task1 (1124865)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Обработка и совмещение каналов изображения2.1Антон Конушин, Александр Сергеев, Влад Шахуро.Входное изображение представляют из себя три пластинки, соответствующие (сверху вниз) каналам B, G и R. На данном этапе нужнозагрузить изображение из файла и разделить его на три канала, потрети высоты изображения на один канал.Мягкий дедлайн: 7 октября (6:00).Жёсткий дедлайн: 14 октября (6:00).12.2Обзор заданияУдаление рамок пленкиМожно заметить, что во многих изображениях в каналах со всехчетырёх краев есть обрамление плёнки.

Это обрамление может существенно ухудшить качество совмещения каналов. На данном этапенужно реализовать детектор границ Canny, а затем с его помощьюнайти рамки плёнки и кадрировать изображение по этим границам.Описание алгоритма работы детектора Canny:Первым цветным фотографом России является Михаил СергеевичПрокудин-Горский, сделавший единственный цветной портет ЛьваТолстого. Каждый его снимок представляет из себя три чёрно-белыхфотопластинки, соответствующие красному, зелёному и синему цветовым каналам. Сейчас коллекция его снимков находится в американской библиотеке конгресса, сканкопии фотопластинок доступныв интернете.В данном задании мы предлагаем вам создать программу, которая будет совмещать изображения, полученные с фотопластинокПрокудина-Горского и, таким образом, познакомиться с базовымиоперациями обработки изображений.

Реализация базовой части программы выполняется в несколько этапов:1. Сглаживание изображения. Для уменьшения влияния шумаизображение изображение сглаживается с помощью фильтраГаусса радиуса 2 (т.е. ядро является матрицей размера 5 × 5)и σ = 1.4. Поскольку изображение может быть довольно большого размера, для ускорения алгоритма кроме обычной фильтрации Гаусса нужно реализовать сепарабельную фильтрацию.Тестироваться будут оба вида фильтрации (см.

параграф проаргументы командной строки). Обратите внимание, что суммаэлементов в ядре фильтра Гаусса должна равняться 1 (т.е. ядроперед свёрткой нужно нормализовать).1. Загрузка и разделение изображения на цветовые каналы.2. Удаление рамок плёнки.2. Вычисление градиентов. Для сглаженного изображения I вычисляются производные по x и y — Ix и Iy . Это делается путёмсвертки I с ядрами Собеля Kx и Ky соответственно:−1 0 1121Kx =  −2 0 2  , Ky =  000 .−1 0 1−1 −2 −13. Поиск наилучшего сдвига для совмещения каналов.4. Постобработка: визуальное улучшение совмещённого изображения.Возможны улучшения базового алгоритма.

Они описаны после базовой части.2Загрузка и разделение изображения на цветовые каналыЗатем вычисляется модуль градиента по формулеq|G| = Ix2 + Iy2 ,Базовая часть заданияЗа базовую часть задания можно получить 15 баллов, однако этачасть должна быть написана полностью. Получение баллов за бонусную часть невозможно, если базовая часть не написана полностью.и направление градиента по формулеθ(x, y) = atan2(Iy , Ix ),1Для каждой такой строки посчитаем количество принадлежащих ейпикселей границ, полученных с помощью детектора Canny.

Средиэтих чисел выберем два максимума. Этим максимумам будут соответствовать две строки. Из них выберем строку, наиболее удалённуюот верхнего края изображения. Это делается потому, что в рамкеизображения есть два перехода: от светлой подложки сканера к темной незасвеченной пленке, а потом уже к самому изображению. Повыбранной строке и нужно обрезать изображение.Для того, чтобы оба максимума не нашлись в непосредственнойблизости друг от друга (края пленки не соответствуют строго строкам изображения), необходимо реализовать подавление немаксимумов в некоторой окрестности: после обнаружения первой строкимаксимума соседние к ней строки обнуляются, и после этого ищетсявторой максимум.где atan2 — знаковый арктангенс, принимающий значения от−π до π (эта функция есть в стандартной библиотеке).3.

Подавление немаксимумов. Для каждого пикселя выберем двухсоседей (соседями считаются 8 пикселей вокруг данного пикселя): на первого показывает градиент (это можно определить поθ, будем считать, что на каждый соседний пиксель приходится по π4 радиан, 0 — направление строго вправо), на второгопоказывает вектор, противоположный градиенту. Если модульградиента текущего пикселя больше модулей градиентов соседей, то он остаётся без изменений. В противном случае модульградиента пикселя подавляется (обнуляется).4. Отсечение по двум порогам.

На данном этапе производитсясравнение модулей градиента с двумя заранее заданными числами (порогами), первое число меньше второго. Градиенты, меньшие по модулю первого порога, считаются незначительными иподавляются (обнуляются); градиенты, большие по модулю второго порога, считаются сильными, соответствующие им пикселисчитаются границами и сохраняются в финальной карте границ;остальные градиенты считаются слабыми, вопрос включения соответствующих им пикселей в карту границ решается на следующем шаге алгоритма.2.3Поиск наилучшего сдвига для совмещения каналовНа этом этапе происходит совмещение каналов. Для того, чтобы совместить два изображения, будем сдвигать одно изображение относительно другого в некоторых пределах, например, от −15 до 15 пикселей.

