Obrada slika

Predmet: Informatika

Tema: Obrada slika

Autor:

Profesor:

Stefan Savić

Timotić Tanja

Datum: 05.06.2011 god.

Obrada slika

 SADRŽAJ 

1.SADRŽAJ……………………………………………………………………………1 2.UVOD ……………………………………………….………………………………2 3. REPREZENTACIJA I MODELOVANJE SLIKE …………….…………….……..3 4. POBOLJŠANJE SLIKE ………………………………………….………….……...3 5. RESTAURACIJA SLIKE ……………………………………….………….………3 6. KOMPRESIJA SLIKE …………………………………………….………….…….4 7. ANALIZA SLIKE ………………….……………………………………………….4 8. REKONSTRUKCIJA SLIKE IZ PROJEKCIJA ……….………….……………….4 9. ELEMENTI SISTEMA ZA OBRADU SLIKE………………….….……………....4 10. PRAKTIČNI DEO OBRADE SLIKA ……………………………….…………….5 10.1 Osnove obrade ……………………………………………………….…………....5 10.2 Grafički programi …………………………………………………….………..….6 10.3 Kompresovanje digitalne slike ………………………………………….……..….6 10.4 Označavanje dela………………………………………………………………..…6 10.5 Slojevi …………………………………………………………………………..…6 10.6 Menjanje veličine …………………………………………….…………………...7 10.7 Izdvajanje dela …………………………………………………….………….…...8 10.8 Histogram ……………………………………………………………………..…..8 10.9 Otklanjanje nečistoća……………………………………………………….…..…8 10.10 Promena određene boje ……………………………………………………..…...9 10.11 Položaj slike …………………………………………………………….……......9 10.12 Spajanje slika ……………………………………………………………..….....10 10 13 Specijalni efekt ……………………………………………………………..…..10 10.14 Menjanje dubine boje ……………………………………………...……….......11 10.15 Kontrast i osvetljenje…………………………………………………….….…..11 11. LITERATURA & SAJTOVI …………………………………………..………….12  broj strane

2

Obrada slika

2.UVOD Digitalna obrada slike predstavlja skup metoda za obradu slike pomoću računara. Slike koje se obrađuju mogu imati različito poreklo. Osim sa kamere, kao najčešćeg ulaza u sistem za obradu slike, slike mogu poticati sa satelita i drugih letelica, uređaja za medicinsku dijagnostiku, telekomunikacionih uređaja za prenos, memorijskih medijuma za skladištenje, radara, sonara i drugih uređaja. U najvećem broju slučajeva ulazna slika u sistem za obradu slike potiče iz vidljivog dela spektra, mada u nekim slučajevima predstavlja dvodimenzionalni signal iz nevidljivog dela elektromagnetskog spektra. Zbog toga se u širem smislu, termin digitalna obrada slike koristi i za obradu  bilo kakvih dvodimenzionalnih podataka. Izlazni signal iz sistema za digitalnu obradu slike je najčešće nova slika koja se  prikazuje na video monitoru. Osim toga, izlazni podaci mogu biti prikazani i u obliku fotografije ili filma, a u nekim primenama i u vidu numeričkih podataka. Digitalna obrada slike vodi poreklo iz ranih dvadesetih godina ovog veka. Naime, prva  primena digitalne obrade slike bila je za kodovanje slika koje su prenošene kablovskom vezom preko Atlantskog okeana i rekonstruisane na prijemnoj strani. Uvođenjem elementarnih tehnika digitalne obrade slike znatno je skraćen proces prenosa slike i  popravljen kvalitet. Mada je u kasnijem periodu došlo do znatnog napretka u tehnikama  prenosa i rekonstrukcije slike, tek je sa usavršavanjem računarske opreme i početkom istraživanja svemira došlo do naglog razvoja digitalne obrade slike. 1964. god. digitalni računar je prvi put iskorišćen za popravku kvaliteta slika Meseca dobijenih sa svemirske sonde “Ranger 7”. Posle toga, digitalna obrada slike je postala nezaobilazan deo obrade podataka sa raznih satelita i sondi za istraživanje svemira. Zbog toga je digitalna obrada slike godinama bila sinonim za veoma skupu i visoku tehnologiju i kao takva dostupna samo malom broju istraživačkih laboratorija u svetu. Međutim, sa naglim razvojem elektronike i računarske tehnike, a posebno mikroprocesora i integrisanih digitalnih procesora signala, digitalna obrada slike počela  je da prodire i u mnoge druge oblasti, gde ranije nije mogla biti korišćena zbog visoke cene. Tako se, na primer, digitalna obrada slike intenzivno koristi u medicini za obradu i popravku kvaliteta rendgenskih i ultrazvučnih slika, za trodimenzionalnu rekonstrukciju organa u tomografiji i nuklearnoj magnetskoj rezonansi, itd. Druge važne primene digitalna obrada slike je našla u fizici, astronomiji, biologiji, kriminalistici, metalurgiji, geologiji, pa čak i u arheologiji i rekonstrukciji umetničkih dela. U poslednjih desetak godina digitalna obrada slike je našla primene i u filmu, televiziji, proizvodnji muzičkih spotova i reklama, robotici, kontroli proizvoda u industriji, sistemima za automatsko upravljanje, itd.Iako su ulazni i izlazni signali iz sistema za obradu slike veoma raznovrsni, kao i njihove primene, mnogi algoritmi za obradu su isti iako se koriste u veoma različitim oblastima. Zbog toga 2 1. Osnovi digitalne obrade slike se svi metodi koji se koriste u digitalnoj obradi slike mogu svrstati u svega šest oblasti: metodi za reprezentaciju slike, metodi za poboljšanje slike, metodi za restauraciju slike, metodi za kompresiju slike, metodi za analizu slike i metodi za rekonstrukciju slike iz projekcija.

