Introducción al Procesamiento de Imágenes

Trabajos Prácticos 1a y 1b

Ejercicio A1

Se solicitó implementar suma y resta punto a punto de imágenes, con distintas posibilidades para alinearlas.

Ejercicio A2

Se solicitó implementar la operación de convolución entre dos imágenes. Debido a lo costoso que resulta la ejecución de esta operación en Smalltalk (que es un lenguaje interpretado), se utilizó la generación automática de código C a partir del código Smalltalk ya implementado y probado. Este código C fue compilado como una dll que es llamada automáticamente de estar disponible. El resultado es bajar tiempos que iban de 2 a 10 minutos, y que ahora son de 2 a 10 segundos.

Ejercicio A3

Se solicitó implementar la suma, resta, multiplicación y división de una imagen por un escalar.

Ejercicio A4

Se solicitó implementar la operación de Umbral.

Ejercicio A5

Se solicitó implementar la binarización de una imagen a partir de un Umbral.

Ejercicio A6

Se solicitó poder calcular la cantidad de píxeles que se encuentran entre dos valores de un histograma.

Ejercicio A7

Se solició poder aplicar una función al valor de los pixeles de una imagen y/o un histograma, calculando la nueva imagen y/o histograma resultante.

Ejercicio B1

Se solicitó implementar el Histograma Acumulado de una Imagen. Un Histograma Acumulado, para cada valor de pixel, indica cuantos pixels contiene la imagen de valor menor o igual a él. La implementación realizada es calculándolo a partir del Histograma convencional.

Ejercicio B2

Se parte de una imagen, su histograma, su histograma acumulado, y una función que toma valores de pixels y devuelve valores de pixels. Se solicito calcular y mostrar el histograma acumulado, el histograma normal y la imagen que resultarían de aplicar la función a cada uno de los pixels. La implementación realizada consiste en poder aplicar cualquier función tanto a los histogramas como a la imagen. De esta manera, si se desea el histograma acumulado resultante, se aplica la función únicamente al histograma acumulado original. Si además se desea el histograma convencional resultante, se debe aplicar la función al histograma convencional original, lo que permitirá posteriormente obtener también el nuevo histograma acumulado. Si además se desea la imagen resultante, entonces se aplicará la función directamente a la imagen original. De la nueva imagen podrán obtenerse después el nuevo histograma, y el nuevo histograma acumulado. Se incluyó en la interfaz al usuario tanto la posibilidad de ingresar por teclado la función a utilizar (en la forma de un bloque Smalltalk), como también un conjunto de funciones ya incluídas, y accesibles por un menú.

Ejercicio B3

Se solicitó implementar la convolución de una imagen por otra, tanto para valores de pixels enteros como reales. Se realizó la implementación correspondiente, y se incluyeron los ejemplos solicitados juntamente con el código de la implementación. Para facilitar preparación de las imágenes a ser usadas como filtro, se incluyó en la interfaz al usuario la posibilidad de ingresar directamente los valores de los pixels en una matriz cuadrada, similar a una planilla de cálculo. Se observó que los filtros pasa-bajos suavizan las imágenes, haciéndolas borrosas; y los pasa-altos enfatizan los bordes.

Ejercicio B4

Introducción

Se solicito aplicar un conjunto de filtros estándar a imágenes de prueba, observar el resultado y sacar conclusiones. Uno de ellos es el Filtro de la Mediana, para una ventana de n x m. Los demás son convoluciones.

Comentarios

Filtro de la Mediana

Se implementó el Filtro de la Mediana para una ventana de n x m. Se observó que se eliminan los detalles de tamaño menor a la ventana. Se suavizan los bordes de las áreas de un determinado color, pero no los colores en sí. El resultado es que las áreas de cada color se vuelven más evidentes. Algunas imágenes quedan similares a los mapas geográficos donde se colorea con distinto color las zonas de distinta altura. Sin embargo, si la imagen original tiene una gran cantidad de tonos diferentes, este defecto no es visible, y se eliminan imperfecciones pequeñas y ruido.

Filtros pasa-altos

Los restantes filtros son todos pasa-altos. Ayudan a detectar bordes. Las zonas que en la imagen original son de un tono uniforme (cualquiera sea) se transforman en un gris mediano (valores cercanos al cero). Los bordes, zonas donde hay un cambio abrupto de nivel de luminosidad, son enfatizados. Algunos resultan negros (valores negativos) y otros blancos (valores positivos). Otros bordes no son enfatizados y quedan grises (valores cercanos al cero). Qué bordes son enfatizados y cómo es lo que diferencia a cada uno de los filtros solicitados.

Esta alteración de los bordes produce una ilusión de relieve. La imagen parece hundirse y sobresalir, iluminada por una fuente de luz. Los aclarados parecen ser más iluminados, y los oscurecidos parecen sombras. Las zonas que en la imagen original eran más oscuras parecen hundirse, mientras que las más claras parecen sobresalir. Es como considerar a la imagen como una superficie bidimensional en un espacio tridimensional, siendo el valor del pixel la altura de la superficie en ese punto. Cada filtro parece produce la fuente de luz en un lugar distinto. Esto hace que cambien los bordes iluminados y las sombras. En general, los bordes perpendiculares a la fuente de luz son enfatizados. Aquellos que tengan zonas oscuras (que se hunden) del lado de la luz, se aclaran. Aquellos que tengan zonas claras (que sobresalen) del lado de la luz, se oscurecen, al quedar en la sombra. Los bordes paralelos a la fuente de loz no se enfatizan, y se vuelven invisibles. En general, la fuente de luz ilumina desde la zona donde estén los valores positivos hacia la zona donde estén los valores negativos del filtro.

Roberts

La fuente de luz se ubica arriba a la derecha en un caso, y arriba a la izquierda en el otro. En ambos casos ilumina en dirección diagonal.

Prewitt

En un caso la iluminación es desde arriba, y en el otro desde la derecha.

Sobel

También la iluminación es desde arriba en un caso, y en el otro desde la derecha.

Compass Operator

Hay cuatro casos. Iluminación desde arriba, desde la derecha, desde arriba a la derecha y desde arriba a la izquierda.