Introducción al Procesamiento Digital de Imágenes

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María del Carmen Godoy Soto
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1 Introducción al Procesamiento Digital de Imágenes Lección 01 Dr. Pablo Alvarado Moya MP6123 Procesamiento Digital de Imágenes Programa de Maestría en Electrónica Énfasis en Procesamiento Digital de Escuela de Ingeniería Electrónica Tecnológico de Costa Rica III Cuatrimestre 2015 P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 1 / 36

2 Contenido Imágenes 1 Imágenes Percepción 2 Problema directo Problema inverso 3 4 P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 2 / 36

3 Percepción IMÁGENES P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 3 / 36

4 Percepción Imágenes Percepción Sistemas perceptivos biológicos se han adaptado al entorno P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 4 / 36

5 Percepción Acústica Percepción Algunos utilizan ondas acústicas P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 5 / 36

6 Percepción Acústica Percepción Algunos utilizan ondas acústicas P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 5 / 36

7 Percepción Óptica Imágenes Percepción Otros se han adaptado al espectro de luz visible P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 6 / 36

8 Percepción Óptica Imágenes Percepción Otros se han adaptado al espectro de luz visible P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 6 / 36

9 Percepción Óptica Imágenes Percepción Otros se han adaptado al espectro de luz visible P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 6 / 36

10 Imágenes Percepción Qué es una imagen? P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 7 / 36

11 Imágenes Percepción Qué es una imagen? Del latín imāgo (retrato) verbo imitari P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 7 / 36

12 Imágenes Percepción Qué es una imagen? Del latín imāgo (retrato) verbo imitari Imitación de la realidad P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 7 / 36

artísticos místicos Petroglifo, Guayabo Carpaccio (1514),

13 Papel de las imágenes Percepción Históricamente civilización humana ha dado a imágenes fines ilustrativos artísticos místicos Petroglifo, Guayabo Carpaccio (1514), La Disputa de San Esteban P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 8 / 36

14 Papel de las imágenes (2) Percepción En ciencia e ingeniería: uso documental Leonardo Davinci P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 9 / 36

macro- y micro-realidades NASA, Telescopio Hubble Rob

15 Nuevas imágenes Imágenes Percepción Nuevas tecnologías de captura de imágenes posibilitan observación de macro- y micro-realidades NASA, Telescopio Hubble Rob Ruigrok, UVHCI P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 10 / 36

16 Convergencia de disciplinas Problema directo Problema inverso N A P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 11 / 36

17 Computadores Imágenes Problema directo Problema inverso Avance de la tecnología computacional permite automatizar el tratamiento de Número de transistores en un microprocesador y la Ley de Moore las imágenes propiamente la información que las imágenes contienen Número de transistores la recta indica una duplicación del número de transistores cada dos años Fecha de introducción Wgsimon, Wikipedia P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 12 / 36

18 Problema directo Problema inverso Problemas en visuaĺıstica computacional Dos tipos de problemas: Problemas directos Problemas inversos P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 13 / 36

19 Problema directo: Captura Proceso de formación de imágenes Problema directo Problema inverso Fuente de energía y z x y x Objeto Cámara Imagen P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 14 / 36

20 Problema directo: Captura Problema directo Problema inverso Escena P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 15 / 36

21 Problema directo: Captura Problema directo Problema inverso Escena magnitud física P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 15 / 36

22 Problema directo: Captura Problema directo Problema inverso Escena magnitud física captura P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 15 / 36

23 Problema directo: Captura Problema directo Problema inverso Escena magnitud física captura imagen P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 15 / 36

Universidad de Iowa Dartmouth College D.M.

24 Problema directo: Captura Problema directo Problema inverso Escena magnitud física captura imagen Radio Electrones Ultrasonido Trio 3T Scanner REM Facility Your Ultrasound Universidad de Iowa Dartmouth College D.M. Angel P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 15 / 36

25 Problema directo Problema inverso Problema directo: Gráficos por computador Modelo de la realidad P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 16 / 36

26 Problema directo Problema inverso Problema directo: Gráficos por computador Modelo de la realidad P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 16 / 36

27 Problema directo Problema inverso Problema directo: Gráficos por computador Modelo de la realidad algoritmos imagen 20 th Century Fox, Avatar P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 16 / 36

28 Problema inverso Extracción de información Imágenes Problema directo Problema inverso Magnitud Física Extracción de información de Adquisición las imágenes de Imágenes Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Procesamiento de Imágenes Análisis de Imágenes Comprensión de Imágenes Visión por Computador Visión Industrial Imagen Estructuras de Datos Estructuras Semánticas Toma de Decisiones de Control P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 17 / 36

