Μια εικόνα. χίλιες λέξεις

Transcript

1 Μια εικόνα χίλιες λέξεις Σήμερα! Κανονισμός μαθήματος Χρησιμότητα εικόνας Υπολογιστική όραση Ψηφιακή εικόνα Εφαρμογές 1

2 Επεξεργασία Εικόνας και Όραση Υπολογιστών t μαθήματος Επεξεργασία εικόνας Πρακτική με Matlab Tasks Computer Vision Πρακτικές Εφαρμογές t εξαμήνου Επιδιώξεις Ειδικά θέματα Εξοικείωση με βασικού όρους τεχνητής όρασης Εξοικείωση με μεθοδολογίες επεξεργασίας εικόνας Γνωριμία με τα τρέχοντα προβλήματα τεχνητής όρασης Ικανότητα αντίληψης μεθοδολογίας λειτουργίας συστημάτων τεχνητής όρασης Γενικά θέματα Εξοικείωση με έρευνα Εκμάθηση παρουσίασης και αναφοράς αποτελεσμάτων έρευνας 2

3 Βαθμολογία 30% συμμετοχή στην τάξη συνέπεια 70% εκπόνηση και συγγραφή εργασίας.» Κάλυψη του αντικειμένου» Πρόσφατες αναφορές» Ορθότητα περιεχομένου» Κατανόηση ηαντικειμένου» Ποιότητα εργασίας» Ποιότητα Παρουσίασης Συγγραφή 1 ης εργασίας Παράδοση 31/3/2009 Περιεχόμενο Introduction Current work Techniques Comparison Comparative Results Conclusions Future Work References 3

4 Project Χρησιμότητα εικόνας Ο άνθρωπος με τη βοήθεια της εικόνας Αναγνωρίζει Απομνημονεύει Εκφράζεται Εμπλουτίζει τις διηγήσεις του κ.α. Ιατρικές εικόνες Μετεωρολογικές εικόνες Δορυφορικές εικόνες κλπ. 4

5 Εξαγωγή πληροφορίας από εικόνα Οι εικόνες περιέχουν πληθώρα στοιχείων Τα στοιχεία πρέπει πρώτα να εντοπιστούν, να μετρηθούν και στη συνέχεια να καταχωρηθούν Ύστερα γίνεται η ταξινόμηση και η επεξεργασία των στοιχείων αυτών. Παραδείγματα Υπολογιστικής όρασης τα ρομπότ η τεχνητή όραση η λήψη δορυφορικών φωτογραφιών απομακρυσμένων περιοχών η συνεχής οπτική παρακολούθηση σκηνής για την ανίχνευση καθορισμένου αντικειμένου 5

6 Υπολογιστική όραση μειονεκτήματα Ο υπολογιστής υστερεί σημαντικά στην ικανότητα αναγνώρισης της εικόνας. Οι λειτουργίες αναγνώρισης, που μπορεί να εκτελεί ο υπολογιστής, είναι σημαντικά απλούστερες των ανθρώπινων τα υπολογιστικά συστήματα είναι ιδιαίτερα ευπαθές σε παράγοντες όπως: αλλαγή του φωτισμού ποιότητα της εικόνας Υπολογιστική όραση πλεονεκτήματα ο συνδυασμός των λειτουργιών αναγνώρισης με: τη δυνατότητα αποθήκευσης μεγάλου όγκου πληροφοριών την ταχύτατης εκτέλεσης υπολογισμών την ταχύτητα λήψης αποφάσεων η σχεδόν αδιάκοπη λειτουργία του δεν υποβιβάζεται ββ η αποτελεσματικότητα του από «ανθρώπινη κόπωση» η δυνατότητά του να συνεργάζεται με τις μηχανές λήψης της εικόνας σε σημεία του χώρου απρόσιτα για τον άνθρωπο. 6

7 Εικόνα Η ακίνητη εικόνα είναι ένα σήμα δύο χωρικών διαστάσεων Η κινούμενη εικόνα είναι σήμα τριών διαστάσεων. Το δισδιάστατο σήμα μιας ακίνητης εικόνας z = f(x,y) έχει ως ανεξάρτητες μεταβλητές x,y τις δύο γεωμετρικές διαστάσεις: πλάτος μήκος Η εξαρτημένη μεταβλητή z είναι η τιμή του σήματος, ή ένταση της φωτεινότητας, ή ένταση της εικόνας στο σημείο. Έγχρωμη εικόνα Σε μια έγχρωμη εικόνα η «τιμή» του σήματος δίνεται από μια Η τριάδα θετικών πραγματικών αριθμών προσδιορίζει την ένταση των τριών βασικών χρωμάτων, του κόκκινου (Red), του πράσινου (Green) και του μπλε (Blue). Aπαιτούνται τρεις συναρτήσεις, μία για κάθε χρώμα. Σε μια ασπρόμαυρη εικόνα η ένταση των τριών βασικών χρωμάτων είναι ίδια. H τιμή του σήματος σε ένα σημείο ασπρόμαυρης εικόνας είναι ένας θετικός πραγματικός αριθμός. 7