3

Obrada slika

3. REPREZENTACIJA I MODELOVANJE SLIKE Osnovni problem reprezentacije slike je karakterizacija veličine koju predstavlja jedan element slike, koji se kraće naziva piksel ili pel. Slika, zavisno od porekla, može  predstavljati osvetljenost objekata na sceni (ako je dobijena kamerom osetljivom na vidljivi deo spektra), apsorpcione karakteristike tkiva (kod rendgenskog snimanja), temperaturu objekata na sceni (kod infracrvenih kamera), refleksione karakteristike tkiva (kod ultrazvučnih snimaka), itd. Važan problem reprezentacije slike je vernost kojom slika opisuje posmatranu fizičku  pojavu. Vernost reprezentacije zavisi od kvaliteta senzora koji se koristi u kameri, ali i od procesa prostorne i amplitudske diskretizacije (tj. odabiranja i A/D konverzije). Reprezentacija slike se bavi i raznim postupcima transformacije slike, koji se koriste za bolji opis sadržaja slike, popravku njenog kvaliteta, kompresiju sadržaja, itd. U uskoj vezi sa problemima reprezentacije slike su i postupci modelovanja slike. Slika se najčešće modeluje statistički pomoću statističkih karakteristika prvog i drugog reda. Pri tome se često koristi pretpostavka o stacionarnosti slike, mada ova pretpostavka nije uvek ispunjena. Mnogo viši nivo modelovanja se koristi u analizi slike, gde se smatra da je slika sačinjena od više objekata, a model definiše veze objekata na sceni. Poseban problem predstavlja reprezentacija i modelovanje sekvenci slika, gde se kao  promenljiva pojavljuje i vreme, odnosno, radi se o funkciji u trodimenzionalnom  prostoru.

