POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Przedmiot:
Przemysłowe Systemy Wizyjne
Symbol ćwiczenia:
PSW1
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania
Tytuł ćwiczenia:
obrazów
SPIS TREÅšCI
Spis rysunków 2
1. Cele ćwiczenia 3
2. Podstawowe wiadomości 3
3. Laboratoryjne stanowisko badawcze 5
3.1. Obiekt badany 5
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe 5
3.3. Oprogramowanie 5
4. Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji 6
5. Przykład realizacji zadania  wczytanie obrazu cyfrowego do przestrzeni 6
roboczej
6. Raport 7
7. Pytania 8
Literatura 8
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
SPIS RYSUNKÓW
1. Projekcja obrazu na matrycę światłoczułą. 3
2. Przestrzenne próbkowanie obrazu za pośrednictwem matrycy elementów 4
światłoczułych.
3. Proces tworzenia obrazu cyfrowego  obrazowany obiekt (a), wartości 4
poziomów szarości wzdłuż linii skanowania A-B (b), próbkowanie
przestrzenne obrazu (c), kwantowanie obrazu (d).
4. Układ współrzędnych obrazu oraz numeracja pikseli obrazu cyfrowego. 5
5. Widok okna głównego środowiska Matlab. 6
6. Wczytywanie obrazu z poziomu podglÄ…du przestrzeni roboczej. 7
2
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
1. CELE ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:
żð Macierzowa reprezentacja obrazów monochromatycznych i kolorowych.
żð Wczytywanie obrazów cyfrowych do przestrzeni roboczej, zapisywanie przetworzonych
obrazów cyfrowych oraz wyświetlanie obrazów z poziomu środowiska Matlab.
żð Wykonywanie operacji arytmetycznych i logicznych na wartoÅ›ciach punktów
obrazowych (pikseli) obrazów cyfrowych.
2. PODSTAWOWE WIADOMOÅšCI
Obrazy cyfrowe wytwarza się poprzez próbkowanie przestrzenne i kwantowanie
rejestrowanych obrazów analogowych. W celu rejestracji obrazu wymagane jest odpowiednie
oświetlenie sceny (najczęściej za pomocą światła widzialnego) oraz użycie układu
skupiającego promieniowanie odbite (układ optyczny) na powierzchni światłoczułej
(półprzewodnikowy analizator obrazu). Proces pozyskiwania obrazu jest przedstawiony na
rys. 1.
Rys. 1. Projekcja obrazu na matrycę światłoczułą [1].
Proces przestrzennego próbkowania obrazu realizowany jest najczęściej w sposób
 automatyczny poprzez wyświetlenie go na prostokątnej matrycy elementów światłoczułych
(np. analizator obrazu typu CCD) o określonej rozdzielczości (rys. 2).
3
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 2. Przestrzenne próbkowanie obrazu za pośrednictwem matrycy elementów światłoczułych [1].
Kolejnym krokiem przy tworzeniu obrazu cyfrowego jest zakodowanie wartości natężenia
promieniowania każdego z pikseli w postaci liczby binarnej, czyli kwantyzacja
obrazu (rys. 3).
Rys. 3. Proces tworzenia obrazu cyfrowego  obrazowany obiekt (a), wartości poziomów szarości
wzdłuż linii skanowania A-B (b), próbkowanie przestrzenne obrazu (c), kwantowanie obrazu (d) [1].
Po wykonaniu próbkowania i kwantyzacji obrazu otrzymuje się obraz cyfrowy, którego
reprezentacją jest macierz. Elementami tej macierzy są wartości zarejestrowanych natężeń
oświetlenia (tzw. poziomy szarości) w odpowiednich punktach obrazowych (rys. 4).
4
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 4. Układ współrzędnych obrazu oraz numeracja pikseli obrazu cyfrowego [1].
Przyjmując, że rozdzielczość matrycy światłoczułej wynosi MxN obraz można przedstawić w
następującej postaci:
(1)
gdzie: f(0,0)& f(M-1,N-1) wartości poziomów szarości dla poszczególnych pikseli obrazu.
