Tema 1.- Introducción a la Visión Artificial
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- Amparo Sánchez Hernández
- hace 8 años
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1 Tema 1.- Introducción a la Visión Artificial Visión Artificial Avanzada Prof. Dr. Nicolás Luis Fernández García Departamento de Informática y Análisis Numérico Escuela Politécnica Superior Universidad de Córdoba Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 1 / 35
2 1 Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 2 / 35
3 Definición 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 3 / 35
4 Definición Definición () Error que puede degradar la calidad de una imagen El ruido se puede producir durante la adquisición, la transmisión o el procesamiento de la imagen. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 4 / 35
5 Definición Definición (Robustez) Un sistema de visión artificial es robusto si genera los mismos resultados con ruido y en ausencia de ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 5 / 35
6 Tipos de ruido 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 6 / 35
7 Tipos de ruido Tipos de ruido Las características probabiĺısticas permiten distinguir dos clases de ruido local determinístico Presenta una forma y apariencia constante para cada sistema en particular. Se manifesta como una distribución constante y determinada dentro de la imagen. Un ejemplo típico es la aparición en la imagen de una franja con unos niveles de intensidad sensiblemente diferentes a los del resto de la imagen. aleatorio: es producido por fuentes imprevistas y su distribución es aleatoria y cambiante con el tiempo. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 7 / 35
8 Tipos de ruido : origen El ruido se puede producir en la imagen durante su Su adquisición Su transmisión Su procesamiento Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 8 / 35
9 Tipos de ruido semántico intrínseco provocado por la textura de los objetos o por un entorno especial de la escena Ejemplo: imágenes subacuáticas o con presencia de humo o vapor. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 9 / 35
10 provocado durante la adquisición de la imagen 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 10 / 35
11 provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la adquisición de la imagen (1/5) Categorías de los dispositivos de adquisición de imágenes Sensores fotoquímicos: peĺıculas o diapositivas fotográficas. Sensores fotoeletrónicos: tubos vidicon, dispositivos de inyección de carga (CID, Charge Injection Devices) y dispositivos de carga acoplada (CCD, Charge Coupled Devices). Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 11 / 35
12 provocado durante la adquisición de la imagen Nota ( provocado durante la adquisición de la imagen (2/5)) Aunque los dispositivos fotoquímicos pueden detectar y grabar la imagen al mismo tiempo, la imagen que producen no puede ser fácilmente digitalizada. Los dispositivos fotoelectrónicos superan a las peĺıulas en que pueden digitalizar la imagen al mismo tiempo que la adquieren. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 12 / 35
13 provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la adquisición de la imagen (3/5) Tipos de ruido en las imágenes adquiridas con sensores fotoquímicos: de grano de peĺıcula (film grain noise): Provocado por los granos de plata que precipitan durante la exposición de la peĺıcula. es muy dominante cuando las imágenes son adquiridas con una velocidad alta. Puede ser modelado mediante distribuciones de Poisson o gaussianas provocado por el polvo de los componentes ópticos o presente en el revelado de las peĺıculas. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 13 / 35
14 provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la adquisición de la imagen (4/5) en las imágenes adquiridas con sensores fotoelectrónicos térmico (thermal noise): Provocado por el calor originado por los componentes electrónicos. Suele ser modelado como ruido aditivo blanco gaussiano de media cero. fotoelectrónico: Producido por la fluctuación aleatoria del número de fotones de la luz. Fluctuación baja: ruido modelado por una distribución de Poison Fluctuación alta: ruido modelado como un proceso gaussiano (σ = sqrt(µ). Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 14 / 35
15 provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la adquisición de la imagen (5/5) de cuantificación: otro tipo de ruido estrechamente relacionado con la adquisición Se produce cuando son usados insuficientes niveles de cuantificación para digitalizar la imagen. En tales situaciones aparecen contornos falsos. Se puede eliminar mediante una transformación en la escala de niveles de intensidad (por ejemplo, ecualización del histograma de frecuencias). Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 15 / 35
16 provocado durante la transmisión de la imagen 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 16 / 35
17 provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen (1/4) La transmisión de una imagen digital entre dos dispositivos remotos (una cámara y un ordenador, dos ordenadores o un monitor y un ordenador) puede incrementar el ruido de la imagen. Tipos de ruido aditivo multiplicativo impulsivo o ruido de sal y pimienta (salt-pepper noise). Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 17 / 35