29 Problema inverso Extracción de información Imágenes Problema directo Problema inverso Magnitud Física Extracción de información de Adquisición las imágenes de Imágenes Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Procesamiento de Imágenes Análisis de Imágenes Comprensión de Imágenes Visión por Computador Visión Industrial Imagen Estructuras de Datos Estructuras Semánticas Toma de Decisiones de Control Uso de: Ingeniería, Computación, Matemática P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 17 / 36

30 Aplicaciones Imágenes Problema directo Problema inverso Por rol de la visión en percepción humana, las aplicaciones de estas áreas crecen: 1 Análisis de imágenes médicas 2 Análisis de imágenes de microscopía 3 Mediciones visuales industriales 4 Análisis de imágenes satelitales 5 Medios de transporte 6 Astronomía P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 18 / 36

31 Imágenes En este contexto: Imagen es una señal P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 19 / 36

32 Señal Imágenes Señal Resultado de observación o medición del comportamiento de una magnitud física con algún contenido de información. P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 20 / 36

33 Características de las señales Característica Valores Número de variables una variable multiples variables Dimensionalidad escalar vectorial (multicanal) Variables independientes discretas continuas Valores de la señal discretos continuos Naturaleza estadística deterministas aleatorias P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 21 / 36

34 Número de variables P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 22 / 36

35 Número de variables P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 22 / 36

36 Número de variables MRI P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 23 / 36

37 Dimensión Unidimensionales contra multidimensionales f 1 (t) f 2 (t) f(t) =. f n (t) P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 24 / 36

38 Dimensión Unidimensionales contra multidimensionales P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 25 / 36

39 Dimensión Unidimensionales contra multidimensionales P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 25 / 36

40 Dimensión Unidimensionales contra multidimensionales P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 25 / 36

41 Variables independientes continuas contra discretas x(n) xc(t) -Tp - 3Tp - Tp Tp 4 0 t αtp Tp 3Tp 5Tp 3Tp 2π Tp n P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 26 / 36

42 Variables dependientes Valores continuos contra discretos x(t) t P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 27 / 36

43 Naturaleza estadística deterministas contra aleatorias x c(t) -T 0-3Tp - Tp - Tp αtp p π Tp 2 3Tp 5Tp 4 T p 4 t 3Tp 2 aleatorias Estacionarias No estacionarias P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 28 / 36

44 Digitales y Analógicas Variable\Valor Continuo Discreto Continuo analógica Discreto variable discreta digital Z n Z m IR n Z m Z n IR m IR n IR m (Digital) (n = m = 1 Espacio discreto) (Analógico) Este curso: Imágenes Digitales de dos variables discretas, de valor escalar y vectorial cuantificados y de naturalezas determinista y aleatoria. P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 29 / 36

45 P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 30 / 36

46 1921 Imágenes (McFarlane, Digital Pictures Fifty Years Ago, 1972) Imagen digital producida en 1921 con un teletipo a partir de una grabación codificada 1920 Necesidad de transmitir imágenes con fines periodísticos P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 31 / 36

47 1922 Imágenes (McFarlane, Digital Pictures Fifty Years Ago, 1972) Noviembre 6, 1922 imagen reconstruida de señal enviada ida y vuelta entre Londres y Halifax, Nueva Escocia, Canada P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 32 / 36

48 1929 Imágenes (McFarlane, Digital Pictures Fifty Years Ago, 1972) 1929 imagen en 15 tonos transmitida de Londres a Nueva York de los generales Pershing y Foch P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 33 / 36

49 1964 Imágenes (NASA) Imagen de la superficie lunar tomada por el Ranger 7 el 31 de julio de 1964 P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 34 / 36

50 Resumen Imágenes 1 Imágenes Percepción 2 Problema directo Problema inverso 3 4 P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 35 / 36

51 Este documento ha sido elaborado con software libre incluyendo LATEX, Beamer, GNUPlot, GNU/Octave, XFig, Inkscape, LTI-Lib-2, GNU-Make y Subversion en GNU/Linux Este trabajo se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-LicenciarIgual 3.0 Unported. Para ver una copia de esta Licencia, visite o envíe una carta a Creative Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain View, California, 94041, USA Pablo Alvarado-Moya Escuela de Ingeniería Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica P. Alvarado TEC 2015 Introducción al PDI 36 / 36

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