Środowisko programistyczne Matlab z powodzeniem może być wykorzystywane jako
narzędzie przetwarzania obrazów cyfrowych ponieważ jego podstawową jednostką
obliczeniową jest macierz, a ponadto dostępny jest dodatkowy pakiet Image Processing
Toolbox zawierający funkcje i narzędzia ukierunkowane na przetwarzanie obrazów.
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE
3.1. Obiekt badany
Brak  ćwiczenie komputerowe.
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe
Komputer PC
3.3. Oprogramowanie
żð Matlab w wersji 7.0 lub wyższej (rys. 5).
5
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 5. Widok okna głównego środowiska Matlab.
4. PROGRAM ĆWICZENIA  WYKAZ ZADAC
DO REALIZACJI
żð Zapoznanie siÄ™ z interfejsem użytkownika Å›rodowiska Matlab.
żð Wczytanie obrazu monochromatycznego i kolorowego do przestrzeni roboczej.
żð WyÅ›wietlenie i analiza obrazów znajdujÄ…cych siÄ™ w przestrzeni roboczej.
żð Stworzenie prostego algorytmu przetwarzania obrazów oraz jego implementacja w postaci
funkcji.
5. PRZYKA
AD REALIZACJI ZADANIA  WCZYTANIE OBRAZU CYFROWEGO
DO PRZESTRZENI ROBOCZEJ
Pierwszą czynnością, którą należy wykonać jest wczytanie obrazu do przestrzeni roboczej.
Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy, z poziomu komend, za pomocą komendy imread
o następującej składni:
I1=imread( obraz.jpg );
Wprowadzenie obrazu do przestrzeni roboczej może być również wykonane poprzez okno
podglądu przestrzeni roboczej poprzez wybór opcji Load data file (rys. 6).
6
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 6. Wczytywanie obrazu z poziomu podglÄ…du przestrzeni roboczej.
W oknie podglądu przestrzeni roboczej pojawia się zmienna I1, będąca macierzą o wymiarach
odpowiadających liczbie wierszy i kolumn obrazu (rozdzielczość obrazu). W przypadku, gdy
wczytany obraz jest obrazem kolorowym wówczas reprezentująca go macierz jest macierzą
trójwymiarową (składa się z trzech macierzy reprezentujących składowe obrazu odpowiednio
R, G i B o takich samych wymiarach każda). Szczegółowe informacje na temat zmiennych
można uzyskać poprzez komendę whos, która zwraca następujące informacje:
Name Size Bytes Class
I1 600x800x3 1440000 uint8 array
Grand total is 1440000 elements using 1440000 bytes
Elementami macierzy sÄ… zmienne typu uint8 (ang. unsigned integer 8 bits), czyli przyjmujÄ…ce
wartości całkowite, bez znaku, ośmiobitowe (tj. z przedziału 0 d0 255).
6. RAPORT
Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:
żð Krótki opis podstawowych funkcji Å›rodowiska Matlab wykorzystanych w trakcie
ćwiczenia.
żð Przebieg ćwiczenia (główne czynnoÅ›ci).
żð Opis zadania programistycznego, które należaÅ‚o wykonać.
żð Listing napisanego programu wraz z komentarzami.
żð Podsumowanie i wnioski.
7
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych
PRZEMYSA
OWE SYSTEMY WIZYJNE  instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
7. PYTANIA
1. W jaki sposób tworzy się obrazy cyfrowe ?
2. Co to jest piksel ? Jaką interpretację ma jego wartość ?
3. Czym w reprezentacji różnią się obrazy monochromatyczne od obrazów kolorowych ?
4. Jaki typ zmiennej wykorzystywany jest w środowisku Matlab do reprezentacji obrazów
cyfrowych ?
LITERATURA
1. Gonzalez R. C., Woods R. E.: Digital image processing. Prentice Hall, New Jersey 2002.
Opracowanie: Damian Krawczyk
Gliwice 2013
8
Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania obrazów cyfrowych