Acquisire ed elaborare immagini - Terza parte Luca Capisani

Il Sistema Operativo Linux E’ composto da tantissimi blocchi, i quali sono sviluppati da gruppi indipendenti di programmatori volontari E’ facilmente programmabile per interfacciarsi con la rete La configurazione della rete è semplice Ci sono tanti strumenti che aiutano in caso di problemi Offre gratuitamente tanti tool per la programmazione: Compilatore C, C++, Java … Editor Librerie per fare qualunque cosa Interagire con l’utente Accedere alla rete Convertire le immagini Leggere e Memorizzare i dati sul disco

Linux: componenti fondamentali Distribuzioni (Chi mette assieme le componenti fondamentali) Kernel (il cuore del sistema operativo) File system (gestisce i files di sistema e utenti) Utenti e amministratore (Ciascuno ha le proprie regole!) Interfaccia grafica (NON è parte fondamentale!) Terminale (è il modo più diretto per accedere al sistema) Sistema di rete (Offre tutti gli strumenti indispensabili e oltre!) I pacchetti software (sono sempre accessori rispetto al “piccolo kernel”)

File system E’ l’insieme di tutti i programmi e dello spazio di memoria che servono per Memorizzare i files Evitare perdita di dati Ritrovare velocemente i dati Lo spazio di memoria di Linux è tipicamente organizzato in 3 partizioni root, “/”, mantiene l’albero principale delle directory /home, mantiene i files dell’utente swap, mantiene i files temporanei

Gli utenti e l’amministratore In linux, ogni programma Può essere creato solo da alcuni utenti Può essere installato solo dall’amministratore o da chi ne ha il permesso Può essere eseguito solo da chi ne ha il permesso In linux, ogni file Può essere letto solo da chi ne ha il permesso Può essere scritto/cancellato solo da chi ne ha il permesso Può essere eseguito (se è un programma) solo da chi ne ha il permesso In linux, ogni risorsa (rete, periferiche, audio,video, …) Può essere utilizzata solo da chi ne ha il permesso L’amministratore (root) ha sempre tutti i permessi e può decidere i permessi degli altri

Gli utenti e l’amministratore (2) Ogni utente: Ha una “user name” denominata login Ha una password Ogni utente può: Cambiare la propria password Cambiare i permessi dei propri files, dei propri programmi e delle proprie risorse Gli utenti non possono: Vedere alcuna password Utilizzare programmi, files, risorse assegnate ad altri L’amministratore (root) può: Modificare le password di chiunque (non le può vedere) Utilizzare e modificare qualunque programma, files o risorsa (rischio!!!)

Visualizzazione di un file con CAT E’ il modo più veloce per visualizzare un file da terminale Comando: cat /home/lab/pippo Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Visualizzazione di un file esadecimale con HEXDUMP E’ il modo più veloce per visualizzare un file in esadecimale Comando: hexdump /home/lab/pippo Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Rappresentazione delle immagini Ciascuna immagine è rappresentata nel computer per mezzo di numeri (01000101110101101…) L’area viene suddivisa in tanti piccoli quadrati colorati Ci sono metodi efficienti per la memorizzazione Vediamone i dettagli!

Come viene rappresentata una immagine? ZOOM! Una immagine è una sequenza di tantissimi puntini colorati detti pixel (PICture ELement)

Dimensioni dell’immagine Una immagine è una grande matrice di pixel: La dimensione è il numero di pixel orizzontali x il numero di pixel verticali: 640x480 800x600 1024x768 Ecc. 5 colonne 4 righe

Colorazione pixel RGB! Ogni pixel ha un colore unico! Il colore del pixel è determinato in base a tre componenti fondamentali: Rosso – R: 0-255 Verde – G: 0-255 Blu – B: 0-255 In questo modo si possono ottenere più di 16 milioni di colori diversi (per ciascun pixel dell’immagine)! 256*256*256= 16777216

Formati di immagine: cosa sono? Considerando il numero di pixels e il numero di colori di ciascun pixel, una immagine occupa tantissimo spazio. Una immagine si può memorizzare interamente così com’è Formato RASTER: occupa molto spazio! Esempio BMP Oppure si può memorizzare in modo da ridurre lo spazio occupato: Formato lossy. Esempio: JPG

I numeri esadecimali Sono rappresentazioni particolari dei numeri binari. Ogni numero è una cifra da 0 a F che corrisponde ai numeri da 0 a 15

Rappresentazione RGB esadecimale Esempio: il pixel È un mix dei colori: Rosso: 224/255 Verde: 36/255 Blu: 36/255 Si rappresenta su tre bytes RGB. Una rappresentazione semplice si ha in hex E02424 (E0 (224), 24 (36), 24(36))

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione Ci sono compiti che non dobbiamo risolvere noi programmatori: Come si invia un dato sulla rete? Come si scrive un carattere sul video? Come si scrive un file? Risposta? Non ci interessa! Ci sono librerie già fatte per fare queste operazioni, basta saperle usare!

