8 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA

Transcripción

1 ÍNDICE PRÓLOGO...19 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN SISTEMA DE VISIÓN Y PROCESAMIENTO DE IMÁGENES PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES RELACIONES BÁSICAS ENTRE PÍXELES Vecinos de un píxel Conectividad MEDIDAS DE DISTANCIA...29 CAPÍTULO 2. MATLAB Y SIMULINK CONSIDERACIONES INICIALES LECTURA, DESPLIEGUE Y ESCRITURA DE IMÁGENES TIPOS DE DATOS TIPOS DE IMÁGENES EN MATLAB Imágenes a escala de grises Imágenes binarias CONVERSIÓN ENTRE DIFERENTES TIPOS DE DATOS Y DE IMÁGENES Conversión entre tipos de datos Conversión entre diferentes tipos de imágenes INDEXADO DE VECTORES Y MATRICES Indexado de vectores Indexado de matrices...39

2 8 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA 2.7 OPERACIONES SOBRE MATRICES COMPLETAS PROGRAMACIÓN EN MATLAB ESTRUCTURAS DE CONTROL PARA LA PROGRAMACIÓN Estructura if y else if Estructura for Estructura while Break y continue Estructura switch...49 CAPÍTULO 3. HISTOGRAMAS QUÉ ES UN HISTOGRAMA? CARACTERÍSTICAS DE TOMA DE UNA IMAGEN Iluminación Contraste Dinámica CÁLCULO DEL HISTOGRAMA DE UNA IMAGEN CON MATLAB Función de MatLAB para línea de comandos Librerías de bloques para el procesamiento de imagen y vídeo de Simulink HISTOGRAMAS DE IMÁGENES A COLOR Histogramas de luminosidad Histogramas de los componentes de color HISTOGRAMA ACUMULATIVO Herramientas de MatLAB para el cálculo del histograma acumulativo...66 CAPÍTULO 4. OPERACIONES DE PÍXEL CAMBIO DEL VALOR DE LA INTENSIDAD DEL PÍXEL Contraste e Iluminación o brillo Delimitación de los resultados por operaciones de píxel Complemento de la imagen Segmentación por umbral HISTOGRAMA Y OPERACIONES DE PÍXEL ADAPTACIÓN AUTOMÁTICA DEL CONTRASTE ECUALIZACIÓN LINEAL DEL HISTOGRAMA ADAPTACIÓN DEL HISTOGRAMA POR ESPECIFICACIÓN Probabilidades e histogramas de frecuencias Principio del ajuste del histograma por especificación Distribuciones de referencia lineal por partes Ajuste a un histograma en concreto...92

3 RA-MA ÍNDICE CORRECCIÓN GAMMA La función gamma Utilización de la corrección gamma OPERACIONES DE PÍXEL EN MATLAB Cambio de Contraste e Iluminación en MatLAB Complemento de una imagen utilizando los bloques de procesamiento de imagen y vídeo de Simulink Segmentación de una Imagen por Umbral usando MatLAB y Simulink Ajuste de contraste con MatLAB Ecualización del Histograma usando MatLAB Corrección Gamma usando MatLAB OPERACIONES DE PÍXEL DE MÚLTIPLES FUENTES Operaciones lógicas y aritméticas Operación de Mezclado Alfa Mezclado Alfa y otras operaciones de imagen múltiple en Simulink EJEMPLO INTEGRADOR DE OPERACIONES DE PÍXEL EN SIMULINK CAPÍTULO 5. FILTROS ESPACIALES QUE ES UN FILTRO? FILTROS LINEALES ESPACIALES La matriz del filtro Operación de los filtros CÁLCULO DE LAS OPERACIONES DE FILTRO EN MATLAB TIPOS DE FILTROS LINEALES Filtros de suavizado Filtros de diferencia CARACTERÍSTICAS FORMALES DE LOS FILTROS LINEALES Convolución lineal y correlación Propiedades de la convolución lineal Separabilidad de los filtros Respuesta al impulso de un filtro AÑADIR RUIDO A IMÁGENES CON MATLAB FILTROS NO LINEALES ESPACIALES Filtros máximos y mínimos El filtro de la mediana El filtro de la mediana con ventana de multiplicidad Otros filtros no lineales...162

