Predmet: Informatika

Tema: Obrada slika

Autor:Stefan Savi

Profesor:Timoti Tanja

Datum: 05.06.2011 god.

Obrada slika

SADRAJ

1.SADRAJ1 2.UVOD .2 3. REPREZENTACIJA I MODELOVANJE SLIKE ....3 4. POBOLJANJE 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. PRAKTINI DEO OBRADE SLIKA ..5 10.1 Osnove obrade .....5 10.2 Grafiki programi ....6 10.3 Kompresovanje digitalne slike ....6 10.4 Oznaavanje dela..6 10.5 Slojevi ..6 10.6 Menjanje veliine ....7 10.7 Izdvajanje dela .....8 10.8 Histogram ....8 10.9 Otklanjanje neistoa...8 10.10 Promena odreene boje .....9 10.11 Poloaj 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 ...12broj strane

2

Obrada slika

2.UVOD Digitalna obrada slike predstavlja skup metoda za obradu slike pomou raunara. Slike koje se obrauju mogu imati razliito poreklo. Osim sa kamere, kao najeeg ulaza u sistem za obradu slike, slike mogu poticati sa satelita i drugih letelica, ureaja za medicinsku dijagnostiku, telekomunikacionih ureaja za prenos, memorijskih medijuma za skladitenje, radara, sonara i drugih ureaja. U najveem broju sluajeva ulazna slika u sistem za obradu slike potie iz vidljivog dela spektra, mada u nekim sluajevima predstavlja dvodimenzionalni signal iz nevidljivog dela elektromagnetskog spektra. Zbog toga se u irem smislu, termin digitalna obrada slike koristi i za obradu bilo kakvih dvodimenzionalnih podataka. Izlazni signal iz sistema za digitalnu obradu slike je najee 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 numerikih 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 prenoene kablovskom vezom preko Atlantskog okeana i rekonstruisane na prijemnoj strani. Uvoenjem elementarnih tehnika digitalne obrade slike znatno je skraen proces prenosa slike i popravljen kvalitet. Mada je u kasnijem periodu dolo do znatnog napretka u tehnikama prenosa i rekonstrukcije slike, tek je sa usavravanjem raunarske opreme i poetkom istraivanja svemira dolo do naglog razvoja digitalne obrade slike. 1964. god. digitalni raunar je prvi put iskorien 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 istraivanje svemira. Zbog toga je digitalna obrada slike godinama bila sinonim za veoma skupu i visoku tehnologiju i kao takva dostupna samo malom broju istraivakih laboratorija u svetu. Meutim, sa naglim razvojem elektronike i raunarske tehnike, a posebno mikroprocesora i integrisanih digitalnih procesora signala, digitalna obrada slike poela je da prodire i u mnoge druge oblasti, gde ranije nije mogla biti koriena zbog visoke cene. Tako se, na primer, digitalna obrada slike intenzivno koristi u medicini za obradu i popravku kvaliteta rendgenskih i ultrazvunih slika, za trodimenzionalnu rekonstrukciju organa u tomografiji i nuklearnoj magnetskoj rezonansi, itd. Druge vane primene digitalna obrada slike je nala u fizici, astronomiji, biologiji, kriminalistici, metalurgiji, geologiji, pa ak i u arheologiji i rekonstrukciji umetnikih dela. U poslednjih desetak godina digitalna obrada slike je nala primene i u filmu, televiziji, proizvodnji muzikih 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 razliitim oblastima. Zbog toga 2 1. Osnovi digitalne obrade slike se svi metodi koji se koriste u digitalnoj obradi slike mogu svrstati u svega est oblasti: metodi za reprezentaciju slike, metodi za poboljanje 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 veliine koju predstavlja jedan element slike, koji se krae naziva piksel ili pel. Slika, zavisno od porekla, moe 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 ultrazvunih snimaka), itd. Vaan problem reprezentacije slike je vernost kojom slika opisuje posmatranu fiziku 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 sadraja slike, popravku njenog kvaliteta, kompresiju sadraja, itd. U uskoj vezi sa problemima reprezentacije slike su i postupci modelovanja slike. Slika se najee modeluje statistiki pomou statistikih karakteristika prvog i drugog reda. Pri tome se esto koristi pretpostavka o stacionarnosti slike, mada ova pretpostavka nije uvek ispunjena. Mnogo vii nivo modelovanja se koristi u analizi slike, gde se smatra da je slika sainjena od vie objekata, a model definie 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. POBOLJANJE SLIKE Kod metoda za poboljanje 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 poboljanjem ne popravlja informacioni sadraj slike, ve se olakava korienje postojeih informacija. Metodi za poboljanje slike su brojni, jer mnogo zavise od uslova pod kojima je slika dobijena, kao i od primene poboljane slike. Zbog toga su mnogi postupci za poboljanje slike interaktivni ili adaptivni. Najei metodi za poboljanje slike su poboljanje kontrasta, eliminacija uma, izotravanje 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 poboljanja slike je karakteristino da su najee veoma jednostavni tako da se mogu izvravati i u realnom vremenu. 5. RESTAURACIJA SLIKE Restauracija slike se takoe koristi da bi se poboljao kvalitet slike, ali u sluajevima kada je degradacija slike poznata ili kada se moe formirati model degradacije. Tipini primeri 1. Osnovi digitalne obrade slike 3 restauracije odnose se na korekciju geometrijskih izoblienja optikog dela kamere, uklanjanje uma iji je statistiki model poznat, korekciju smanjene otrine slike usled pokreta ili defokusiranja kamere, itd. Za razliku od prethodno pomenutih metoda za poboljanje slike, metodi restauracije su mnogo kompleksniji i obino se ne izvravaju u realnom vremenu.

