● SAYISAL GÖRÜNTÜ İŞLEMENİN TEMELLERİ● 2. HAFTA● YRD. DOÇ. DR. BURHAN BARAKLI

Nerden çıktı bu sayısal görüntü işleme?

SGİ Kullanan Alanlara Örnekler

● Sayısal görüntü işleme, uygulama alanlarına göre farklılar göstermektedir. Bunun için en basit yol görüntüleri, kaynaklarına göre kategorize etmektir.

● Günümüzde kullanımda olan görüntüler için temel enerji kaynağı, elektromanyetik spektrumdur. Diğer enerji kaynakları akustik, ultrasonik ve elektronik içermektedir.

Elektromanyetik Spektrum● Gözlerimizin gördüğü ışık, elektromanyetik dalganın gerçek bir

parçasıdır. Elektromanyetik spektrumun görünür kısmı, gök kuşağının sahip olduğu portakal rengi ve kırmızıdan, mor ve maviye kadar bütün renkleri içermektedir. Bu renklerin her biri gerçekten ışığın farklı dalgaboylarına karşılık gelmektedir.

● Dalga Nedir?

● Ses, herhangi bir moleküler ortamda hatta su moleküllerin oluşturduğu bir ortamda yol alabilmektedir. Boş uzayda ses dalgalarını taşıyacak her hangi bir molekül bulunmadığı için ses de olmaz.

● Elektromanyetik dalgalar, yayılmaları için herhangi bir ortama ihtiyaç duymadıkları için ses dalgalarından faklıdır. Elektromanyetik dalgalar, hava ve katı materyaller içinde yayıldığı gibi herhangi bir madde içermeyen boş uzayda da yayılmaktadır.

● EM dalgalar, herbiri dalga benzeri örüntü şeklinde gezinen ışık hızıyla yayılan hareket eden kütlesiz parçacıklar olarak düşünülebilir. Her bir enerji demeti foton olarak adlandırılır.

E=h.f

Gamma Işını Görüntüleme

Gamma-ışınları, elektromanyetik spektrumun en fazla enerjiye sahip olduğu bölsesine karşılık gelmekle birlikte, en kısa dalga boyuna sahip olduğu kısmına karşılık gelen bölgesidir. Bu dalgalar, radyoaktif atomlar veya nükleer patlamalar sonucu oluşmaktadır. Gamma-ışınları, canlı hücreleri öldürebilir. Bu özelliği tıpta, kanserli hüçreleri öldürmek için tedavi amaçlı kullanılmaktadır.

X-Işını Görüntüleme

● X-ışınları, vakum tüpleriyle deney yaparken şans eseri onu bulan Alman bilim adamı Vilhem Conrad Roentgen tarafından keşfedilmiştir. Bir hafta sonra, karısının parmaklarında takılı olan nikah yüzüğünü ve parmak kemiklerini çok açık bir şekilde açıklayan bir X-ışını fotoğrafını çekti. Bu fotoğraf, bilim çevrelerlinde ve geniş halk kitlelerinde büyük heyacan yarattı. Roentgen, bilinmeyen ışınımın bu tipini göstermek için onu “X” olarak isimlendirdi.

Mor Ötesi Bandında Görüntüleme

● Mor ötesi (ultraviole UV) görünür bölgeden daha kısa dalga boylarına sahiptir. Bu dalgalar her ne kadar insan gözüyle görülemeseler bile, eşek arısı gibi, bazı böcekler tarafından görülebilir.

● Endüstriyel denetim, mikroskopi, lazerler, biyolojik görüntüleme ve astronomik gözlemler bu görüntüleme çeşidine girmektedir.

● Bu ışınım fotonu folarasan malzeme atomundaki bir elektron ile çarpışırsa kırmızı ışık bölgesinde bir ışık yayar.

Görünür ve Kızılötesi Bandında Görünt.● Kızılötesi: Kırmızı altı bölgeye karşılık gelen

elektromanyetik dalga ışınımı, elektromanyetik spektrumun mikrodalga spektrumu ile görünür bölge spektrumları arasında kalan bölgedir.

● Kızılötesi bant sıklıkla görsel görüntüleme ile (gibi) kullanılır.

● Kızılötesi ışınımının temel kaynağı, ısı ve ısı ışınımları olduğu için, herhangi bir cisim, kızılötesi olayında bir sıcaklık yayar. Hatta çok soğuk olarak düşündüğümüz cisimler, örneğin bir buz küpü parçası, kızılötesi ışık yaymaktadır. Bir cisim görünür bölge ışığı yaymak için yeterli sıcaklığa sahip değilse, onun enerjisinin çoğunu infraret ışınımı olarak yayacaktır. Örneğin, mangal kömürü, görebileceğimiz ışık çıkarmayabilir fakat bizim sıcaklık olarak hissedeceğimiz bir infrared ışınımı yayabilir. Isıtılmış cisimler, çok daha fazla infrared ışınımı yayarlar.

● Görünür Bölge Işık Dalgaları

● Renkten yoksun ışık monokromatik ışık olarak adlandırılır. Monokromatik ışığın siyahtan beyaza ölçülen değerlerin aralığı gri ölçek olarak adlandırılır.