4 10 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA 5.8 FILTROS ESPACIALES LINEALES EN MATLAB Tamaño de la correlación y convolución Manejo de las fronteras de la imagen Funciones de MatLAB para la implementación de los filtros lineales espaciales Funciones de MatLAB para el filtraje espacial no lineal BLOQUES PARA EL FILTRADO LINEAL ESPACIAL DE LA LIBRERÍA DE PROCESAMIENTO DE IMÁGENES Y VÍDEO DE SIMULINK Ejemplos de filtrado lineal en Simulink BLOQUES PARA EL FILTRADO NO LINEAL ESPACIAL DE LA LIBRERÍA DE PROCESAMIENTO DE IMÁGENES Y VÍDEO DE SIMULINK Ejemplo de filtrado no lineal en Simulink FILTRO BINARIO Implementación del filtro binario en MatLAB CAPÍTULO 6. BORDES Y CONTORNOS CÓMO SE PRODUCEN LOS CONTORNOS? DETECCIÓN DE BORDES UTILIZANDO TÉCNICAS BASADAS EN EL GRADIENTE Derivada parcial y gradiente El filtro derivada FILTROS PARA LA DETECCIÓN DE BORDES Los operadores Prewitt y Sobel El operador Roberts Operadores de Compás DETECCIÓN DE BORDES CON MATLAB Utilización de MatLAB como lenguaje de programación para encontrar bordes Funciones de MatLAB para la detección de bordes Utilización de los bloques de procesamiento de imagen y vídeo de Simulink OPERADORES BASADOS EN LA SEGUNDA DERIVADA Detección de bordes mediante la técnica de la segunda derivada MEJORA DE NITIDEZ EN LAS IMÁGENES Utilización de las herramientas de MatLAB para la implementación del filtro laplaciano y mejora de la nitidez de imagen EL FILTRO CANNY Herramientas de MatLAB que implementan el filtro de Canny

5 RA-MA ÍNDICE 11 CAPÍTULO 7. DETERMINACIÓN DE ESQUINAS ESQUINAS EN UNA IMAGEN ALGORITMO DE HARRIS Matriz de estructuras El filtrado de la matriz de estructuras Cálculo de los valores y vectores propios Función del valor de la esquina (V) Determinación de los puntos de esquina Implementación del algoritmo DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS ESQUINAS USANDO MATLAB DETERMINACIÓN DE LOS PUNTOS ESQUINAS USANDO LOS BLOQUES DE SIMULINK ALGUNOS OTROS DETECTORES DE ESQUINAS Detector Beaudet Operador Kitchen & Rosenfeld Detector de Wang & Brady CAPÍTULO 8. DETECCIÓN DE LÍNEAS Y CURVAS ESTRUCTURAS EN UNA IMAGEN LA TRASFORMADA DE HOUGH El espacio de parámetros Matriz de registros de acumulación El cambio de modelo paramétrico IMPLEMENTACIÓN DE LA TRANSFORMADA DE HOUGH LA TRASFORMADA DE HOUGH IMPLEMENTADA EN MATLAB FUNCIONES DE MATLAB PARA LA DETECCIÓN DE LÍNEAS Ejemplo de detección de líneas usando las funciones de MatLAB BLOQUES DE SIMULINK PARA LA DETECCIÓN DE LÍNEAS Ejemplo de detección de líneas usando los bloques de Simulink TRANSFORMADA DE HOUGH PARA LA DETECCIÓN DE CÍRCULOS LA TRANSFORMADA DE HOUGH IMPLEMENTADA EN MATLAB PARA LA DETECCIÓN DE CIRCULOS CAPÍTULO 9. OPERACIONES MORFOLÓGICAS CONTRACCIÓN Y CRECIMIENTO DE ESTRUCTURAS Tipos de vecindad entre píxeles OPERACIONES MORFOLÓGICAS FUNDAMENTALES La estructura de referencia...329

6 12 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA Conjunto de puntos Dilatación Erosión Propiedades de la dilatación y erosión Diseño de filtros morfológicos DETECCIÓN DE BORDES EN IMÁGENES BINARIAS COMBINACIÓN DE OPERACIONES MORFOLÓGICAS Apertura Cierre Propiedades de las operaciones Apertura y Cierre La transformación de éxito o fracaso ( Hit-or-miss ) FILTROS MORFOLÓGICOS PARA IMÁGENES A ESCALA DE GRISES Estructura de referencia Dilatación y erosión para imágenes de intensidad Operaciones de apertura y cierre con imágenes de escala de grises Transformación top-hat y bottom-hat FUNCIONES DE MATLAB PARA OPERACIONES MORFOLÓGICAS Función strel Funciones de MatLAB para la dilatación y erosión Funciones de MatLAB que involucran las operaciones de apertura y cierre La funcion bwmorph Etiquetado de componentes convexos BLOQUES DE SIMULINK PARA OPERACIONES MORFOLÓGICAS Bloques de las principales operaciones morfológicas Ejemplos de la utilización de los bloques de Simulink de las principales operaciones morfológicas Bloques de las operaciones auxiliares morfológicas Ejemplos de la utilización de los bloques de Simulink de las operaciones morfológicas auxiliares CAPÍTULO 10. PROCESAMIENTO DE IMÁGENES BINARIAS ETIQUETADO DE OBJETOS Paso 1. Etiquetado temporal de objetos Paso 2. Resolución de colisiones Implementación del algoritmo de etiquetado de objetos usando MatLAB CONTORNOS DE OBJETOS Contornos externos e internos Combinación de identificación de contornos y etiquetado de objetos...389