4

Obrada slika

6. KOMPRESIJA SLIKE Slika sadri ogromnu koliinu podataka. Na primer, jedna standardna filmska slika, ije 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. Jo vea koliina podataka sree se kod sekvenci slika. TV sekvenca, ije je trajanje 1 s, zahteva oko 10 MB. Prenos ovako velikih koliina podataka telekomunikacionim kanalima predstavlja ozbiljan problem. Slini su problemi ako sliku ili video signal treba zapamtiti na nekom memorijskom medijumu. Da bi prenos i uskladitenje slika bio tehniki mogu i ekonomski isplativ, potrebno je primeniti neke tehnike kompresije, kojima se smanjuje broj bita potreban za reprezentaciju slike. S obzirom na znaaj 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 vri kompresiju uz gubitak beznaajne koliina informacija. Naravno, stepen kompresije ove druge grupe metoda znatno je vei. Za kompresiju podataka kod sekvenci slika takoe je razvijen veliki broj metoda, koje omoguavaju vrlo veliki stepen kompresije ime je omogueno uskladitenje i prenos video signala u digitalnoj formi. 7. ANALIZA SLIKE Analiza slike se sprovodi radi utvrivanja kvantitativnih karakteristika objekata na slici i njihovih meusobnih odnosa. Jednostavni primeri analize slike su nadzor automatskih proizvodnih linija u industriji, automatska analiza slika u biomedicini, itd. Sloeniji primeri analize ukljuuju i prepoznavanje oblika i koriste se u robotici i u irokoj oblasti poznatoj pod nazivom mainski ili vetaki vid (engl. computer vision). Analiza slike se sastoji iz vie postupaka koji u izvesnoj meri oponaaju proces percepcije (opaanja) kod oveka. 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 rekonstruie dvodimenzionalni (ili viedimenzionalni) objekat iz vie jednodimenzionalnih (ili 4 1. Osnovi digitalne obrade slike dvodimenzionalnih) projekcija. Ova grupa tehnika je najveu primenu nala u medicinskim ureajima (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 znaajnoj meri zavisi od njegove namene, osnovne komponente sistema su u veini sluajeva povezane. Osnovnu komponentu sistema predstavlja raunar koji vri obradu slike. Raunar je spregnut sa ostalim delovima sistema od kojih su najvaniji: memorija, video monitor, kamera sa