18 provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen (2/4) aditivo que es independiente de la señal de la imagen. g(x, y) = f (x, y) + η(x, y) donde la imagen original f y el ruido η son dos variables independientes. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 18 / 35
19 provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen (3/4) multiplicativo dependiente de la magnitud de la señal. Si la magnitud del ruido es mucho mayor que la de la señal entonces g(x, y) = f (x, y) + η(x, y)f (x, y) = f (x, y)(1 + η(x, y)) f (x, y)η(x, y) Ejemplo: de la pantalla de un televisor analógico. Este ruido depende de la ĺıneas del televisor: en el área de una ĺınea, este ruido es máximo, y entre dos ĺıneas es mínimo. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 19 / 35
20 provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen (4/4) impulsivo o ruido de sal y pimienta (salt-pepper noise). También aparece con frecuencia durante la transmisón de la imagen Hay puntos de la imagen que poseen unos niveles de intensidad que difieren bastante de los niveles de los puntos de su entorno. Suele aparecer en forma de impulsos blancos o negros. { η(x, y) con probabilidad p g(x, y) = f (x, y) con probabilidad 1 p Los impulsos pueden tener valores prefijados (v.g.: 0 ó 255) o pueden tener una distribución de probabilidad de cola larga Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 20 / 35
21 provocado durante el procesamiento de la imagen 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 21 / 35
22 provocado durante el procesamiento de la imagen provocado durante durante el procesamiento de la imagen (1/4) Se genera para valorar la robustez de un algoritmo en presencia de ruido. Se introduce ruido impulsivo, aditivo o multiplicativo. Se suele utilizar es el ruido blanco (white noise) Tien una potencia espectral constante, es decir, su intensidad no decrece cuando aumenta la frecuencia. Este ruido tiene de media cero y no está correlado. Es una aproximación ideal del ruido que puede degradar las imágenes, porque su uso simplifica los cálculos. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 22 / 35
23 provocado durante el procesamiento de la imagen Definición ( impulsivo) Puntos ruidosos Sus niveles de intensidad son muy diferentes a los valores de los puntos de su vecindario. Se distribuyen uniformemente por toda la imagen frecuente durante la transmisión de la imagen. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 23 / 35
24 provocado durante el procesamiento de la imagen Definición ( gaussiano) Función de densidad de probabilidad donde µ: media σ: desviación típica p(x) = 1 σ 2π e (x µ) 2 2σ 2 Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 24 / 35
25 provocado durante el procesamiento de la imagen gaussiano: características Es una muy buena aproximación al ruido que ocurre en muchos casos prácticos. El ruido gaussiano de media cero se suele utilizar para generar ruido aditivo blanco. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 25 / 35
26 provocado durante el procesamiento de la imagen 95% 2.5% 2.5% Distribución gaussiana Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 26 / 35
27 provocado durante el procesamiento de la imagen Definición ( exponencial) Función de densidad de probabilidad: donde p(x) = λe λx para x 0 la media de la distribución es 1 λ y la varianza 1 λ 2. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 27 / 35
28 provocado durante el procesamiento de la imagen 0.5% 99% 0.5% Distribución exponencial Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 28 / 35
29 provocado durante el procesamiento de la imagen Imagen sin ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 29 / 35
30 provocado durante el procesamiento de la imagen Imagen con un 10 % de ruido gaussiano Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 30 / 35
31 provocado durante el procesamiento de la imagen Imagen con 10 % de ruido exponencial Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 31 / 35
32 Supresión del ruido 1 Definición Tipos de ruido provocado durante la adquisición de la imagen provocado durante la transmisión de la imagen provocado durante el procesamiento de la imagen Supresión del ruido Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 32 / 35
33 Supresión del ruido Supresión del ruido Las técnicas de supresión del ruido están estrechamente relacionadas con los algoritmos de suavizado y mejora de la imagen Técnicas globales: operan sobre toda la imagen en conjunto. Promediado en la adquisición de la imagen. Procesamiento en el dominio de la frecuencia. Técnicas locales o espaciales: analizan de forma individualizada el comportamiento de cada punto de la imagen. Filtros lineales. Filtros no lineales. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 33 / 35
34 Supresión del ruido Supresión del ruido: filtros espaciales Aunque todas las técnicas suprimen el ruido satisfactoriamente, se prefieren los filtros espaciales: En general, tienen un mejor rendimiento con un menor coste en memoria y en tiempo de ejecución. Sin embargo, no existe un único filtro lineal o no lineal que sea óptimo para todas las imágenes. Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 34 / 35
35 Tema 1.- Introducción a la Visión Artificial Visión Artificial Avanzada Prof. Dr. Nicolás Luis Fernández García Departamento de Informática y Análisis Numérico Escuela Politécnica Superior Universidad de Córdoba Universidad de Córdoba: Escuela Politécnica Superior Máster de Sistemas Inteligentes 35 / 35
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