● Kromatik ışık 430-790 nm. Frekansa ek olarak üç temel nicelik kromatik ışığın kalitesini belirler. Işıma ve parlaklık. Işıma, ışık kaynağından çıkan toplam enerji miktarıdır (watt). Işıklık (Parlaklık) lm (lümen) ile gösterilir. Bir gözlemcinin bir ışık kaynağından algıladığı enerji miktarının bir ölçüsünü verir.

Mikrodalga Bandında Görüntüleme

● Mikrodalgalar santimetre mertebesinde ölçülen dalga boylarına sahiptir. Uzun dalgaboyuna karşılık gelen ve mikrodalga bölgesinin başlangıcını oluşturan dalgalar, bir mikrodalga fırınında bulunan yiyeceklerimizi ısıtan dalgalardır. Bu dalgalar, maddeleri oluşturan atom ve moleküllerle etkileşerek onları hareketlerinde meydena getirdikleri sürtünme nedeniyle ortaya ısı enerjisinin çıkmasına neden olmaktadır. Bu şekilde de mikrodalgaya maruz kalan maddeler ısınmaktadır.Kısa dalga boylarına karşılık gelen mikrodalgalar, uzaktan algılamalarda kullanılmaktadır. Bu mikrodalgalar, hava tahminlerinde kullanılan sistemlerindeki gibi, radar olarak kullanılmaktadır.

Radyo Bandında Görüntüleme

● Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun sahip oldukları en uzun dalgaboyuna sahiptir. Bu dalgalar, bir futbol sahasından büyük olacağı gibi bir top buyutundan da küçük olmaktadır.

● Radyo dalgaları radyolarınıza müzik getirmekten çok daha fazla iş yapmaktadırlar. Onlar aynı zamanda televiziyon ve cep telefonu sinyallerini de taşıma görevini yapmaktadırlar.

Diğer Görüntüleme Yöntemleri

Sayısal Görüntü Temelleri

Görüntü (İmge) Kavramı

Uzamsal ve Piksel Çözünürlüğü

● Uzamsal olarak çözünürlük bir görüntüdeki ayırt edilebilir en küçük detayın bir ölçüsüdür. Birim uzaklık başına düşen satır çiftleri ve birim uzaklık başına düşen pikseller, noktalar en yaygın ölçüler arasındadır.

● Kısaca çözünürlük, piksel sayısı/birim fiziksel boyut ifadesi ile bulunur. Ppi (pixel per inch) yada dpi (dot per inch) ile ifade edilir.

● Gazeteler 75 dpi, magazinler 133 dpi, elimdeki kitap 2400 dpi çözünürlükte basılmıştır.

● Tek başına görüntü boyutu tüm hikayeyi anlatmaz.

● 1024 x 1024 piksel çözünürlüğüne sahip olması görüntü tarafından ihtiva edilen uzamsal boyutları belirtmeden anlamlı bir ifade değildir.

Uzamsal çözünürlüğün azaltmanın etkileri gösterilmektedir. Daha az çözünürlüğe sahip görüntüler orijinalinden daha küçüktür. Orijinal görüntü 3692x2812 piksel boyutundayken 72 dpi'lik görüntü 213x162 boyutunda bir dizidir. Karşılaştırmayı mümkün kılmak için küçük görüntüler tekrar orijinal boyutuna büyütülmüştür.

Piksel Çözünürlüğü

● Piksel seviyesindeki ayırt edilebilir en küçük değişikliğe karşılık gelir. Donanım kıstaslarından dolayı piksel seviyelerinin sayısı, ikinin tam sayı katları şeklindedir.

Basit Dizi İşlemleri

Görüntü Aradeğerleme

● Aradeğerleme büyütme, küçültme, döndürme ve geometrik düzeltme gibi işlerde kullanılan temel bir araçtır.

● Aradeğerleme bilinmeyen yerlerdeki değerleri tahmin etmek için bilinen verileri kullanma işlemdir.

● 500x500 piksel boyutundaki bir görüntüyü 1.5 kat büyüterek 750x750 boyutuna çıkarıldığını varsayalım. Büyütmeyi görselleminin bir yolu orijinalinkiyle aynı piksel aralığına sahip 750x750 pikseller sanal bir ızgara oluşturmak ve sonra bu ızgarayı orijinal görüntünün üzerine tam otursun diye küçültmektir. Küçültülmüş 750x750'lik ızgaradaki piksel aralığı orijinalinkinden daha az olacaktır. Bindirmedeki her noktaya piksel değeri ataması yapmak için, orijinal görüntüde o noktaya en yakın pikseli arar ve o pikselin 750x750'lik ızgaradaki yeni piksele atarız. (En yakın komşu aradeğerleme)

● Bir önceki yaklaşım basittir, fakat istenmeyen ciddi yapaylıklar görüntüde oluşabilir.

● Daha uygun bir yaklaşım bilinear aradeğerleme yöntemidir. Bir konumdaki piksel değerini tahmin etmek için en yakın dört komşuyu kullanırız. Çift doğrusal aradeğerleme ile atanan yeni değer,

 

● Buradaki dört katsayı, (x,y)'nin en yakın dört komşusu kullanılarak yazılan dört bilinmeyenli dört eşitlikten bulunur.

● Bicubic aradeğerleme: 16 altı en yakın komşuluğunu kullanırak elde edilir.