МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Марийский государственный технический университет

Кафедра радиотехнических систем

Лабораторный практикум по дисциплинам «Телевидение», «Основы телевидения»,

«Замкнутые телевизионные системы»,

«Автоматические телевизионные системы»

(раздел «Методы кодирования и обработки изображений»)

для студентов специальностей 201100, 200700

Разработал

доцент кафедры РТС

А.В.Кревецкий

Йошкар-Ола 2000

Лабораторная работа №1. Методы кодирование цветных телевизионных изображений. Колориметрические стандарты 4

Цель работы 4

Теоретические и методические рекомендации 4

Стандартная колориметрическая система RGB-MKO-1931г. 4

Стандартная колориметрическая система XYZ-MKO-1931 г. 5

Стандартная равноконтрастная колориметрическая система UVW-MKO-1960 г. 6

Определение координат цвета через координаты цветности 6

Задание. Порядок выполнения 7

Требования к содержанию отсчетов 7

лабораторная работа №2. моделирование зашумленных телевизионных изображений 8

Цель работы 8

Теоретические сведения о методах моделирования зашумленных изображений 8

Метод Монте-Карло 8

Генерация импульсных помех 10

Генерация флуктуационного шума 10

Задание. Порядок выполнения 12

Требования к содержанию отсчетов 12

лабораторная работа №3. точечная обработка и геометрические ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ 13

Цель работы 13

Общие сведения о задачах и методах автоматической обработки и понимания изображений. 13

Точечная обработка и геометрические преобразования изображений 14

Координатно-независимые точечные преобразования 14

Координатно-зависимые точечные преобразования. 17

Геометрические преобразования 18

Задание. Порядок выполнения 19

Требования к содержанию отчетов 20

лабораторная работа №4. методы фильтрации цифровых изображений 21

Цель работы 21

Основные сведения о методах фильтрации изображений 21

Временная фильтрация изображений 21

Линейная пространственная фильтрация изображений 22

Согласованная пространственная фильтрация 22

Примеры линейных фильтров 23

Нелинейная пространственная фильтрация 25

Дифференциальные и масочные фильтры 26

Задание. Порядок выполнения 26

Требования к содержанию отчетов 27

лабораторная работа №5. методы выделения признаков и символическое описание изображений 28

Цель работы 28

Теоретические сведения 28

Первичные и вторичные признаки распознавания 28

Выбор признаков распознавания 28

Контурное описание признаков формы 29

Сегментация изображений 29

Пороговые процедуры при сегментации изображений 30

Прослеживание контуров изображений 32

Описание контуров изображений 33

Задание. Порядок выполнения 34

Требования к содержанию отчетов 34

контрольные вопросы 35

ЛИТЕРАТУРА 37

лабораторная работа №1. методы кодирование цветных телевизионных изображений. Колориметрические стандарты

Цель работы

Изучить стандартные колориметрические системы и их особенности, получить и закрепить навыки преобразования изображений в этих системах, их статистического анализа. Получить представления об информативности способов представления изображений с точки зрения разделимости областей со статистически однородным цветом.

Теоретические и методические рекомендации

Стандартная колориметрическая система RGB-MKO-1931г.

Международные колориметрические стандарты разрабатывает Международная комиссия по освещению (МКО).

В системе RGB-MKO-1931 основными цветами являются три спектральных (монохроматических) цвета (красный - = 700 нм), (зеленый — = 546,1 нм), (синий -, = 435,8нм).

Этой системе соответствует система координат, в которой любой цвет представляется как вектор:

,

где ,,- базисные векторы,,, - координаты цвета (количества цветов).

Разные цвета вызывают разное ощущение яркости. За единичные количества основных цветов приняты их яркости ,,, необходимые для получения путем их смеси иллюзии стандартного белого цвета с яркостью

.

Поэтому координаты цвета и их яркости связаны Соотношениями:

,,.

Яркости единичных количеств основных цветов соотносятся следующим образом:

.

Яркость любого цвета определяется как сумма яркостей трех источников для его получения:

.

Так как в телевизионных приемниках используются основные цвета, не совпадающие с базисными цветами системы RGB, то схема формирования сигнала яркости из трех сигналов основных цветов приемника использует несколько другие коэффициенты:

.

Часто важно получить описание цвета, инвариантное к его яркости или количеству цвета, т.е. выделить координаты цветности:

,,,

где - цветовой модуль цвета . Очевидно, что для любого цвета.

Стандартная колориметрическая система XYZ-MKO-1931 г.

В системе XYZ-MKO-1931 основными цветами являются три теоретических (нереальных) цвета ,,.

Этой системе соответствует система координат, в которой любой цвет представляется как вектор:

,

где ,,- базисные векторы,,, - координаты цвета (количества цветов).

Яркость любого цвета здесь определяется лишь координатой :

.

Яркости цветов иравны нулю:.

Координаты цветности:

,,,

где - цветовой модуль цвета ; .

Связь между системами координат иXYZ определяется системами уравнений: для координат цвета:

и для координат цветности:

где .

Достоинства системы состоят в том, что все спектральные цвета задаются только положительными координатами цвета; яркость определяется лишь одной координатой; равностимульный белый цвет Е сохраняет свое положение в центре тяжести цветового треугольника: .

Стандартная равноконтрастная колориметрическая система UVW-MKO-1960 г.

В этой системе во всех участках диаграммы цветности (u,v) любым парам цветов на одинаковом расстоянии соответствует одинаковый цветовой контраст. Связь с предыдущей системой задается системами уравнений:

,,,

,,

,,

Определение координат цвета через координаты цветности

Сразу отметим, что переход от координат цветности к координатам цвета неоднозначен из-за отсутствия в координатах цветности информации о модуле цвета. Однако пропорции удается сохранить:

,,,,

,,,,

,,,.

Аналогичные формулы можно получить для системы RGB, заменив в полученных выражениях X,Y,Z на R,G,B и x,y,z на r,g,b соответственно.

Задание. Порядок выполнения

1. Выполнить в среде MathCAD ввод файла формата bmp с цветным изображением.

2. Выполнить разложение изображений в каждой из трех рассмотренных систем координат в виде троек изображений, каждое из которых представляет собой пространственное распределение соответствующей координаты цвета (цветности) по полю изображения.

3. Преобразовать цветное изображение в черно-белое с учетом яркостных коэффициентов основных цветов.

4. Определить динамический диапазон яркости изображения, его контрастность, динамические диапазоны результатов его разложения.

5. По результату разложения определить основные отличия рассмотренных систем координат.

6. Построить гистограммы изображений на диаграммах цветности: 1) ,; 2),; 3),; 4),; 5),.

7. Отождествить протяженные однородные по цвету области со сгущениями на диаграммах цветности.

8. Определить ориентировочные средние координаты цвета и цветности в каждой из стандартных колориметрических систем.

9. Дать анализ информативности того или иного разложения изображения с точки зрения разделимости областей со статистически однородным цветом.

Требования к содержанию отсчетов

1. Титульный лист;

2. Цель работы;

3. Задание;

4. Основные теоретические сведения;

5. Методика выполнения работы;

6. Результаты работы;

7. Текст программы в среде MathCAD;

8. Выводы с анализом основных результатов.