4. POBOLJŠANJE SLIKE Kod metoda za poboljšanje slike osnovni cilj je da se promene neke karakteristike slike tako da ona bude pogodnija za prikaz na monitoru ili za dalju analizu. U principu se  poboljšanjem ne popravlja informacioni sadržaj slike, već se olakšava korišćenje  postojećih informacija. Metodi za poboljšanje slike su brojni, jer mnogo zavise od uslova pod kojima je slika dobijena, kao i od primene poboljšane slike. Zbog toga su mnogi postupci za   poboljšanje slike interaktivni ili adaptivni. Najčešći metodi za poboljšanje slike su  poboljšanje kontrasta, eliminacija šuma, izoštravanje slike, bojenje slike, itd. Kod nekih metoda svaki piksel slike se tretira nezavisno od ostalih, a u nekim drugim se pikseli tretiraju zavisno od svoje okoline. Za metode poboljšanja slike je karakteristično da su najčešće veoma jednostavni tako da se mogu izvršavati i u realnom vremenu.

5. RESTAURACIJA SLIKE Restauracija slike se takođe koristi da bi se poboljšao kvalitet slike, ali u slučajevima kada je degradacija slike poznata ili kada se može formirati model degradacije. Tipični   primeri 1. Osnovi digitalne obrade slike 3 restauracije odnose se na korekciju geometrijskih izobličenja optičkog dela kamere, uklanjanje šuma čiji je statistički model poznat, korekciju smanjene oštrine slike usled pokreta ili defokusiranja kamere, itd. Za razliku od prethodno pomenutih metoda za poboljšanje slike, metodi restauracije su mnogo kompleksniji i obično se ne izvršavaju u realnom vremenu.

4

Obrada slika

6. KOMPRESIJA SLIKE Slika sadrži ogromnu količinu podataka. Na primer, jedna standardna filmska slika, čije su dimenzije 24 mm × 36 mm, ima oko 10 na sedmi elemenata, ako je rezolucija filma 0.01 mm. Jedna standardna digitalna slika rezolucije 512 × 512 piksela ima oko 256 000 elemenata. Ako se svaki piksel predstavi sa 8 bita, za predstavljanje takve slike   potrebno je 256 kB. Još veća količina podataka sreće se kod sekvenci slika. TV sekvenca, čije je trajanje 1 s, zahteva oko 10 MB. Prenos ovako velikih količina podataka telekomunikacionim kanalima predstavlja ozbiljan problem. Slični su problemi ako sliku ili video signal treba zapamtiti na nekom memorijskom medijumu. Da bi prenos i uskladištenje slika bio tehnički moguć i ekonomski isplativ, potrebno je primeniti neke tehnike kompresije, kojima se smanjuje  broj bita potreban za reprezentaciju slike. S obzirom na značaj i potrebu za kompresijom podataka u slici, razvijen je veliki broj metoda kompresije. Jedna grupa metoda kompresije redukuje broj bita za reprezentaciju slike bez ikakvog gubitka informacija. Druga grupa metoda kompresije vrši kompresiju uz gubitak beznačajne količina informacija. Naravno, stepen kompresije ove druge grupe metoda znatno je veći. Za kompresiju podataka kod sekvenci slika takođe je razvijen veliki broj metoda, koje omogućavaju vrlo veliki stepen kompresije čime je omogućeno uskladištenje i prenos video signala u digitalnoj formi.

7. ANALIZA SLIKE Analiza slike se sprovodi radi utvrđivanja kvantitativnih karakteristika objekata na slici i njihovih međusobnih odnosa. Jednostavni primeri analize slike su nadzor automatskih  proizvodnih linija u industriji, automatska analiza slika u biomedicini, itd. Složeniji  primeri analize uključuju i prepoznavanje oblika i koriste se u robotici i u širokoj oblasti poznatoj pod nazivom mašinski ili veštački vid (engl. computer vision). Analiza slike se sastoji iz više postupaka koji u izvesnoj meri oponašaju proces   percepcije (opažanja) kod čoveka. U ovu grupu postupaka spadaju postupci za izdvajanje ivica, postupci segmentacije, postupci za identifikaciju objekata na sceni, itd.