Далее, для перекрывающихся областей изображений посчитаем некоторую метрику. Оптимальным будет тот сдвиг, при которомметрика принимает наибольшее/наименьшее значение (в зависимости от метрики). Предлагается реализовать две метрики и выбратьту, которая позволяет получить более качественный результат присовмещении:5. Отслеживание границ по гистерезису. Пиксель w со слабымградиентом объявляется границей и включается в финальнуюкарту границ только в том случае, когда он лежит в одной связной компоненте с некоторым пикселем s, имеющим сильный градиент.

Другими словами, w и s должны соединяться некоторойцепочкой пикселей-соседей (соседями считаются 8 пикселей вокруг данного пикселя) со слабыми градиентами.1. Среднеквадратичное отклонение для изображений I1 и I2 :X1M SE(I1 , I2 ) =(I1 (x, y) − I2 (x, y))2 ,width · height x,yПредлагается придумать и реализовать однопроходный алгоритм (т.е. такой алгоритм, который обходит каждый пикселькарты градиентов по одному разу), выделяющий связные компоненты. После этого нужно решить, какие пиксели со слабымиградиентами будут включаться в финальную карту границ. Этонужно сделать за ещё один проход.где width, height— ширина и высота изображений соответственно.

Для нахождения оптимального сдвига нужно взять минимумпо всем сдвигам.2. Кросс-корреляция для изображений I1 и I2 :XI1 ? I 2 =I1 (x, y)I2 (x, y).Рассмотрим теперь поиск строк и столбцов пикселей, по которымбудет обрезаться рамка изображения.В случае верхней границы будем искать строку в некоторой близости от верхнего края изображения (например, 5% от его высоты).x,yДля нахождения оптимального сдвига нужно взять максимумпо всем сдвигам.2Совмещение больших изображений при таком подходе будет проходить очень медленно. Для ускорения совмещения предлагается реализовать пирамиду изображений. В пирамиде изображений исходное изображение последовательно уменьшается в k раз, напримерk = 1.5 или k = 2, до некоторого минимального размера (например,чтобы меньшая сторона была не меньше 400 пикелей в длину).

Поископтимального сдвига начинается с самого маленького изображения,а затем на пути к исходному изображению уточняется на уменьшенных копиях изображения. Таким образом, оригинальное изображение совмещается не в диапазоне −15 . . . 15 пикселей, а в меньшем,уточненном с помощью уменьшенных копий изображения.Для составления пирамиды необходимо реализовать функцию изменения размера изображения. Для вычисления промежуточныхзначений при масштабировании изображения нужно использоватьбилинейную интерполяцию.Автоконтраст Преобразование состоит в линейном растяжениияркости изображения.

Для начала считается яркость изображенияY по формулеY = 0.2125 · R + 0.7154 · G + 0.0721 · B.Затем вычисляются параметры линейного растяжения Y и к каждому из каналов R, G и B применяется линейное растяжение с вычисленными параметрами. Искомое линейное растяжение канала Yдолжно быть устойчивым (т.е. при подсчёте параметров для линейного растяжения заданная доля пикселей в начале и в конце гистограммы должна не учитываться).3Бонусная часть заданияПри желании, вы можете выбрать и реализовать любые пункты избонусной части, однако получить можно максимум 5 баллов.2.4Постпроцессинг: визуальное улучшение совмещенногоизображения3.1На данном этапе к совмещенному изображению можно применитьразличные преобразования, который могут визуально улучшитьизображение.

Нужно реализовать три преобразования.При масштабировании изображения должна быть возможность использовать бикубическую интерполяцию.3.2Серый мир Преобразование уравнивает средние яркости каналов R, G и B. Сначала подсчитываются средние яркости каналовSR , SG , SB , затем каждый пиксель каналов R, G, B домножается начислоS S S,,SR SG SBсоответственно. Здесь S =Бикубическая интерполяция (1 балл)Обработка региона интереса (1 балл)Совмещение каналов должно происходить так, чтобы поиск наилучшего соответствия происходил в заданной прямоугольной области изображений (т.е.

метрики должны вычисляться на пересеченииэтих заданных областей). Область одна для всех трёх каналов и задаётся в координатах изображения до обрезки рамки, координатыобласти не выходят за границы красного канала. Если после обрезкиизображения область выходит за границы изображения, программадолжна сообщать об этом и заканчиваться с ошибкой. Каналы попрежнему совмещаются целиком; предобработка и коррекция контрастности применяются также ко всему изображению, а не к региону интереса.SR +SG +SB.3Повышение резкости Преобразование повышает резкость изображения. Достаточно примененить ядро повышения резкости к изображению: 1− 6 − 23 − 16 −2 41 −2  .333− 16 − 23 − 163.3Поиск смещения с субпиксельной точностью (1 балл)Поиск сдвига с субпиксельной точностью означает, что каждому пикселю соответствует k субпикселей (например, k = 2) и поиск сдвига3проводится с точностью до субпикселя.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы