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1 | Fundamentos da Imagem Digital Antonio Escaño Scuri Tecgraf/PUC-Rio 2002
2 | Conteúdo Aplicações Conceitos Básicos Resolução Espacial Cor Resolução Temporal Captura Visualização Armazenamento Processamento Software
3 | Aplicações Sensoriamento Remoto Microscopia. Medicina. Manutenção de obras de arte. Identificação de impressões digitais. Armazenamento de documentos. Medidas de velocidade de escoamento de fluidos. Controle de qualidade. Astronomia, Fotografia, Video, Efeitos Especiais, etc.
4 | Aplicações. Correção de Movimento
5 | Aplicações. Análise de Partículas
6 | Aplicações. Reconhecimento de Placas
7 | Aplicações. Visão - Juiz Virtual
8 | Aplicações. Medicina
9 | Aplicações. Efeitos Especiais
10 | Conceitos Básicos
11 | Contexto
12 | Contexto
13 | Contínuo x Discreto
14 | Quantização
15 | O Paradigma dos Quatro Universos
16 | Imagem neste Paradigma
17 | A Imagem Fotográfica
18 | A Imagem Contínua
19 | A Imagem Contínua O que é Cor ? Representação é Única ? Perceptual x Físico Aplicação do Paradigma para Cores ...
20 | A Imagem Digital
21 | A Imagem Codificada
22 | Resolução Espacial
23 | Resolução Espacial Dado o tamanho da imagem (cm, in, etc...), quantos valores discretos vão ser tomados? no. pixels = resolução x tamanho Unidades DPI - “Dots per Inch”, Pontos por Polegada DPC - Pontos por Centímetro Resoluções Típicas (Exemplos): Monitor - 72 DPI Scanner - 1200 DPI Impressora - 600 DPI Razão de Aspectos: resolução horizontal = resolução vertical É também uma medida de Qualidade da Amostragem
24 | Resolução Espacial. Tamanho x Resolução
25 | Resolução Espacial. Topologia de um Pixel Vizinhança: 4 conectada (eqüidistantes) 8 conectada (nem todos eqüidistantes) Hexagonal Eixos: Mais comum no canto superior esquerdo, também usado no canto inferior esquerdo ou no centro.
26 | Resolução Espacial. Amostragem e Reconstrução Dados valores discretos, qual a função contínua? Re-amostragem = reconstrução+amostragem com nova resolução Zoom ¹ Resize Warping e Morphing Reconstrução = Interpolação
27 | Resolução Espacial. Interpolação
28 | Resolução Espacial. Interpolação
29 | Resolução Espacial. Aliasing
30 | Resolução Espacial. Aliasing Espacial
31 | Resolução Espacial. Aliasing em Desenho
32 | Cor
33 | Cor Radiação Eletromagnética Colorimetria: Estuda cor do ponto de vista físico. Fotometria: Estuda cor do ponto de vista perceptual.
34 | Cor Física Luz: Natureza Dual Processos de Formação de Cor: Aditivo (Issac Newton - Prisma, Monitor) Subtrativo (Filtros Fotográficos, Slides) Pigmentação (Pintura) Combinação de Processos (Impressão Offset)
35 | Cor Perceptual Olho Humano: Bastonetes: percepção de intensidade, visão noturna, detalhes laterais. Cones: percepção de cor, três tipos valorizando respectivamente Azul, Verde e Vermelho (Red, Green, Blue - RGB). Visão direta. Resposta Logarítmica à Intensidade => Correção Gamma Interação entre Sensores (Inibição Lateral) => Contraste Simultâneo e Mach Band Duas cores fisicamente distintas podem parecer idênticas => Metamerismo Espectro Visível: 380nm à 780nm.
36 | Luminância e Crominância A cor é enviada para o cérebro em dois canais um uni-dimensional contendo informação de luminância e outro bi-dimensional contendo informação de crominância. O eixo de luminância é perpendicular ao eixo de crominância, definindo um espaço de cor. (Obs: Brightness, Lightness, etc... são magnitudes referentes à Luminância.)
37 | Amostragem e Reconstrução de Cor (Resumo) Dadas as primárias do emissor Pk(l) Define-se uma cor de referência em função das primárias wk Obten-se as funções de reconstrução de cor a partir de experimentos usando a cor de referência Agora....
