Obrazová matice
Pro úlohy digitálního zpracování obrazu je příznačný velký objem dat. Doposud ani rychlé počítače s konvenční sériovou architekturou nejsou schopny vykonat instrukce v čase, který odpovídá rychlosti standardních digitalizátorů televizního signálu. Například zařízení s čtvercovým obrazem rozměru 256 x 256 a 50 obrazy za sekundu dodává informaci o obrazovém elementu každých 140 ns. Pro 25 obrazů za sekundu rozměru 512 x 512 je to již 70 ns. Jedním z východisek pro urychlení výpočtu je paralelní přístup při zpracování obrazu. Algoritmy zpracování obrazu se většinou skládají z malé množiny operací, které jsou vykonány nad všemi obrazovými elementy. Paralelní počítače se nejčastěji klasifikují podle Flynna do čtyř tříd : - SISD (Single Instruction, Single Data) – architektura obvykle sériová. - SIMD (Single Instruction, Multiple Data) se využívá v případě, že se jednou instrukcí zpracovává více prvků vektoru, nebo pole. Tento případ odpovídá nižší úrovni digitálního zpracování obrazu a využívá jej většina existujících paralelních architektur. Můžeme je rozdělit na dvě skupiny – zřetězené zpracování (pipeline) a pole procesorů. - MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) je architektura nejobecnější. S různými daty pracuje více procesorů s navzájem odlišnými programy. Programování je komplikované. - MISD (Multiple Instruction, Single Data) – architektura se nepoužívá, uvádí se jen pro úplnost třídění. Lze využít superpočítač typu Alfa 2100 fy Digital, který Univerzita Palackého v roce 1996 zakoupila a který je přístupný pomocí počítačové sítě UP budované na páteři ATM 155 Mb.
Obrazový analyzátor DIPS verze 5.0vs Digital Image processing System DIPS verze 4.0vs 1992 fy SOFO (Druckmüler, Heriban) vznikl v Brně při VŠ strojní jako kompendium řešených aplikací obrazové analýzy. Systém je dále rozvíjen a v současné době je distribuován jako DIPS verze 5.0 pod operačním systémem Windows. Uvedená verze, doplněná o tzv. SlowScan, který umožňuje průměrované opakované snímání statických obrazů, a tím získání obrazu velmi vysoké kvality pro vysoce náročné analýzy. SlowScan nachází uplatnění při snímání obrazů s velmi nízkým kontrastem (holografie, metalografie), při fotometrické analýze obrazů a pod. Systém může pracovat ve třech zobrazovacích režimech, které odpovídají možným rozlišením grafických karet VGA, Tseng, S3 (640x480, 800x600, 1024x768) při základní digitalizaci 640 x 480 pixelů a intenzitu 256 úrovní (1B). Systém obsahuje základní operace s pixely obrazů a umožňuje spouštění jejich sekvencí pomocí programových dávek. Rozhodnutí jednotlivých operací jsou stanoveny na základě histogramů a kumulovaných histogramů. [P2].
Standardní obrazový systém (DIPS) Analyzátor DIPS 5.0vs je v našem případě implementován do prostředí počítače typu IBM PC řady P2. Vstup tvoří televizní CCD kamera. V našem případě je použita CCD kamera typu OS 458 s rozlišovací schopností 795 x 596 obrazových elementů (picture elements) doplněná objektivem Videoopticon 1,6/8. Po jeho digitalizaci je užit digitalizační adapter LR 6000D umístěný přímo v počítači a řízený programem pro obrazovou analýzu. Výstup zařízení tvoří datový soubor v běžném obrazovém protokolu, který je možno zobrazit na monitoru počítače, vytisknout tiskárnou, nebo použít pro další zpracování.
Schéma obrazového analyzátoru
DIPS 4.0vs
Vstupní signál – obraz Obraz vyhodnocovaného předmětu je snímán CCD kamerou. Dále je převáděn do tvaru obrazové matice, ve které jsou obrazové body (dále pixely) uloženy v celočíselných hodnotách v intervalu (0, 255), na jejichž uložení ve dvojkové soustavě stačí jeden byte. Poloha každého pixelu v následující obrazové matici (15) je určena dvěma indexy , kde i udává sloupec a j řádek obrazové matice:
⎛ a0,0 ⎜ ⎜ a0,1 A = ⎜ a0,2 ⎜ ⎜ # ⎜a ⎝ 0,n
a1,0 a1,1 a1,2 #
a2,0 a2,1 a2,2 #
a1,n
a2,n
" am ,0 ⎞ ⎟ " am ,1 ⎟ " am ,2 ⎟ ⎟ % # ⎟ " am ,n ⎟⎠
(1.)
Za standardní lze považovat, když hodnota pixelu 0 je zobrazena černě, hodnota 255 bíle a ostatní hodnoty jsou černobílé odstíny mezi nimi. Hodnotám na monitoru lze však přiřadit i barvy (pseudobarvy) (viz obr. 2).
Obr. 1. Princip vytváření barev (pseudobarev) podle barevné palety
Konvence matematického zápisu obrazových transformací Nechť x značí reálné číslo a a,b nechť jsou přirozená čísla. Dále zavádíme funkce: cut [omezení hodnoty na interval (0,255)] (1.) x<0 ⎧ 0 pro ⎪ cut ( x ) = ⎨ x pro 0 ≤ x ≤ 255 ⎪ 255 pro x > 255 ⎩
trunc (odseknutí desetinné části reálného čísla) (2.) trunc ( x ) = n kde n je celé číslo vzniklé z x odseknutím číslic za desetinnou čárkou, round (zaokrouhlování reálného čísla na číslo celé) ⎧⎪trunc ( x + 0.5 ) pro round ( x ) = ⎨ ⎪⎩trunc ( x − 0.5 ) pro
x≥0
(3.)
x<0
div (celočíselné dělení) ⎛a⎞ a div b = trunc ⎜ ⎟ pro b <> 0 ⎝b⎠
mod (zbytek po celočíselném dělení) a mod b = a − b ( a div b )
(4.)
divc (dělení s omezením výsledku na interval (0,255) a zaokrouhlením) ⎧ ⎛ ⎛ x ⎞⎞ ⎪cut ⎜ round ⎜ − ⎟ ⎟ pro y <> 0 divc ( x, y ) = ⎨ ⎝ ⎝ y ⎠⎠ ⎪ 255 pro y = 0 ⎩
max(maximum)
⎧x max ( x, y ) = ⎨ ⎩y
min (minimum)
pro x ≤ y pro x < y
⎧x min ( x, y ) = ⎨ ⎩y
pro x ≤ y pro x > y
(5.)
(6.)
Tvar obrazového souboru *.DIG Obrazový analyzátor používá velmi jednoduchý protokol pro zápis obrazového souboru, proto je protokol využíván i v našich dalších aplikacích. Dále je přiložena tab. 1 a tab. 2, která popisuje povinnou a nepovinnou část souboru s extenzí DIG.
