Introduzione. Stefano Ferrari. Università degli Studi di Milano Elaborazione delle immagini anno accademico

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1 Introduzione Stefno Ferrri Università degli Studi di Milno Elorzione delle immgini nno ccdemico Elorzione delle immgini L Informtic è l scienz che studi come rppresentre, elorre e trsmettere l informzione. L Elorzione delle immgini si occup in prticolre dell informzione contenut nelle immgini (digitli). Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 1

2 Cos è un immgine? Qulche definizione: figur esteriore percepit medinte l vist [Grznti]; metodic di rppresentzione secondo coordinte spzili indipendenti di un oggetto o di un scen [Wikipedi]; rppresentzione, riproduzione dell form esteriore di un corpo [De Agostini]. Generlmente si intende un rppresentzione di oggetti o scene su un supporto idimensionle: qudro, fotogrfi, grfico. Il concetto si può estendere d un rppresentzione volumetric (e.g., sttu). Definizione di immgine digitle Mtemticmente, un immgine viene definit come un funzione, f : R m R n. Tipicmente, m = 2 e, nel cso più semplice, n = 1. Qundo le coordinte spzili e il vlore dell funzione sono finiti e discretizzti, l immgine viene dett digitle. f : Z m Z n Gli elementi che costituiscono un immgine digitle sono detti pixel (contrzione di picture element) o pels (o nche imge elements ). Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 2

3 Cos signific elorre le immgini? In prim pprossimzione, si può considerre immgine ciò che percepimo per mezzo dell vist. Vedere è un compito molto complesso, ed è il risultto di un cten di elorzione molto vriegt. Allo stesso modo, nche l elorzione delle immgini è un disciplin che h contorni sfumti. Inoltre, us metodi o fornisce strumenti d ltre discipline. Cos signific elorre le immgini? (2) Almeno tre discipline elorzione di immgini (imge processing) nlisi di immgini (imge understnding) visione rtificile (computer vision) hnno sovvrpposizioni. Tipicmente si riconoscono tre ctegorie di elorzione, crtterizzte dl livello di strzione: sso livello (migliormento di immgine); medio livello (estrzione di crtteristiche); lto livello (riconoscimento di oggetti). Esempio: OCR (opticl chrcter recognition) sso livello: eliminzione del rumore, inrizzzione; medio livello: individuzione dei crtteri; lto livello: riconoscimento dei crtteri, dell struttur del testo. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 3

4 Quli ppliczioni per l elorzione di immgini? In diversi cmpi pplictivi, le informzioni vengono cquisite sotto form di immgini. L elorzione delle immgini serve per: fcilitrne l interpretzione; estrrne informzioni. Alcuni cmpi pplictivi: medicin; industri: controllo qulità; utomtizzzione; sicurezz: ppliczioni iometriche; lettur trghe; rilevmenti topogrfici; stronomi;... e tnti ltri! Quli ppliczioni per l elorzione di immgini? (2) Per esempio, negli osservtori stronomici. Centro di clcolo dell osservtorio di Hrvrd, fine L ctlogzione delle stelle veniv relizzt con metodi mnuli sull se di lstre fotogrfiche. Molti compiti non sono fcilmente utomtizzili: Progetto Glxy Zoo. Si chiede l iuto di volontri (senz prticolri conoscenze stronomiche) per clssificre le glssie. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 4

5 Quli immgini? Un possiile clssificzione si s sull sorgente irrdinte: onde elettromgnetiche; onde custiche; ultrsuoni; fscio di elettroni. Spettro elettromgnetico Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 5

6 Immgini d rggi gmm c d () gmm-ry imging per iniezione di isotopo rdiottivo; () positron emission tomogrphy (PET); (c) Cygnus Loop; (d) rdizione gmm di un vlvol di un rettore nuclere. NB: (c) e (d) ctturno l nturle rdizione dell oggetto osservto. Immgini d rggi X c d e () rdiogrfi; () ngiogrfi; (c) computerized xil tomogrphy (CAT); (d) immgine i rggi X di sched elettronic per ispezione durnte l produzione; (e) Cygnus Loop. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 6

7 Immgini d ultrvioletti c () grno sno; () grno mlto; (c) Cygnus Loop. Le immgini UV sfruttno spesso il fenomeno dell fluorescenz, nturle o indott. Immgini d visiile c d e f () Txol (gente nticncro; () colesterolo; (c) microprocessore; (d) film di ossido di nichel; (e) superficie di un cd udio; (f) superconduttore orgnico. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 7

8 Immgini d visiile (2) c e d f Esempi di controllo industrile: () componenti mncnti; () pillole mncnti; (c) quntità ccettili; (d) difetti di produzione (troppe olle); (e) difetti di produzione (qulche fiocco rucito?); (f) difetti di produzione (impinto ottico con distorsioni). Immgini d visiile (3) c d Esempi di ppliczioni di sicurezz e trccimento: () impronte digitli; () conteggio nconote e trccimento del numero di serie; (c) lettur utomtic dell trg; (d) lettur utomtic dell trg (con correzione prospettic). Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 8

9 Immgini d visiile ed infrrosso c d e f g () lu; () verde; (c) rosso; (d) infrrosso vicino; (e) infrrosso d ond cort; (f) infrrosso termico; (g) infrrosso medio. Immgini d visiile e infrrosso (2) Le immgini d stellite per uso meteorologico fnno uso di nde multiple. L immgine è dell urgno Ktrin (2005) nell nd del visiile e infrrosso. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 9

10 Immgini d infrrosso stellitre Le emissioni nell nd infrross forniscono chiri indizi di ttività umn. Immgini d rdr stellitre Le microonde possono ttrversre le nuvole e nche lcuni strti di vegetzione, ghiccio e si. Un rdr stellitre emette un impulso e, trmite un ntenn, rilev le onde riflesse. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 10

11 Immgini d onde rdio Le onde rdio vengono uste in medicin, per esempio, per l risonnz mgnetic (mgnetic resonnce imging, MRI). Immgini multispettrli L pulsr del Grnchio ripres in diverse sottonde dello spettro elettromgnetico. Lo stesso oggetto può pprire molto diverso, in qunto l su rdizione elettromgnetic emess non è uniforme nello spettro. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 11

12 Immgini d onde sonore Rilevndo l eco di onde custiche opportunmente emesse, si può trccire un profilo delle proprietà di riflessione del suolo (o del fondle mrino) e individure così i mterili strtificti nel sottosuolo. Immgini d ultrsuoni c d Le onde ultrsonore vengono impiegte in medicin per l ecogrfi. () e () feti; (c) tiroide; (d) muscolo lesionto. Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 12

13 Immgini d fsci elettronici I fsci di elettroni vengono usti in due tecniche microscopiche: trnsmission electron microscopy (TEM), dove l frzione del fscio che riesce d ttrversre l oggetto viene cquisit; scnning electron miscroscope (SEM), dove viene rilevt l interzione dell oggetto con il fscio elettronico. () filmento di tungsteno rucito; () circuito elettronico dnneggito dl clore (il filmento inco è prodotto dll ossidzione). Altri tipi di immgine Trmite tecniche di elorzione delle immgine si possono produrre nche immgini di ltro tipo. Un esempio sono le immgini di profondità (depth imge, rnge imge, D imge). Stefno Ferrri Elorzione di immgini /11 13