38 | Amostragem e Reconstrução de Cor (Resumo) Dada uma cor qualquer, obtemos suas componentes a partir das funções de reconstrução. Para reconstruir a cor usamos a equação:
39 | Cor no Paradigma dos 4 Universos
40 | Padronização para Cor CIE RGB (1931): define primárias Pr(l), Pg(l) e Pb(l) Experimentos de Cor => define um observador padrão e obtém as funções de reconstrução de cor Ck(l) deste observador, variando l para todo espectro visível.
41 | Observador Padrão CIE
42 | CIE XYZ CIE RGB: contém valores negativos CIE XYZ: todas as componentes das cores visíveis não devem ser negativas duas primárias devem ter luminância zero um maior número de cores espectrais deve possuir pelo menos uma componente zero. Define base de primárias fora do visível. Possui cores que não serão visíveis.
43 | Diagrama de Cromaticidade - CIE XYZ
44 | Propriedades de Cor
45 | Sistemas de Cor Sistemas Padrão CIE RGB CIE XYZ Sistemas Complementares CMY(K) Sistemas Uniformes CIE Luv CIE Lab Sistemas de Dispositivos mRGB
46 | Mudando o Espectro
47 | Correção Gamma
48 | Sistemas de Cor Sistemas de Vídeo Yrb Ypbpr (Sony Betacam) YCbCr (Digital Vídeo) Sistemas de Vídeo Composto (NTSC, PAL, ... ) YUV YIQ Sistemas de Interface (por Coordenada) HSV HSL
49 | Sistemas de Cor HSB - Hue, Saturation, Brightness Hue - Matiz, cor pura Saturation - O quanto uma cor se aproxima da cor pura ou se afasta de ausência de cor. Brightness - Luminância, distribuição de intensidade luminosa de uma cor.
50 | Sistemas de Cor Corte no plano de Lightness = 50%
51 | Cubo RGB
52 | Correspondência de Cor
53 | Sistemas de Cor Sistemas de Interface (por Amostra ) Munsell Ostwald Pantone Truematch Focoltone
54 | Sistemas de Gerência de Cor Color Management Systems Realizam a conversão entre os diversos sistemas procurando o mínimo de perdas, ou seja o maior número de correspondências possível. Portabilidade de Cor Exemplos: PhotoTune (Agfa) Image Color Matching (Padrão)
55 | Quantização Visualização (0-255) Compressão 256 Cores indexando uma tabela Uniforme x Adaptativa Halftoning (Meio Tom) Dithering
56 | Quantização x Amostragem
57 | Quantização
58 | Dithering
59 | Referências Poynton's Colour FAQ - http://home.inforamp.net/~poynton LittleCms - http://www.littlecms.com/ Adobe Color and Color Management / Technical Guides - http://www.adobe.com/support/techguides/color/main.html CIE / International Commission on Illumination - http://www.hike.te.chiba-u.ac.jp/ikeda/CIE/home.html A Standard Default Color Space for the Internet (sRGB) - http://www.w3.org/Graphics/Color/sRGB.html efg's Computer Lab and Reference Library - http://www.efg2.com
60 | Resolução Temporal
61 | Resolução Temporal A partir da lei de Ferry Porter: quanto maior for a iluminação ambiente maior será a freqüência de percepção da cintilação ou menor será o tempo para que o observador não perceba a cintilação. Cinema x Televisão = Progressivo x Entrelaçado
62 | Iluminação Ambiente e Taxa de Redesenho
63 | Conversão 3-2 de Cinema para Vídeo
64 | Captura
65 | Captura Scanner Papel Slides Sistema RGB Calibração Simples, mas requer “prova”. Pode alcançar altíssimas resoluções (+4000 DPI). Digitalizador de Sinal de Vídeo (Frame Grabber) Sinal de Vídeo Geralmente usam Sistema RGB Resolução depende do sistema de Vídeo, geralmente imagens de menor qualidade. Calibração é feita para o nível de branco e o nível de preto.
66 | Captura Câmeras Digitais Usam um CCD – Charge Coupled Device que atua como se fosse o filme fotográfico. Alcança resoluções de 640x480 até milhares de pixels. Line Scan CCD – usados para altas resoluções, com alta linearidade, alta banda dinâmica e readout lento. CMOS – nova tecnologia Sistema de Cor monocromático ou RGB. Calibração semelhante a do Scanner, mas depende de fatores externos, como iluminação.