8. REKONSTRUKCIJA SLIKE IZ PROJEKCIJA Rekonstrukcija slike iz projekcija je posebna grupa postupaka restauracije kojima se rekonstruiše dvodimenzionalni (ili višedimenzionalni) objekat iz više   jednodimenzionalnih (ili 4 1. Osnovi digitalne obrade slike dvodimenzionalnih)   projekcija. Ova grupa tehnika je najveću primenu našla u medicinskim uređajima (razne vrste skenera), ali i u nedestruktivnom ispitivanju materijala, astronomiji, itd.

9. ELEMENTI SISTEMA ZA OBRADU SLIKE Mada struktura sistema za digitalnu obradu slike u značajnoj meri zavisi od njegove namene, osnovne komponente sistema su u većini slučajeva povezane. Osnovnu komponentu sistema predstavlja računar koji vrši obradu slike. Računar je spregnut sa ostalim delovima sistema od kojih su najvažniji: memorija, video monitor, kamera sa

5

Obrada slika

uređajem za digitalizaciju, ulazni uređaji, izlazni uređaji i uređaji za komunikaciju sa operaterom. Memorija služi za trajno uskladištenje digitalnih slika u matričnom formatu. U praksi se kao memorijski medijumi najčešće koriste magnetski medijumi (disk, diskete, i znatno ređe traka), zatim optički diskovi (CD-ROM i digitalni optički disk). Pošto je u većini sistema za digitalnu obradu slike potrebno prikazati obrađenu sliku operateru sistema, za tu svrhu se koristi poseban video monitor visoke rezolucije sa ekranom većih dimenzija. Računarski sistem takođe treba da ima još jedan manji monitor lošijih karakteristika preko koga operater komunicira sa računarom. Kamera sa uređajem za digitalizaciju predstavlja osnovni uređaj za unos digitalnih slika u računar. Treba napomenuti da danas postoje i kamere sa ugrađenim A/D konvertorom, koje kao izlaz direktno daju digitalni signal. Ipak, kod većine savremenih sistema još uvek se koriste kamere sa analognim izlazom koji je kompatibilan sa nekim TV standardom, dok deo za digitalizaciju slike predstavlja komponentu sistema za obradu slike. Ostali ulazni uređaji služe za alternativne načine unošenja slika u računar. To su, pre svega,razne vrste skenera, analogni video rikorderi, digitalni video rikorderi, nestandardne kamere, konvertori filmske slike u TV sliku, senzori medicinskih uređaja, itd. Naravno, slika se može uneti u računar i u digitalnom obliku pomoću izmenljivih memorijskih medijuma, kao i preko lokalne računarske mreže ili Interneta. Izlazni uređaji takođe mogu biti veoma raznovrsni. Najvažniji među njima su uređaji za izradu čvrstih kopija slike, kao što su razni laserski ili ink-džet štampači (crno beli ili u  boji), video printeri za izradu fotografija, uređaji za izradu slajdova, analogni video rikorderi, digitalni video rikorderi, uređaji za snimanje na analogni optički disk, itd.   Najčešći uređaji za komunikaciju računara sa operaterom su računarski monitor, tastatura i miš. Znatno ređe se koriste džojstik, grafička tabla i slični uređaji.

10. PRAKTIČNI DEO OBRADE SLIKA Obrada digitalne slike je postupak menjanja detalja na nekoj digitalnoj fotografiji. Za tu svrhu se koriste posebni programi koje nazivamo vektorski i rasterski grafički softver  koji služe kao alat za menjanje, montiranje, poboljšavanje i razmeravanje slike. Obrada digitalnih slika se koristi u nauci, medicini i forenzici. 10.1 Osnove obrade

Rasterske slike se u računaru skladište kao mreže piksela. Pikseli sadrže informacije o   boji, svetlini i ostalim postavkama neke digitalne slike. Grafički programi mogu menjati te piksele, odnosno čitave slike, da bi se neka digitalna slika promenila ili   poboljšala na mnogo načina. Za to služe rasterski grafički programi, dok imamo i vektorske grafičke programe koji su više stvoreni za pravljenje novih i drugačijih slika u vektorskoj grafici.