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione Esempi: #include <stdio.h>: contiene tutto ciò che ci serve per gestire la stampa di caratteri a video! #include <sys/socket.h>, #include <arpa/inet.h>, #include <netdb.h>: contengono tutto ciò che ci serve per usare la rete! #include <string.h>: contiene tutto ciò che ci serve per usare le stringhe! Notare le parentesi < e >

Librerie utente: permettono di scrivere il codice una volta per tutte! Esempio: Connettersi alla telecamera e richiedere una immagine è un problema ricorrente E’ meglio avere un pezzo di codice che lo fa, senza doverci preoccupare ogni volta del problema! Si includono con la sintassi #include “libreria.h” Notare le virgolette!!!

Blocchi fondamentali di un programma C Sezione INCLUDE: Serve per includere le librerie e altri files .c #include <stdlib.h> Con le parentesi < e > si includono le librerie di sistema #include “mialib.h” Con le virgolette si includono le librerie dell’utente (nella stessa cartella dei programmi) Inlcudere un file significa mettere il file indicato al posto della parola include!!! È come scrivere il codice al posto dell’include

Blocchi fondamentali di un programma C (2) Sezione DEFINE: Serve per definire le costanti #define imgX 640 #define imgY 480 Hanno lo stesso effetto di sostituire il numero al nome della costante prima di compilare il codice! Sezione del codice: Metodi del programma Sono le parti del programma Metodo main() Contiene quella parte di programma che viene chiamata non appena il programma parte Al suo interno chiama le altre parti (metodi) del codice

Blocchi fondamentali: metodo main() int main(int argc, const char ** argv){ //Questo è un commento leggiDati(); calcolaQualcosa(); scriviLaRisposta(); return 0; //Non ci sono errori } E’ la prima porzione di codice che il processore elabora quando si esegue il programma!

Blocchi fondamentali: PRINTF() La funzione printf()serve per visualizzare qualcosa all’utente Comunicare una informazione all’utente. Esempio: printf(“Ciao, come va?”); Visualizza a video: Ciao, come va?

Blocchi fondamentali: PRINTF() e i numeri printf() può essere usata per stampare delle stringhe che contengono un MIX tra lettere e numeri: ESEMPIO: int numero = 3; // Dichiarazione di un numero printf(“Il numero è %d”, numero) Il simbolo %d indica a printf che in quella posizione ci deve essere sostituito il numero!

ESEMPIO: Configurare la telecamera in diretta 1 coppia alla volta http://172.16.205.50 Accedere alla telecamera con la userid e la password di default Impostare un indirizzo IP e una netmask ammissibile per la rete Verificare e cambiare le impostazioni immagine/video Controllare che le modifiche abbiano effetto Non cambiare le password

Esempio: GIMP e le immagini esadecimali Aprire GIMP con il comando gimp & da terminale Creare una immagine nuova 1x1 pixel Immettere un pixel di un certo colore RGB Salvare l’immagine in uno dei seguenti formati: PBM PGM XPM PPM BMP Verificare con hexdump che cosa è stato scritto su disco Ripetere l’esercizio con una immagine 3x3

Esempio: GIMP e le immagini esadecimali Salvare in PPM ASCII Visualizzare il file con CAT Modificare l’immagine con GEDIT Visualizzare le modifiche con GIMP Modificare il colore del pixel centrale con un altro colore (bianco) Provare a fare rosso/blu il pixel centrale Provare a fare una scacchiera

Creare una immagine di pochi pixel

Impostare un colore

Colorare un pixel con quel colore, gli altri in nero

Salvare l’immagine in uno dei formati RASTER

Fare alcune prove confrontando i vari formati RASTER Cosa cambia tra i vari formati raster? Cosa cambia tra una immagine di 1 pixel e una di 9? Cosa si vede salvando l’immagine come jpg?

Salvare tutte le informazioni su un file: fprintf()! #include <stdio.h> int main(int argc, const char ** argv){ FILE *fptr = fopen(“f.txt","w"); int annoNascita = 1982; int eta = 2008 – 1982; fprintf(fptr,“Luca Capisani, età %i”, eta); fclose(fptr); return 0; } Per controllare che il file è corretto: cat f.txt dopo aver eseguito il programma

Cicli FOR Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!! Procedura: Scrivere 1; Calcolare 1 + 1 = 2 Scrivere 2; Calcolare 2 + 1 = 3 Scrivere 3; Calcolare 3 + 1 = 4 … Le istruzioni si ripetono! Come possiamo scrivere la stessa cosa più rapidamente???

Cicli FOR Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!! Non voglio ripetere le istruzioni uguali! Procedura: Imposto a = 0; Inizio di un ciclo a = a + 1 Scrivo (a) Mi fermo solo quando ho raggiunto il limite Le istruzioni non si ripetono più! Come possiamo scrivere la stessa cosa nel linguaggio C???

