поиске геометрических примитивов 130

Обобщенное преобразование Хафа 131

*Специализированная процедура голосования для поиска эллипсов 132

*Рекуррентное преобразование Хафа в скользящем окне 133

1.8. Математическая морфология (по Ж. Серра) 136

Морфологические операции на бинарных изображениях 136

Морфологические операции на полутоновых изображениях 140

Морфологическое выделение «черт» и объектов 141

Морфологический спектр 142

Морфологические скелеты. Непрерывная бинарная морфология 145

*Регуляризация скелетов 152

*Селективные морфологии 157

1.9. АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ. ВЫДЕЛЕНИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ. РАЗНОСТЬ КАДРОВ. ВЫЧИТАНИЕ ФОНА. АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ. СЛЕЖЕНИЕ ЗА ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ. КОРРЕЛЯЦИОННОЕ СЛЕЖЕНИЕ. 161

СЖАТИЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ. СЖАТИЕ БЕЗ ПОТЕРЬ. СЖАТИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ. СОВРЕМЕННЫЕ ФОРМАТЫ ХРАНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ. 161

Анализ движения. Выделение движущихся объектов. Разность кадров. Детектирование оставленных предметов 161

Метод оптических потоков 162

Корреляционное слежение. 167

Форматы хранения и передачи цифровых изображений 168

Методы сжатия цифровых изображений 169

Формат BMP 171

Формат PCX 173

Формат GIF 173

Формат TIFF 174

Формат JPEG 175

Форматы хранения и передачи цифровых видеопоследовательностей 178