Filtry

1. Filtry Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne, 2004/2005

2. Plan wykładu • Przegląd dostępnych filtrów • Zastosowanie filtrów na różnych etapach pracy systemu • Dalsze badania Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

3. Podział filtrów • Operacje na pojedynczym pikselu • Operacje na grupie pikseli • Operacje na histogramie obrazu • Obrót / skalowanie obrazu • Techniki złożone Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

4. Filtry punktowe • Funkcja liniowa • Funkcja potęgowa • Funkcja logarytmiczna • Zastosowanie • Polepszenie kontrastu • Polepszenie ostrości obrazu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

5. Funkcja liniowa • Skalowanie • Umożliwia skalowanie zakresu dynamicznego w wybranych przedziałach Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

6. Funkcja potęgowa • Korekcja Gamma • Obraz po przekształceniu nie traci naturalnego wyglądu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

7. Funkcja logarytmiczna • Kompresja poziomów szarości • Naturalny wygląd obrazu • Zmniejszenie informacji w obrazie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

8. Obraz Logarytm Skalowanie Gamma Filtry punktowe - przykłady Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

9. Obraz Logarytm Skalowanie Gamma Filtry punktowe - przykłady Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

10. Obraz Logarytm Skalowanie Gamma Filtry punktowe - przykłady Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

11. Filtry punktowe • Zalety: • Umożliwiają polepszenie kontrastu obrazu • Zwiększają ostrość • Wady: • Przejaskrawienie obrazu • Trudny dobór optymalnych parametrów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

12. Filtry przestrzenne • Filtry dolnoprzepustowe • Uśredniający • Gauss • Mediana • Filtry górnoprzepustowe • Roberts • Prewitt • Sobel • Laplacian Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

13. Filtry dolnoprzepustowe • Usuwanie drobnych szumów • Wygładzanie obrazu • Rozmazywanie konturów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

14. Filtr uśredniający • Filtr liniowy • Łagodne wygładzenie obrazu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

15. Filtr Gaussa • Filtr wykorzystujący funkcje potęgową • Mocniejsze wygładzenie przy krótszym czasie działania Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

16. Filtr Medianowy • Filtr nieliniowy • Dobrze usuwa szumy z obrazów jednocześnie nie eliminując ważnych informacji Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

17. Obraz Gauss Uśredniający Mediana Filtry dolnoprzepustowe Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

18. Filtry górnoprzepustowe • Poprawa ostrości obrazu • Wykrywanie konturów • W przypadku zaszumionych obrazów niedoskonałości zostaną wyolbrzymione. Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

19. Filtr Roberts’a • Metoda gradientowa Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

20. Filtr Prewitt’a • Metoda gradientowa Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

21. Filtr Sobel’a • Metoda gradientowa Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

22. Filtr Laplacian • Metoda wykorzystująca właściwości drugiej pochodnej Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

23. Obraz Prewitt Roberts Sobel Filtry górnoprzepustowe Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

24. Operacje na histogramie • Rozciąganie • Dopasowanie • Wyrównanie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

25. Rozciąganie histogramu • Zwiększenie zakresu dynamicznego obrazu, które poprawia kontrast oraz ostrość • Nie działa dla obrazów o charakterystycznym histogramie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

26. Wyrównanie histogramu • Dąży do równomiernego rozproszenia poziomów szarości w obrazie wyjściowym • Polepszenie kontrastu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

27. Wyrównanie histogramu • Algorytm: Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

28. Dopasowanie histogramu • Dąży do takiego przemieszczenia poziomów szarości, aby histogram obrazu wejściowego był jak najbardziej zbliżony do zadanego histogramu. • Ujednolicenie jasności obrazów Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

29. Dopasowanie histogramu • Algorytm: • Stworzenie histogramu obrazu wejściowego hIn i wyjściowego hOut • Normalizacja histogramów • Obliczenie funkcji przyrostu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

30. Dopasowanie histogramu • Algorytm: Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

31. Obraz Wyrównanie Rozciąganie Dopasowanie Histogram - przykłady Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

32. Histogram • Minimalizacja różnic między obrazami z różnych źródeł • Poprawa ostrości i kontrastu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

33. Obrót / skalowanie obrazu Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

34. Filtry złożone - techniki • Kuwahara • Canny • Unsharp Masking • LogAbout • GammaAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

35. Filtr Kuwahra • Filtr nieliniowy • Dobre wygładzanie obrazu • Brak zacierania krawędzi • Algorytm: • Dla każdego regionu: • Wynik: Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

36. Filtr Canny • Optymalizacja wykrywania krawędzi • Algorytm: • Filtr Gaussa • Filtr Sobel • Znalezienie kierunku krawędzi jako • Określenie kierunku • Śledzenie pikseli w kierunku krawędzi i usuwanie zbędnych pikseli • Progowanie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

37. Unsharp Masking • Wyostrzanie obrazu • Eliminacja drobnych szumów • Algorytm: • I(x,y) = Gauss(Iin(x,y)) • Ihp(x,y) = Iin(x,y) – I(x,y) • Ihp(x,y) = 0 dla Ihp(x,y) < próg • Iout(x,y) = Iin(x,y) + a*Ihp(x,y) Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

38. Metoda LogAbout • Polepszenie wykrywania krawędzi Filtr górno- przepustowy Filtr logarytmiczny Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

39. Rozciąganie histogramu Gauss LogAbout Metoda HistAbout • Polepszanie wykrywania krawędzi Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

40. Gamma Gauss LogAbout Metoda GammaAbout • Polepszenie wykrywania krawędzi Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

41. Gdzie stosować filtry? • Obraz wejściowy • Detekcja • Normalizacja Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

42. Obraz wejściowy • Problemy: • Zakłócenia obrazu • Rozwiązanie: • Filtr Gaussa • Filtr Medianowy Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

43. Obraz wejściowy/Detekcja • Problem: • Ciemny obraz • Rozwiązanie: • Rozciąganie histogramu • Korekcja Gamma • GammaAbout Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

44. Detekcja • Problem: • Wykrywanie krawędzi • Rozwiązanie: • Filtr Roberts • Filtr Prewitt • Filtr Sobel • Metoda Canny’ego Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

45. Normalizacja kształtu • Problem: • Brak unifikacji rozmiarów • Rozwiązanie: • Skalowanie • Problem • Obrócona twarz • Rozwiązanie: • Obrót Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

46. Normalizacja oświetlenia • Problem: • Nierównomierne oświetlenie twarzy • Rozwiązanie: • Operacje na histogramie Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

47. Zastosowanie filtrów • Poprawa jakości pobranego obrazu • Polepszenie wydajności metod detekcji obiektów • Normalizacja obrazu • Normalizacja oświetlenia Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

48. Co dalej ?? • Normalizacja oświetlenia nadal pozostaje polem do dalszych badań • Rozjaśnianie obrazów ciemnych Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006

49. Dziękuję Rozpoznawanie Twarzy i Systemy Biometryczne 2005/2006