6

Obrada slika

10.2 Grafički programi

Postoji čitav niz raznih grafičkih programa, od onih jednostavnih (kojima je moguće vršiti okretanje ili razmeravanje slike) pa sve do veoma detaljnih programa koji imaju   jako detaljne algoritme sa mnogo opcija za rukovanje digitalnom slikom. Poznati rasterski grafički programi su Adobe Photoshop, Paint Shop Pro i potpuno besplatni GIMP. 10.3 Kompresovanje digitalne slike

Mnogi formati slika koriste tehniku komprimovanja za smanjivanje veličine grafičkog  podatka. Primjer sažetog formata je JPEG format koji pokušava smanjiti veličinu  podatka uz neprimetne gubitke kvaliteta slike što nije uvek slučaj (zavisi od nivoa komprimovanja). Postoje i algoritmi komprimovanja koji ne umanjuju kvalitet slike, takav je PNG format. Veoma često se prave kompromisi na ovom polju, tako da se na internet obično postavlja sažeta grafika koja je često slabijeg kvaliteta nego original. Mogućnosti grafičkih programa

Ispod ćete videti neke najpoznatije mogućnosti koji mogu izvoditi grafički programi nad digitalnim slikama. 10.4 Označavanje dela

Označavanjem jednog dela slike i radom na tom delu ne utičete na ostatak slike. Osnovna funkcija svakog grafičkog programa je mogućnost odabira ili isecanja označenog dela slike. Tako je moguće napraviti promene na samo jednom delu slike koji neće uticati na čitavu sliku. Postoji nekoliko alata pomoću kojih se ovo radi, to su marqee alat, lasso, virtuelne olovke, maskiranje, alfa alat, kanalno-bazirano vađenje, kao i vađenje na osnovu boje. 10.5 Slojevi

Jedna od važnijih osobina svakog grafičkog programa jesu slojevi (layer). Doslovno  jedan grafički program može imati neodređeni broj slojeva od kojih se sačinjava celina odnosno slika. Grafički program je u mogućnosti sakriti jedan sloj slike, promeniti samo jedan da ne utiče na drugi, kao i stopiti dva sloja u jedan, grupisati ih i tako dalje. 7

Obrada slika

Ovo je jedna od najvažnijih mogućnosti jer omogućava lagano i efikasno rukovanje slikom bez da se učini neka nepovratna akcija koja će uništiti celu sliku. Takođe je moguće dodatno isprobavanje raznih efekata i promena bez diranja same slike, taj se sloj kasnije može ukloniti ili ostaviti, zavisno od kvaliteta kako je odrađen.

Prikaz rada sa slojevima u grafičkom programu Photoshop, pokazane tehnike spajanja  jednog sloja sa drugim kao i sakrivanja pojedinačnog sloja 10.6 Menjanje veličine

Skoro svaki grafički softver može menjati veličinu ili rezoluciju neke slike. Većinom se to koristi kod smanjivanja slika koje su velike rezolucije, jer nema smisla postavljati veliku sliku na internet jer se u protivnom slika sporije učitava kod korisnika sa sporijom vezom, a i sama slika je nepregledna jer prelazi dimenzije monitora i njegove  prirodne rezolucije. U uređivanju grafike nekih novina ili časopisa zahteva uvećavanje slike, jer pikseli nisu iste jedinice kao uobičajene metričke (kao što je centimetar). Za obični A4 papir koji se koristi u časopisima je potrebna računarska rezolucija od 2480x3508, kao i prateće slike i grafika u većim rezolucijama nego što smo navikli, zbog toga veličina takvih dokumenata (jedne stranice) iznosi skoro 50 Megabajta u svom orginalnom formatu. Zato grafičari cene digitalne fotoaparate koji mogu  proizvesti veću sliku, što se očitava u megapikselima (mpx), a neretko se dešavalo da je fotoaparat u nemogućnosti da prozivede dovoljno veliku sliku pa se slika dodatno uvećavala u grafičkom programu što je umanjivalo kvalitet slike.