7 RA-MA ÍNDICE Implementación del algoritmo de combinación de identificación de contornos y etiquetado de objetos en MatLAB Representación matricial Codificación de longitud Código cadena CARACTERÍSTICAS DE LOS OBJETOS BINARIOS Características Características Geométricas Características estáticas de forma Momentos de inercia centrales Características topológicas FUNCIONES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES BINARIAS EN MATLAB Ejemplo de aplicación Ejemplos de aplicación BLOQUES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES BINARIAS EN SIMULINK Trade Boundaries (Trazado de contornos) Blob análisis (Análisis de regiones) Ejemplos de aplicación CAPÍTULO 11. IMÁGENES A COLOR IMÁGENES RGB Composición de las imágenes a color HISTOGRAMA DE UNA IMAGEN RGB Histograma de imágenes RGB en MatLAB MODELOS DE COLOR Y CONVERSIONES DE ESPACIO DE COLOR Conversión de una imagen RGB a escala de grises Imágenes RGB sin color Reducción de saturación de una imagen a color Modelo de color HSV y HSL Conversión de RGB a HSV Conversión de HSV a RGB Conversión de RGB a HLS Conversión de HLS a RGB Comparación de los modelos HSV y HSL LOS MODELOS DE COLOR YUV, YIQ Y YC B C R...465

8 14 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA El modelo YUV El modelo YIQ El modelo YC b C r MODELOS DE COLOR ÚTILES PARA LA IMPRESIÓN DE IMÁGENES Transformación de CMY a CMYK (versión 1) Transformación de CMY a CMYK (versión 2) Transformación de CMY a CMYK (versión 3) MODELOS COLORIMÉTRICOS El espacio de color CIEXYZ El diagrama de color CIE Normas de iluminación Adaptación cromática El Gamut VARIANTES DEL ESPACIO DE COLOR CIE EL MODELO DE CIE L*A*B* Transformación CIEXYZ L*a*b* Transformación L*a*b* CIEXYZ Determinación de la diferencia de color EL MODELO SRGB FUNCIONES DE MATLAB PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES A COLOR Funciones para la manipulación de imágenes RGB e indexadas Funciones para la conversión de espacios de color PROCESAMIENTO DE IMÁGENES A COLOR TRANSFORMACIONES LINEALES DE COLOR Transformación lineal de color usando MatLAB PROCESAMIENTO ESPACIAL EN IMÁGENES DE COLOR SUAVIZADO DE IMÁGENES A COLOR Suavizado de imágenes a color con MatLAB Mejora de Nitidez en las imágenes a color Mejora de Nitidez en las imágenes a color con MatLAB PROCESAMIENTO VECTORIAL DE IMÁGENES A COLOR Detección de bordes en imágenes a color Detección de bordes en imágenes a color usando MatLAB PROCESAMIENTO DE IMÁGENES A COLOR UTILIZANDO SIMULINK Color Space Conversion (Conversión entre espacio de colores) Ejemplos de aplicación...514

9 RA-MA ÍNDICE 15 CAPÍTULO 12. TRANSFORMADA DE FOURIER INTRODUCCIÓN A LA TRANSFORMADA DE FOURIER Funciones del Seno y Coseno Frecuencia y amplitud Fase Ortogonalidad La notación de Euler Serie de Fourier para la representación de señales periódicas LA INTEGRAL DE FOURIER LA TRANSFORMADA DE FOURIER Pares de Transformada de Fourier PROPIEDADES DE LA TRANSFORMADA DE FOURIER Simetría Linealidad Escalamiento Traslación Propiedad de la convolución CONSIDERACIONES HACIA SEÑALES DISCRETAS Muestreo Muestreo mediante la función impulso La función peine Efecto del muestreo en la transformada de Fourier El teorema de muestreo y el fenómeno del Alias Funciones discretas y periódicas LA TRANSFORMADA DISCRETA FOURIER DFT Definición de la DFT CÁLCULO DE LA DFT EN MATLAB ESPECTRO DE POTENCIA DE FOURIER CAPÍTULO 13. TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER EN 2-D LA DFT BIDIMENSIONAL Funciones base Implementación de la 2-D DFT REPRESENTACIÓN DE LA 2-D DFT Intervalo de valores Representación centralizada FRECUENCIAS Y ORIENTACIÓN EN 2 DIMENSIONES...563

