ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Оконтуривание изображений

Цель работы: ознакомление с некоторыми существующими методами выделения границ и оконтуривания изображений; исследование целесообразности выбора методов оконтуривания в зависимости от конкретного изображения.

Время выполнения работы: 4 учебных часа.

Теоретическая часть

Перепады яркости на изображении, как правило, заключают в себе важнейшую информацию о наблюдаемой сцене. Именно с их помощью выполняется разделение объектов друг от друга, а также обнаружение различных элементов одного объекта – ребер, граней, отверстий и т.п.

Для более быстрого процесса обработки цветное изображение переводят в полутоновое. При этом качество обработки изображения в некоторых случаях может улучшаться.

Перепады яркости обычно отделяют друг от друга две области изображения с различной яркостью. Схематичное изображение одномерного перепада представлено на рис. 1.

 

 

 

                                                    Q       h

 

 

                                                                      x

                                    x₀                                  

 Рис.1

 

Одномерный перепад характеризуется высотой h, крутизной склона Q и координатой центра x₀.

Идеальный детектор перепада должен указывать наличие перепадов в единственной точке, расположенной строго в центре склона.

Исходное изображение (массив F(j,k)) подвергается обработке, направленной на усиление перепадов яркости, т.е. контрастированию. В результате формируется массив G(j,k). Контрастное изображение за счет порогового ограничения преобразуется в бинарное изображение E(j,k), каждый единичный пиксел которого соответствует точке перепада яркости.

Выбор порога оказывает существенное влияние на качество алгоритмов выделения перепада. При высоком уровне порога могут быть потеряны малоконтрастные элементы контура изображения, при низком, наоборот, появятся перепады, которые приведут к ложным контурам.

Широкое распространение получили методы контрастирования, использующие нелинейные комбинации значений яркости элементов изображения. В ряду наиболее известных нелинейных операторов находятся операторы Робертса и Собеля.

Оператор Робертса G_R использует окно 2*2. Дифференцирование по Робертсу выполняется согласно формуле:

 

Оператор Собеля использует окно 3*3, элементы которого показаны на рис.2

 

A0	A1	A2
A7	F(j,k)	A3
A6	A5	A4

                                Рис.2

 

Вычисления проводятся по формуле:

 

В данном лабораторном комплексе реализован алгоритм оконтуривания изображения, работающий по следующей схеме:

если после контрастирования разность значений яркости элементов А₇ и А₃ или А₁ и А₅ рисунка 3 превышает заданный порог S ,то значение центрального пиксела устанавливается черным, иначе - белым.

На практике, границы объектов на изображении довольно размыты для того, чтобы качественно провести оконтуривания. Для повышения качества оконтуривания можно уменьшить масштаб изображения. В данной лабораторном комплексе он уменьшается в 2 раза. Этим достигается то, что на переход от одной области к другой затрачивается в 2 раза меньше пикселов, следовательно граница объекта получается более четкой и качественной. Плюс к этому уменьшается в 2 раза время оконтуривания.

В данном практикуме уменьшение масштаба выполняется двумя способами.

В первом случае каждый второй пиксел исходного изображения попросту не принимается во внимание, то есть пропускается.

Во втором случае один пиксел уменьшенного изображение является результатом усреднения по яркости четырех соседних друг с другом пикселов исходного изображения.

Задание

1. Запустить файл программы Labfilter 1. exe .

2. Используя меню Fail / Open выбрать файл с отфильтрованным изображением.

3. Используя вкладку Контраст, провести выделение контура изображения. С помощью вкладки Масштаб уменьшить масштаб изображения двумя представленными способами.

Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Задание.

4. Контуры изображений, полученные различными способами, и соответствующие им отфильтрованные изображения.

Контрольные вопросы

1. Что такое нелинейный оператор Робертса?

2. Пояснить суть оператора Собеля.

3. Что дает изменение масштаба изображения?