67 | Captura. Referências Twain - http://www.twain.org Microsoft Windows Image Acquisition Still Image and Video Capture – WIA Microsoft Video for Windows – VFW DirectShow ScanTips - http://www.scantips.com
68 | Visualização
69 | Visualização. Distância Ótima
70 | Visualização Monitor Sistema RGB Cor é contínua, depende da Placa de Vídeo Geralmente baixa resolução (72 DPI) Freqüência de Rastreamento (75 Hz), se baixa causa “flicker” Razão de Visão 4x3 (Cinema = 2x1) Monitor Versus Tv Calibração requer dispositivo, depende da luz ambiente.
71 | Visualização Distância Ótima para Visualização Razão de Aspectos
72 | Visualização Impressoras Tecnologia muito variada. Pode alcançar altíssimas resoluções. Geralmente Sistema CMYK, com muitas variações Impressoras de 4 cores utilizam resolução espacial para compensar baixa resolução cromática. Calibração depende de muitos fatores: papel, tinta, até umidade do ar. Assim como existem uma grande variedade de dispositivos para calibração.
73 | Armazenamento
74 | Armazenamento Geralmente dependente da resolução, do sistema de cor, e do número de bits por pixel (amostragem+quantização) Na prática a grande maioria das imagens digitais se encaixa em uma das descrições abaixo:
75 | Armazenamento. Cálculo do Tamanho O tamanho em bytes de uma imagem pode ser calculado com:
76 | Armazenamento. Exemplos Exemplo 2: Imagem 15cm x 10cm capturada com 300 DPI em True Color (24 Bpp) Largura = 15 x 300 / 2,54 = 1771 Altura = 10 x 300 / 2,54 = 1181 Tamanho = 1771 x 1181 x 3 = ~6 Mb Exemplo 3: A mesma imagem com 600 DPI Tamanho = ~24 Mb Exemplo 4: Página A4 com 600 DPI = ~100Mb
77 | Armazenamento. Imagens Indexadas Imagens Indexadas
78 | Armazenamento. Compressão Com Perdas JPEG (Join Photographic Experts Group) Fractal Sem Perdas Código de Huffman RLE (Run Lenght Encoding) LZW (Lempel-Ziv & Welch) JBIG (Join Bi-level Image Experts Group)
79 | Armazenamento. Formatos de Arquivo Formatos com padrão já bem estabelecidos no mercado:
80 | Armazenamento. Compressão de Vídeo
81 | Armazenamento. Formatos de Vídeo
82 | Armazenamento. Multiresolução A mesma imagem em diferentes níveis de resolução.
83 | Armazenamento. Referências LibTIFF - http://www.libtiff.org LibPNG - http://www.libpng.org LibJPEG - http://www.jpeg.org FreeImage - http://www.freeimage.org ImageMagick - http://www.imagemagick.org QuickTime - http://www.apple.com/quicktime Windows Media - http://www.microsoft.com/windowsmedia MPEG – http://www.mpeg.org
84 | Processamento
85 | Processamento. Classes de Operações Por Escopo Pontual Local Global Por Resultado Realçar/Obscurecer Restauração/Deformação Compressão Segmentação Extração de Atributos
86 | Processamento. Seqüência Clássica
87 | Processamento. Operação Pontual e Local Pontual
88 | Processamento. Operações Pontuais Ajuste de Cor: Brilho, Contraste, Nível de Branco e Nível de Preto, Saturação, Correção Gamma Operações baseadas no Histograma Threshold Operações aritméticas unárias, binárias, etc… Posterize, Solarize
89 | Processamento. Operações Pontuais
90 | Processamento. Histograma Para cada nível de tonalidade, calcula quantos pixels existem naquela tonalidade.
91 | Processamento. Operações Locais Operações de Filtragem Deformações, Warping, Morphing Resize, Stretch, Rotação Operações Morfológicas
92 | Processamento. Operações Globais Transformada de Fourier Transformada de Wavelets Transformada de Hough
93 | Software
94 | Software Adobe PhotoShop Corel PhotoPaint Fractal Design Painter Paint Shop Pro Lview Pro ACDSee GIMP XV
95 | Software NIH Image Korus KS-400 Digital Micrograph XITE Image Tool Image Pro WiT Optimas