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1 La Visione Artificiale La vis ione delle macchine La vis ione umana Acquis izione di immag ine

2 Copyright Alcune slide sono tratte dal testo: Digital Image Processing Materiale didattico relativo si trova al sito 2

3 Attività della Visione Artificiale Signal processing Computer Graphic Pattern Recognition Computer Vision Multimedia

4 Visione Artificiale È l insieme dei processi che mirano a costruire una descrizione del mondo a partire da immagini Ha lo scopo di emulare la visione umana attraverso: L acquisizione L eleborazione al calcolatore La comprensione delle immagini 4

5 Visione Artificiale Sono coinvolti molti aspetti, ma il più importante è la Elaborazione delle Immagini Il settore dell informatica che definisce tecniche ed algoritmi per trattare immagini digitali Obiettivi: Produrre sistemi artificiali (completamente automatici e basati sul calcolatore) che manifestano un comportamento visivo con prestazioni paragonabili a quelle di un sistema biologico 5

6 Interdisciplinarità La Visione Artificiale è un campo altamente multidisciplinare che include competenze di Image processing Informatica Intelligenza artificiale Neurofisiologia Psicologia Fisica 6

7 La visione umana 7

8 La visione umana L occhio umano è paragonabile ad una macchina fotografica in cui: La cornea e il cristallino costituiscono l obiettivo L iride e la pupilla corrispondono al diaframma La retina è l elemento sensibile Visione Artificiale ༡༡/༡༢ ༨

9 La visione umana Sulla retina si forma l immagine degli oggetti osservati Esistono due tipi di recettori: Coni Bastoncelli 9

10 La visione umana - Coni Circa 6 o 7 milioni per occhio Siti nella parte centrale della retina, detta fovea Altamente sensibili al colore e ad alti livelli di illuminazione Forniscono anche piccoli dettagli Responsabili della visione diurna Connessione 1 a 1 con le terminazioni nervose 10

11 La visione umana - Bastoncelli Circa 100 milioni per occhio Consentono una visione globale della scena Distribuiti in modo più uniforme sull intera superficie della retina Praticamente insensibili al colore Sensibili a bassi livelli di illuminazione Responsabili della visione notturna Connessione n a 1 con le terminazioni nervose 11

12 Sensibilità di coni e bastoncelli 12

13 Distribuzione di coni e bastoncelli 13

14 Distribuzione di coni e bastoncelli Fino a coni per mm2 La tecnologia attuale del silicio è in grado di ottenere una simile densità di sensori I problemi della visione artificiale non sono quindi nei sensori, ma nel processo di elaborazione Occorre quindi integrare l intelligenza e l esperienza umana 14

15 La percezione umana 15

16 La percezione umana 16

17 Illusioni Ottiche 17

18 Lo spettro elettromagnetico 18

19 Raggi Gamma e X 19

20 Ultravioletto 20

21 Lo spettro visibile 21

22 Radiazione infrarossa 22

23 Lo spettro elettromagnetico 23

24 Immagini a ultrasuoni 24

25 L Immagine Una immagine è una rappresentazione spaziale bidimensionale di un oggetto 2D o 3D o di una scena. Nel campo dell elaborazione di immagini per immagine si intende generalmente la rappresentazione dopo il processo di digitalizzazione. Dal punto di vista del programmatore un immagine è una matrice bidimensionale di valori omogenei. 25

26 Sistema di acquisizione Componenti di un sistema di acquisizione La telecamera (in generale un sensore elettronico) Memoria immagine (frame grabber) Monitor Calcolatore Database Attuatore 26

27 Sistema di acquisizione Monitor comandi di controllo A/D Memoria D/A Immagine A/D: convertitore analogico/digitale D/A: convertitore digitale/analogico Database Immagini risultati numerici comandi di controllo 27

28 Sensore elettronico 28

29 Esempi di sensori 29

30 Esempi di sensori 30

31 L acquisizione 31

32 L acquisizione 32

33 L acquisizione 33

34 Illuminazione L illuminazione non sempre è un parametro controllabile: In applicazioni indoor è in genere possibile realizzare un impianto di illuminazione adatto al problema da risolvere In applicazioni outdoor normalmente l illuminazione non è sotto controllo 34

35 Back lighting Diffusore 35

36 Luce strutturata Usata per l acquisizione e la ricostruzione 3D 36

37 Luce strutturata 37

38 Luce strutturata 38

39 Dal Segnale Analogico alla Matrice Tensione Trasduzione nto e am n o pi m Ca Tempo PIXEL Quantizzazione Tempo Immagine Digitale 39

40 Il processo di digitalizzazione Il segnale acquisito da una telecamera è tipicamente un segnale continuo che descrive l intensità del segnale luminoso secondo una scansione per linee La digitalizzazione trasforma un segnale continuo discretizzandolo sia nella dimensione spaziale, che in quella dei livelli di grigio (convertitore A/D analogico/digitale) Il segnale convertito viene memorizzato in una memoria immagine che funge da interfaccia tra l elaboratore, il monitor e l elemento di acquisizione Tra la memoria immagine ed il monitor vi è un convertitore D/A (digitale/analogico) 40

41 Scansione Regolare Scansione semplice Scansione interallacciata 41

42 Risoluzione spaziale La risoluzione spaziale è la più piccola dimensione dell oggetto osservato che può essere discriminata La cella di risoluzione è la più piccola area elementare associata ad un valore in una immagine digitale Generalmente la cella elementare è un quadrato ma si possono anche avere celle rettangolari o esagonali 42

43 Tassellazione quadrata Pixel a distanza 1 Pixel a distanza 3 Pixel a distanza 2 Pixel a distanza 4 43

44 Tassellazione esagonale 44

45 Tassellazione triangolare 45

46 Risoluzione spaziale 46

47 Risoluzione spaziale Pixel (contrazione di picture element) è descritto dalla posizione spaziale di una cella elementare (riga, colonna) e dal valore ad essa associato Alcune dimensioni frequenti per immagini digitali sono 256x256, 512x512, 1024x1024 Risoluzioni dei monitor: 640x480, 1024x768 (4/3) 1280x1024 (5/4), 1280x800 (16/10) HDTV 1125 righe (16/9) 47

48 Risoluzione nella scala di grigi Una immagine binaria è una immagine in cui ogni pixel può assumere solo due valori: (0,1), (vero, falso), (oggetto, sfondo) una immagine binaria utilizza solo un bit per pixel Una immagine a toni di grigio è una immagine in cui ogni pixel assume valori in un intervallo più ampio valori tipici sono [0, 63], [0, 255], [0, 1023], rispettivamente 6, 8, 10 bit per pixel Un osservatore umano percepisce una scala continua di grigi osservando immagini memorizzate con 8 bit 48

49 Risoluzione nella scala dei grigi 49

50 Aliasing 50

51 Aliasing 51

52 Antialiasing 52

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