5

Obrada slika

ureajem za digitalizaciju, ulazni ureaji, izlazni ureaji i ureaji za komunikaciju sa operaterom. Memorija slui za trajno uskladitenje digitalnih slika u matrinom formatu. U praksi se kao memorijski medijumi najee koriste magnetski medijumi (disk, diskete, i znatno ree traka), zatim optiki diskovi (CD-ROM i digitalni optiki disk). Poto je u veini sistema za digitalnu obradu slike potrebno prikazati obraenu sliku operateru sistema, za tu svrhu se koristi poseban video monitor visoke rezolucije sa ekranom veih dimenzija. Raunarski sistem takoe treba da ima jo jedan manji monitor loijih karakteristika preko koga operater komunicira sa raunarom. Kamera sa ureajem za digitalizaciju predstavlja osnovni ureaj za unos digitalnih slika u raunar. Treba napomenuti da danas postoje i kamere sa ugraenim A/D konvertorom, koje kao izlaz direktno daju digitalni signal. Ipak, kod veine savremenih sistema jo 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 ureaji slue za alternativne naine unoenja slika u raunar. To su, pre svega,razne vrste skenera, analogni video rikorderi, digitalni video rikorderi, nestandardne kamere, konvertori filmske slike u TV sliku, senzori medicinskih ureaja, itd. Naravno, slika se moe uneti u raunar i u digitalnom obliku pomou izmenljivih memorijskih medijuma, kao i preko lokalne raunarske mree ili Interneta. Izlazni ureaji takoe mogu biti veoma raznovrsni. Najvaniji meu njima su ureaji za izradu vrstih kopija slike, kao to su razni laserski ili ink-det tampai (crno beli ili u boji), video printeri za izradu fotografija, ureaji za izradu slajdova, analogni video rikorderi, digitalni video rikorderi, ureaji za snimanje na analogni optiki disk, itd. Najei ureaji za komunikaciju raunara sa operaterom su raunarski monitor, tastatura i mi. Znatno ree se koriste dojstik, grafika tabla i slini ureaji. 10. PRAKTINI 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 grafiki softver koji slue kao alat za menjanje, montiranje, poboljavanje i razmeravanje slike. Obrada digitalnih slika se koristi u nauci, medicini i forenzici. 10.1 Osnove obrade Rasterske slike se u raunaru skladite kao mree piksela. Pikseli sadre informacije o boji, svetlini i ostalim postavkama neke digitalne slike. Grafiki programi mogu menjati te piksele, odnosno itave slike, da bi se neka digitalna slika promenila ili poboljala na mnogo naina. Za to slue rasterski grafiki programi, dok imamo i vektorske grafike programe koji su vie stvoreni za pravljenje novih i drugaijih slika u vektorskoj grafici.

6

Obrada slika

10.2 Grafiki programi Postoji itav niz raznih grafikih programa, od onih jednostavnih (kojima je mogue vriti okretanje ili razmeravanje slike) pa sve do veoma detaljnih programa koji imaju jako detaljne algoritme sa mnogo opcija za rukovanje digitalnom slikom. Poznati rasterski grafiki programi su Adobe Photoshop, Paint Shop Pro i potpuno besplatni GIMP. 10.3 Kompresovanje digitalne slike Mnogi formati slika koriste tehniku komprimovanja za smanjivanje veliine grafikog podatka. Primjer saetog formata je JPEG format koji pokuava smanjiti veliinu podatka uz neprimetne gubitke kvaliteta slike to nije uvek sluaj (zavisi od nivoa komprimovanja). Postoje i algoritmi komprimovanja koji ne umanjuju kvalitet slike, takav je PNG format. Veoma esto se prave kompromisi na ovom polju, tako da se na internet obino postavlja saeta grafika koja je esto slabijeg kvaliteta nego original. Mogunosti grafikih programa Ispod ete videti neke najpoznatije mogunosti koji mogu izvoditi grafiki programi nad digitalnim slikama. 10.4 Oznaavanje dela

Oznaavanjem jednog dela slike i radom na tom delu ne utiete na ostatak slike. Osnovna funkcija svakog grafikog programa je mogunost odabira ili isecanja oznaenog dela slike. Tako je mogue napraviti promene na samo jednom delu slike koji nee uticati na itavu sliku. Postoji nekoliko alata pomou kojih se ovo radi, to su marqee alat, lasso, virtuelne olovke, maskiranje, alfa alat, kanalno-bazirano vaenje, kao i vaenje na osnovu boje. 10.5 Slojevi Jedna od vanijih osobina svakog grafikog programa jesu slojevi (layer). Doslovno jedan grafiki program moe imati neodreeni broj slojeva od kojih se sainjava celina odnosno slika. Grafiki program je u mogunosti sakriti jedan sloj slike, promeniti samo jedan da ne utie na drugi, kao i stopiti dva sloja u jedan, grupisati ih i tako dalje.7

Obrada slika

Ovo je jedna od najvanijih mogunosti jer omoguava lagano i efikasno rukovanje slikom bez da se uini neka nepovratna akcija koja e unititi celu sliku. Takoe je mogue dodatno isprobavanje raznih efekata i promena bez diranja same slike, taj se sloj kasnije moe ukloniti ili ostaviti, zavisno od kvaliteta kako je odraen.