Esempio: Uso dei cicli #include <stdio.h> int main(int argc, const char ** argv){ int i; for (i = 0; i<10; ){ i = i+1; printf("i = %d \n" ,i); } return 0;

Uso delle librerie di rete Richiede di Includere le librerie di rete #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <stdlib.h> #include <netdb.h> Configurare le impostazioni desiderate per la connesione Creare la connessione Utilizzarla per inviare/ricevere dati Chiudere la connessione

Configurare la rete… struct sockaddr_in *remote; int tmpres; char *ip; char *get; char buf[BUFSIZ+1]; char *host; char *page; host = "192.168.121.12"; page = PAGE; sock = create_tcp_socket(); ip = get_ip(host); remote = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in *)); remote->sin_family = AF_INET; tmpres = inet_pton(AF_INET, ip, (void *)(&(remote->sin_addr.s_addr))); if( tmpres < 0) { perror("Can't set remote->sin_addr.s_addr"); exit(8); }else if(tmpres == 0){ fprintf(stderr, "%s is not a valid IP address\n", ip); exit(7); } remote->sin_port = htons(PORT); if(connect(sock, (struct sockaddr *)remote, sizeof(struct sockaddr)) < 0){ perror("Could not connect"); exit(4);

Un semplice programma per richiedere una immagine alla camera #include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <stdlib.h> #include <netdb.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include "netHTTP.h" #include "mylib.h" int PORT=80; char* HOST = "192.168.121.12"; //char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg"; char* PAGE = "/jpg/image.jpg"; int pktCount=0; void dataRec(void *data, unsigned long int l){ pktCount++; printf("Ricevuto pkt %d len %d\n", pktCount, l); } int main(int argc, char **argv) { tcpConnect(); sendHTTPRequest(); memset(buf,0,sizeof(buf)); while((tmpres = recv(sock, buf, BUFSIZ, 0)) > 0){ dataRec(buf,tmpres); closeSock(); return 0;

Librerie!! #include <stdio.h> #include <sys/socket.h> Di sistema #include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <stdlib.h> #include <netdb.h> #include <string.h> #include <unistd.h> Utente #include "netHTTP.h" #include "mylib.h"

Parametri!! Configurazione! int PORT=80; char* HOST = "192.168.121.12"; Voglio ricevere il filmato? //char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg"; Voglio vedere solo “una foto”? char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

Richiesta HTTP di una immagine Connessione TCP alla telecamera Avviene usando l’indirizzo IP 192.168.x.x e la Porta 80 tcpConnect(); Richiesta HTTP di tipo GET alla telecamera Specifica il file che mi interessa e che cosa sono in grado di fare (le mie caratteristiche) sendHTTPRequest();

Arriva l’immagine!!! Preparo lo spazio di memoria memset(buf,0,sizeof(buf)); Attendo ciasun “pacchetto” dalla rete e lo memorizzo while((tmpres=recv(sock,buf,BUFSIZ,0))> 0){ dataRec(buf,tmpres); }

Diagramma di flusso di connessione e richiesta INIZIO CONNESSIONE TCP RICHIESTA HTTP TRASFERIMENTO DI UN PACCHETTO FINE DATI??? NO! SI! CHIUSURA CONNESSIONE FINE

Dove va a finire la risposta? Nel nostro caso la risposta della telecamera va persa! Tuttavia si può memorizzare su un file Alla fine possiamo visualizzare la foto con un comune programma da disegno!

Esercizio Fate un programma che: Si connetta alla telecamera; Richieda l’invio di una immagine; Legga l’immagine inviata dalla telecamera; Sommando tutte le lunghezze dei pacchetti ricevuti dalla telecamera, vi dica quanto era lunga l’immagine.

I Buffers Sono degli spazi di memoria di una certa dimensione char buf[1500]; E’ un’area di memoria denominata buf e di lunghezza 1500 caratteri ASCII Può contenere qualsiasi tipo di dato! Una o più stringhe: “Ciao, come va?” Uno o più numeri rappresentati in cifre decimali o in binario Una immagine Il buffer è caratterizzato da un indirizzo di memoria rappresentato dal suo nome: buf

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file senza buffer #include … #define PORT 80 #define HOST "192.168.121.12“ char* PAGE = "/jpg/image.jpg"; int pktCount=0; int main(int argc, char **argv) { FILE *outfile = fopen("frame.jpg","w"); tcpConnect(); sendHTTPRequest(); memset(buf,0,sizeof(buf));

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file senza buffer while((tmpres = recv(sock, buf, BUFSIZ, 0)) > 0){ fwrite(buf, 1, tmpres, outfile); } closeSock(); fclose(outfile); return 0;

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file con i buffer …