8

Obrada slika

10.7 Izdvajanje dela

Pomoću grafičkih programa moguće je doslovno izrezati deo jedne slike koji će kasnije i sam postati nezavisna slika. To se koristi i kod rezanja neželjenog dela jedne slike. Pomoću ove tehnike se poboljšava kompozicija slike. Cela slika

Cvet isečen iz slike

10.8 Histogram

Grafički programi imaju i slikovni histogram neke digitalne slike. Histogram prikazuje vrednost osvetljenja pojedinačnog piksela. Algoritmi u grafičkim programima omogućuju montiranje svetline svakog piksela. Tako je moguće postići bolje rezultate i kvalitet slike. Isečena slika cveta

Histogram

10.9 Otklanjanje nečistoća

Grafički programi su nekoj meri u mogučnosti otkloniti smetnje sa neke slike. Najčešće takve slike budu popunjene takozvanim tačkicama (noise) koje su rezultat slikanja u slabom osvetljenju. Uklanjanja neželjenih delova

9

Obrada slika

Pomoću grafičkih programa moguće je ukloniti neželjene delove neke slike, koristeći se "clone" alatom ali i pomoću ručnog samostalnog rada Original Uklonjeno granje sa vrha slike

10.10 Promena određene boje

Grafički programi mogu promjeniti određenu boju nekog predmeta u slici.

Primer menjanja određene boje, orginalne koja se nalazi na desnoj strani 10.11 Položaj slike

Grafički programi su u mogućnosti montaže slika da se ona okreće u bilo kojem uglu i  položaju. Slike se mogu prevrtati i preslikavati. Također moguće ih je zakrivljavati, te im mijenjati perspektivu. Primeri okretanja slike

10

Obrada slika

10.12 Spajanje slika

Moguće je spajati 2 ili više nezavisnih slika ili delova slika u jednu celinu.

John i Bertha Phillips - 1910 10.13 Specijalni efekt 

Skoro svi grafički programi mogu stvarati neke specijalne i neobične efekte koje rezultiraju zanimljivim ishodima. Program može primeniti umetničke, geometrijske, teksturne itd. efekte.

11

Obrada slika

Primer specijalnih efekta koji se mogu dodati na sliku ili sloj

10.14 Menjanje dubine boje

Moguće je i promijeniti dubinu boja, najčešće su one sa 2, 16, 256 boja, kao i sa 16 miliona boja. JPEG i PNG slike imaju mogućnost od 16,7 miliona boja. Takođe je moguće pretvoriti sliku u 8 bitnu - crnobelu.

Primer pretvaranja slike u crnobelu 10.15 Kontrast i osvetljenje

12

Obrada slika

Ove opcije imaju i najjednostavniji grafički programi, pomoću njih se povećava ili smanjuje osvetljenje ili kontrast neke slike.  Izoštravanje i glađenje

Pomoću grafičkih programa je moguće izoštravati i mutiti sliku na više načina. To se koristi kod glađenja portreta, odnosno pozadinu portreta da bi se osoba na slici istakla. Veoma je lako i odstranjivanje efekta crvenih očiju. Montiranje boja je jedna od najosnovnijih opcija, pomoću ove tehnike se može unaprediti kvalitet slike kao njen tonski balans. Postoje i komplikovanije procedure kao što je mešanje boja.

11. LITERATURA & SAJTOVI [1] Gonzales, R.C., Wintz, P., Digital Image Processing, Addison-Wesley Publ. Comp., Reading, MA, 1977. [2] Jain, A.K., Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1989. [3] Lim, J.S., Two-Dimensional Signal and Image Processing, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1990. [4] Jähne,B., Digital Image Processing: Concepts, Algorithms, and Scientific Applications, 3rd Ed., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1995. [5] Thompson, C.M., Shure, L., Image Processing Toolbox User’s Guide, The MathWorks Inc., Natick, Mass., 1995.

http://bs.wikipedia.org/wiki/Obrada_digitalne_slike http://www.splashup.com

13

Obrada slika

http://www.picnik.com

14