Prikaz rada sa slojevima u grafikom programu Photoshop, pokazane tehnike spajanja jednog sloja sa drugim kao i sakrivanja pojedinanog sloja 10.6 Menjanje veliine Skoro svaki grafiki softver moe menjati veliinu ili rezoluciju neke slike. Veinom se to koristi kod smanjivanja slika koje su velike rezolucije, jer nema smisla postavljati veliku sliku na internet jer se u protivnom slika sporije uitava kod korisnika sa sporijom vezom, a i sama slika je nepregledna jer prelazi dimenzije monitora i njegove prirodne rezolucije. U ureivanju grafike nekih novina ili asopisa zahteva uveavanje slike, jer pikseli nisu iste jedinice kao uobiajene metrike (kao to je centimetar). Za obini A4 papir koji se koristi u asopisima je potrebna raunarska rezolucija od 2480x3508, kao i pratee slike i grafika u veim rezolucijama nego to smo navikli, zbog toga veliina takvih dokumenata (jedne stranice) iznosi skoro 50 Megabajta u svom orginalnom formatu. Zato grafiari cene digitalne fotoaparate koji mogu proizvesti veu sliku, to se oitava u megapikselima (mpx), a neretko se deavalo da je fotoaparat u nemogunosti da prozivede dovoljno veliku sliku pa se slika dodatno uveavala u grafikom programu to je umanjivalo kvalitet slike.

8

Obrada slika

10.7 Izdvajanje dela Pomou grafikih programa mogue je doslovno izrezati deo jedne slike koji e kasnije i sam postati nezavisna slika. To se koristi i kod rezanja neeljenog dela jedne slike. Pomou ove tehnike se poboljava kompozicija slike. Cela slika Cvet iseen iz slike

10.8 Histogram Grafiki programi imaju i slikovni histogram neke digitalne slike. Histogram prikazuje vrednost osvetljenja pojedinanog piksela. Algoritmi u grafikim programima omoguuju montiranje svetline svakog piksela. Tako je mogue postii bolje rezultate i kvalitet slike. Iseena slika cveta Histogram

10.9 Otklanjanje neistoa Grafiki programi su nekoj meri u mogunosti otkloniti smetnje sa neke slike. Najee takve slike budu popunjene takozvanim takicama (noise) koje su rezultat slikanja u slabom osvetljenju. Uklanjanja neeljenih delova

9

Obrada slika

Pomou grafikih programa mogue je ukloniti neeljene delove neke slike, koristei se "clone" alatom ali i pomou runog samostalnog rada Original Uklonjeno granje sa vrha slike

10.10 Promena odreene boje Grafiki programi mogu promjeniti odreenu boju nekog predmeta u slici.

Primer menjanja odreene boje, orginalne koja se nalazi na desnoj strani 10.11 Poloaj slike Grafiki programi su u mogunosti montae slika da se ona okree u bilo kojem uglu i poloaju. Slike se mogu prevrtati i preslikavati. Takoer mogue ih je zakrivljavati, te im mijenjati perspektivu. Primeri okretanja slike

10

Obrada slika

10.12 Spajanje slika Mogue je spajati 2 ili vie nezavisnih slika ili delova slika u jednu celinu.

John i Bertha Phillips - 1910 10.13 Specijalni efekt Skoro svi grafiki programi mogu stvarati neke specijalne i neobine efekte koje rezultiraju zanimljivim ishodima. Program moe primeniti umetnike, geometrijske, teksturne itd. efekte.

11

Obrada slika

Primer specijalnih efekta koji se mogu dodati na sliku ili sloj

10.14 Menjanje dubine boje Mogue je i promijeniti dubinu boja, najee su one sa 2, 16, 256 boja, kao i sa 16 miliona boja. JPEG i PNG slike imaju mogunost od 16,7 miliona boja. Takoe je mogue pretvoriti sliku u 8 bitnu - crnobelu.

Primer pretvaranja slike u crnobelu 10.15 Kontrast i osvetljenje

12

Obrada slika

Ove opcije imaju i najjednostavniji grafiki programi, pomou njih se poveava ili smanjuje osvetljenje ili kontrast neke slike. Izotravanje i glaenje Pomou grafikih programa je mogue izotravati i mutiti sliku na vie naina. To se koristi kod glaenja portreta, odnosno pozadinu portreta da bi se osoba na slici istakla. Veoma je lako i odstranjivanje efekta crvenih oiju. Montiranje boja je jedna od najosnovnijih opcija, pomou ove tehnike se moe unaprediti kvalitet slike kao njen tonski balans. Postoje i komplikovanije procedure kao to je meanje 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] Jhne,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 Users 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