10 16 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA Frecuencia efectiva Límites de frecuencia y el efecto del alias en 2 Dimensiones PROPIEDADES DE LA 2-D DFT Translación Rotación Efectos de la periodicidad Windowing Funciones ventana DISEÑO FILTROS DE RESPUESTA FINITA AL IMPULSO (FIR) Especificaciones o requerimientos de los filtros Métodos para el cálculo de los coeficientes de un filtro FIR Método por uso de ventanas Extensión del método de ventana a 2 dimensiones FILTRADO DE IMÁGENES EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA Ejemplos de diseño de filtros en dominio de la frecuencia ANÁLISIS FRECUENCIAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB Ejemplos de utilización de las funciones para el análisis frecuencial de MatLAB DISEÑO DE FILTROS FIR PARA IMÁGENES USANDO MATLAB Ejemplo de utilización de las funciones para el diseño de filtros FIR en MatLAB BLOQUES PARA EL ANÁLISIS FRECUENCIAL DE LA LIBRERÍA DE PROCESAMIENTO DE IMÁGENES Y VÍDEO DE SIMULINK Ejemplos de utilización de los bloques para el análisis frecuencial en Simulink CAPÍTULO 14. TRANSFORMADA DISCRETA DEL COSENO LA TDC EN UNA SOLA DIMENSIÓN Funciones bases de la TDC Implementación de la TDC en una sola dimensión LA TRANSFORMADA DISCRETA DEL COSENO EN DOS DIMENSIONES Separabilidad Ejemplo FUNCIONES PARA EL CÁLCULO DE LA TDC EN MATLAB CAPÍTULO 15. OPERACIONES GEOMÉTRICAS EN IMÁGENES TRANSFORMACIÓN DE COORDENADAS Transformaciones sencillas...641

11 RA-MA ÍNDICE Coordenadas homogéneas Transformación afín (transformación del triángulo) Transformación proyectiva Transformación Bilineal Otras transformaciones geométricas no lineales REASIGNACIÓN DE COORDENADAS Mapeo fuente-destino Mapeo destino-fuente INTERPOLACIÓN Métodos sencillos de interpolación Interpolación ideal Interpolación cúbica Interpolación en 2 dimensiones ALIAS FUNCIONES PARA LA TRANSFORMACIÓN GEOMÉTRICA EN MATLAB BLOQUES PARA LA TRANSFORMACIÓN GEOMÉTRICA EN SIMULINK CAPÍTULO 16. COMPARACIÓN Y RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES COMPARACIÓN EN IMÁGENES A ESCALA DE GRISES Distancia entre patrones Distancia y correlación La correlación cruzada normalizada Coeficiente de correlación RECONOCIMIENTO DE PATRONES USANDO EL COEFICIENTE DE CORRELACIÓN COMPARACIÓN DE IMÁGENES BINARIAS La transformación de distancia El algoritmo de Chamfer ÍNDICE DE RELACIÓN DE CHAMFER EJEMPLO DE RECONOCIMIENTO USANDO LOS BLOQUES DE PROCESAMIENTO DE IMAGEN DE SIMULINK Video B/W Color Space Conversion Image From Workspace Detección patrón D Correlation...755

12 18 PROCESAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES USANDO MATLAB & SIMULINK RA-MA Maximum Data Type Conversion BIBLIOGRAFÍA APÉNDICE A. LIBRERÍA DE BLOQUES PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES Y VÍDEO DE SIMULINK A.1 INTRODUCCIÓN A.2 DESCRIPCIÓN DE LA LIBRERÍA DE BLOQUES A.2.1 Análisis & Enhancement A.2.2. Conversions A.2.3 Filtering A.2.4 Geometric Transformations A.2.5 Morphological Operations A.2.6 Sinks A.2.7 Sources A.2.8. Statistics A.2.9 Text & Graphics A.2.10 Transforms A.2.11 Utilities A.3 EQUIPO Y MATERIAL NECESARIO A.4 DESARROLLO DE EJEMPLOS ÍNDICE ALFABÉTICO...813