8 Ψηφιακή εικόνα Για να εισαχθεί μια εικόνα στον υπολογιστή, πρέπειπροηγουμένωςνα προηγουμένως να ψηφιοποιηθεί. Η ψηφιακή εικόνα παρίσταται με έναν πίνακα ακεραίων αριθμών, που αντιστοιχούν στην ένταση των δειγμάτων της. Κάθε δείγμα από αυτά ονομάζεται pixel (picture element). Ανάλυση εικόνας 8

9 Ανάλυση εικόνας (image analysis) Η βαθμίδα Ανάλυσης της Εικόνας λαμβάνει μια βελτιωμένη ψηφιακή εικόνα Εντοπίζει σ αυτήν περιοχές που περιέχουν ή πιθανόν να περιέχουν, πρότυπα (patterns). Ο όρος «πρότυπο», χρησιμοποιείται για την περιγραφή ενός αντικειμένου ή μιας οντότητας, την οποία ενδιαφερόμαστε να εντοπίσουμε στην εικόνα. Μετά τον εντοπισμό των περιοχών, γίνεται η κατάτμηση (segmentation), δηλαδή ο διαχωρισμός τους από την υπόλοιπη εικόνα. Η κατάτμηση είναι ένα σημαντικό στάδιο της Ανάλυσης Εικόνας, ώστε να ξεχωρίσουν οι περιοχές με χρήσιμη πληροφορία. Παροχή μη χρήσιμης πληροφορίας στην επόμενη βαθμίδα του συστήματος επεξεργασίας εικόνας δυσχεραίνει τη λειτουργία του. Αναγνώριση Προτύπων (Pattern recognition) Στη βαθμίδα αυτή επιτελείται η αναγνώριση του προτύπου, που αντιστοιχεί στις διαχωρισμένες περιοχές της εικόνας. Στη συνέχεια γίνεται η ερμηνεία, ή αντίληψη (interpretation) όλης της σκηνής, που απεικονίζεται στην αρχική εικόνα. Η έξοδος είναι η κωδικοποιημένη περιγραφή της απεικονιζόμενης σκηνής. 9

10 History I History II 10

11 Αυτόματη Αναγνώριση Χαρακτήρων Κειμένου (OCR) Αυτόματη ανάγνωση κειμένου από σελίδα βιβλίου, κωδικοποίησή του και αποθήκευσή του στον υπολογιστή. Ταξινόμηση επιστολών στο ταχυδρομείο. Ανάγνωση πινακίδων. Έκδοση λογαριασμών σε υπερκαταστήματα. Επεξεργασία τραπεζικών επιταγών. Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί Ταυτοποίηση εξαρτημάτων σε γραμμές παραγωγής. Ανίχνευση ελαττωματικών κατασκευών. 11

12 Ανάλυση Ιατρικών Εικόνων Ανίχνευση όγκων στους ιστούς. Μέτρηση του μεγέθους και της μορφής εσωτερικών οργάνων του ανθρώπινου σώματος. Ανάλυση χρωματοσωμάτων. Μέτρηση πυκνότητας αιμοσφαιρίων. Ρομποτική Αναγνώριση και ερμηνεία των αντικειμένων της σκηνής του περιβάλλοντος. Υπολογισμός αποστάσεων των αντικειμένων του περιβάλλοντος από την κάμερα Λήψη απόφασης για την κίνηση. 12

13 Χαρτογράφηση Κατασκευή χαρτών από αεροφωτογραφίες. φί Σύνθεση χαρτών καιρού. Σύνθεση video για την αναπαράσταση κίνησης πάνω από το ανάγλυφο περιοχών της γης. Ιατροδικαστική Σήμανση (Forensics) Αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων. Αναγνώριση προσώπων από φωτογραφίες. Ανάλυση συστημάτων αυτόματης ασφάλειας. 13

14 Αυτόματη Αναγνώριση Εικόνων Radar Ανίχνευση και αναγνώριση στόχων. Καθοδήγηση ιπτάμενων οχημάτων κατά την προσγείωση Τηλεκαθοδήγηση ιπτάμενων συσκευών χωρίς πιλότο. Τηλεαίσθηση (Remote Sensing) Πρόβλεψη καιρού. Αναγνώριση και παρατήρηση αστικών, γεωργικών ή θαλάσσιων περιοχών. 14

15 Αυτόματη Ανάκτηση Εικόνων (Content Based Image Retrieval) Χρησιμοποιείται σε βάσεις πολυμέσων Επιτυγχάνεται η ταξιθέτηση και η αναζήτηση κάθε εικόνας στη βάση Χρησιμοποιείται δείκτης (κλειδί) που προκύπτει από την ανάλυση του περιεχομένου της εικόνας. 15