Trattamento Immagini 28 L1-1

Obiettivi Metodi di base del trattamento delle immagini Immagini: matrici di punti rappresentati da valori di luminosità Immagine a colori: matrici di punti rappresentati da un colore o da un indice ad una tavolozza (palette) di colori Tipicamente colori sono rappresentati da tre numeri secondo il modello RGB

~Obiettivi Non è un corso di fotografia digitale Aspetti percettivi della riproduzione dei colori Ragioni espressive della manipolazione dei colori o dei livelli di grigio Non tratteremo nel dettaglio gli aspetti legati alla colorimetria

Strumenti Matlab® (http://www.mathworks.it/products/matlab/) Shell matematica: MAT(rix) LAB(oratory) Rapida curva di apprendimento Package accessori per vari campi di applicazione Disponibile anche come 'Student Edition' Windows® e Linux

Strumenti GNU/Octave (http://www.octave.org) Suggerita versione 3.6.4 Compatibile con sintassi Matlab Disponibile da FSF Vasto numero di package applicativi Funziona con Windows & Linux Possibile anche Mac Suggerita versione 3.6.4 octave-image >= 2.0.0

Strumenti ImageJ http://rsb.info.nih.gov/ij/ Funziona su Unix (Linux), Windows & MacOS Scritto con il linguaggio Java Contiene una serie di strumenti nativi per la manipolazione di immagini Può essere 'esteso' con nuove funzioni scrivendo in Java dei plugin, cioè codice che può essere invocato da programma principale di ImageJ

Strumenti Photoshop De facto standard di manipolazione immagini Plugin per renderlo scriptable Supporta vari linguaggi AppleScript VBScript JavaScript

Strumenti The GIMP (http://www.gimp.org/) GNU GPLv2 Applicazione tipo Photoshop E' possibile scrivere plug-in per costruire metodi di manipolazione delle immagini con la console ScriptFu Manuale anche in italiano

Origini della Tecnologia 1957: prima immagine passata ad uno scanner (Russell Kirsch)

Campi di Applicazione Osservazioni spaziali Impossibilità di recuperare le pellicole Ambienti ostili all'uomo Teletrasmissione

Campi di applicazione Voyager 1 & 2 Lanciati nel 1977 Hanno inviato foto ravvicinate dei pianeti Sono stati riprogrammati da terra dopo 12 anni dalla partenza con software più evoluto per la gestione delle immagini

Campi di Applicazioni Astronomia da telescopi in orbita. Permettono tramite l'imaging digitale di combinare dati da tutto lo spettro E.M. Raggi Infrarossi Luce Visibile Raggi UV Raggi X Raggi gamma

Campi di Applicazione Imaging per la Medicina Digitalizzazione di immagini diagnostiche Analisi il più possibile oggettiva nella diagnostica medica Costruzione di database di immagini mediche sia per la ricerca che per la diagnostica medica che per l'ottimizzazione dell'organizzazione sanitaria

Campi di Applicazione Medicina MRI (Risonanza Magnetica) PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) TAC: Tomografia a raggi-X Ecografia

Campi di Applicazione Medicina Integrazione di tutte queste tecniche di indagine attraverso la sovrapposizione di immagini ottenute da diverse sorgenti Immagini a Falsi Colori per facilitare l'interpretazione e lettura

Campi di Applicazione Microscopia Analisi automatica Enhancement Feature extraction Integrazione con altre metodiche

Sviluppi del Image Processing Analisi morfologica Riconoscimento automatico Visione artificiale

Formazione di un immagine:Camera Oscura

Camera Oscura L'immagine appare rovesciata Ad una minore distanza focale f corrisponde un campo più grande e un immagine proiettata più piccola Viceversa al crescere di f campo ridotto e immagine proiettata più grande Dato geometrico fondamentale: Linee rette sono proiettate come linee rette Circonferenze sono proiettate in generale come ellissi

Camera con Lente La lente permette l'ingresso di più luce Introduce complessità nell'interazione con la luce e le sue componenti cromatiche

Caratteristiche Ottiche Parametri Ottici delle lenti Tipo di lenti (materiali) Lunghezza focale Campo visivo Parametri fotometrici Tipo, direzione ed intensità dell'illuminazione Proprietà di riflettività della superficie degli oggetti Parametri geometrici

Digitalizzazione Discretizzazione spaziale Campionamento temporale Quantizzazione del valore di intensità luminosa per ogni elemento dell'immagine

Digitalizzazione Spaziale Elementi fotosensibili (photosites) di una matrice di sensori tipicamente in tecnologia CCD o CMOS Ricevono luce e accumulano in una locazione di memoria analogica un numero di elettroni idealmente proporzionale al numero di fotoni catturati Trasferiscono in sincronia l'informazione accumulata per essere convertita di numeri

Tecnologia CCD (charged coupled device) La carica viene accumulata e quindi trasferita L'ultimo elemento passa la carica ad un amplificatore perché possa essere misurata

CCD camera 2.1 Mpixel CCD camera Digitalizzazione temporale La maggioranza usa l'interline-architecture L'alternativa è la frame-transfer architecture (prevalente in astronomia)

Immagini a Colori Le immagini a colori sono internamente rappresentate a partire da un modello additivo di generazione dei colori Il modello base è quello in tricromia: rosso,verde e blue (RGB) I colori vengono ottenuti sovrapponendo I colori base con intensità variabile Richiedono che ogni photosite abbia 3 recettori specializzati Dimensione grezzi sono 3 volte quelli di un immagine B/W

Immagini a Colori Non tutti I colori distinguibili dall'occhio umano possono essere rappresentati dal modello RGB I colori possibili sono contenuti all'interno di un cubo avente lato 1 Le coordinate R,G,B rappresentano l'intensità di una componente tra 0 e la saturazione del sistema Di solito la coordinata [0,1] Immagini grezze usano il valore nativo così come generato dalla fotocamera

Immagini a Colori RGB può essere trasformato in sistemi di coordinate alternativi HSV: Hue, Saturation, Value HSL: Hue, Saturation, Luminosity Hanno ragioni simili e permettono di separare la funzione delle coordinate Una coordinata di luminosità Due coordinate di cromaticità