Softwaretechnologie für Fortgeschrittene Teil Thaller Stunde III: Bildverarbeitung III Köln 5. Dezember 2013.

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1 Softwaretechnologie für Fortgeschrittene Teil Thaller Stunde III: Bildverarbeitung III
Köln 5. Dezember 2013

2 Nachbarschaftstransformationen
Basisvorgehen: for (int y=1;y<result.height()-1;y++) { baseline=image.scanLine(y); for (int x=1;x<result.width()-1;x++) *(result.scanLine(y) + x) = TIneighbour8(image,x,type,baseline); }

3 Nachbarschaftstransformationen
Beispiel für eine Nachbarschaftstransformation: static int Xoffset[] = { -1, 0, 1, -1, 0, 1, -1, 0, 1}; static int Yoffset[] = { -1, -1, -1, 0, 0, 0, 1, 1, 1}; width=image.width(); switch(action) { case TINMinimum: result=255; for (int i=0;i < 9; i++) { candidate = *(baseline + (width*Yoffset[i]) + x + Xoffset[i]); if (candidate < result) result=candidate; } break;

4 Nachbarschaftstransformationen
Hervorheben von Intensitätsänderungen – X Differenz for (int y=0;y<result.height();y++) for (int x=1;x<result.width();x++) { collect = *(image.scanLine(y) + x) – *(image.scanLine(y) + x-1); *(result.scanLine(y) + x) = (collect<0) ? collect * -1 : collect; }

5 Nachbarschaftstransformationen
NB: Partielle Transformationen können in Bilder „eingeschrieben“ werden – Übergangsbetonung durch Einrechnen XY Differenz: step1=TIcontrastS(TIXYdifference(image)); for (int y=0;y<result.height();y++) for (int x=0;x<result.width();x++) *(result.scanLine(y) + x) = (*(step1.scanLine(y) + x) >= 128) ? 0 : *(image.scanLine(y) + x);

6 Filteroperationen : Nachbarschaften
Auf der operativen – nicht mathematischen – Ebene können Filter als multiplikative Nachbarschaftstransformationen verstanden werden.

7 Filteroperationen : Nachbarschaften
Filteranwendung 1 / 2: static int filter[4][9]= { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, /* 0 = low pass 1 */ 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, /* 1 = low pass 2 */ 0,-1, 0,-1, 5,-1, 0,-1, 0, /* 2 = high pass 1 */ -1,-1,-1,-1, 9,-1,-1,-1,-1 /* 3 = high pass 2 */ }; static int divisor[4] = {9,5,1,1}; unsigned char *baseline; for (int y=1;y<result.height()-1;y++) { baseline=image.scanLine(y); for (int x=1;x<result.width()-1;x++) *(result.scanLine(y) + x) = TIfilter8(image,x,filter[type],divisor[type],baseline);

8 Filteroperationen : Nachbarschaften
Wobei gilt (Filteranwendung 2 / 2): int Xoffset[] = { -1, 0, 1, -1, 0, 1, -1, 0, 1}; int Yoffset[] = { -1, -1, -1, 0, 0, 0, 1, 1, 1}; width=image.width(); collect=0; for (int i=0;i < 9; i++) collect += *(baseline + (width*Yoffset[i]) + x + Xoffset[i]) *filter[i]; result = collect / divisor;

9 Filter: Dementsprechend, die wichtigsten Filter:
static int filter[15][9]= { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, /* 0 = low pass 1 */ 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, /* 1 = low pass 2 */ 0,-1, 0,-1, 5,-1, 0,-1, 0, /* 2 = high pass 1 */ -1,-1,-1,-1, 9,-1,-1,-1,-1, /* 3 = high pass 2 */ 1, 2, 1, 2, 4, 2, 1, 2, 1, /* 4 = W.Mean 1 */ 0, 1, 0, 1, 2, 1, 0, 1, 0, /* 5 = W.Mean 2 */ 0, 1, 0, 1,-4, 1, 0, 1, 0, /* 6 = Laplace 1 */ -1,-1,-1,-1, 8,-1,-1,-1,-1, /* 7 = Laplace 2 */ 0,-1, 0,-1, 7,-1, 0,-1, 0, /* 8 = Laplace 3 */ -1,-1,-1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, /* 9 = Prewitt A */ -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, /* 10 = Roberts A */ -1,-2,-1, 0, 0, 0, 1, 2, 1, /* 11 = Sobel A */ 1, 0,-1, 1, 0,-1, 1, 0,-1, /* 12 = Prewitt B */ 0, 0,-1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, /* 13 = Roberts B */ -1, 0, 1,-2, 0, 2,-1, 0, 1 /* 14 = Sobel B */ }; static int divisor[15] = {9,5,1,1,16,6,1,1,3,1,1,1,1,1,1}; static int absolute[15] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,-1,-1,-1,-1,-1,-1};

10 Transformationen des Fourier Typs
Prinzip: Die Zuordnung von Helligkeitswerten zu Punkten wird durch eine andere geometrisch / mathematische Interpretation derselben numerischen Werte ersetzt. Fourier: Die räumliche Verteilung von Helligkeitswerten kann durch eine Bündelung von Frequenzwerten ersetzt werden.

11 Transformationen des Fourier Typs
Beispielsweise ist leicht nachvollziehbar, dass im Bild jede Zeile des Bildes auch als eine „Schwingung“ verstanden werden kann, deren „hohe“ Amplitude besonders „hell“, deren „niedrige“ besonders „dunkel“ ist.

12 Transformationen des Fourier Typs
Wenn dies so ist, kann dieses Bild offensichtlich durch Angabe der Schwingungsdauer und der Amplitude dargestellt werden. Wird dies weitergedacht, kann man konzeptuell jeden Punkt eines Punktes dadurch beschreiben, dass man behauptet, das Bild von n x m Pixeln stelle n x m Schwingungen dar, von denen jede an genau einem der Pixel jene Ausprägung der Amplitude habe, die dem Helligkeitswert dieses Pixels entspräche.

13 Transformationen des Fourier Typs
Fouriertransformationen sind relativ anspruchsvoll effektiv zu optimieren; werden deshalb NICHT im Quellcode besprochen. Sie sind aber EXTREM wichtig. Wichtig ist, folgende Eigenschaften festzuhalten:

14 Transformationen des Fourier Typs
(1) Fouriertransformationen sind voll umkehrbar:

15 Transformationen des Fourier Typs
(2) Transformierte Bilder können zielgerichtet bearbeitet werden:

16 Transformationen des Fourier Typs
(2) Transformierte Bilder bestehen üblicherweise aus überwiegend sehr viel kleineren Zahlenwerten:

17 II. Bildspeicherung und Kompression
Techniken zum Transfer von Bytestreams aus der linearen Form (Platte) in strukturierte Form (Memory).

18 Binäres Lesen (Qt flavour)
imageFile.seek(ifd_addr); imageFile.read((char *)buffer,n); „Schreiben“ imageFile.write((char *)buffer,n); „Position merken“ ifdstart = imageFile.pos();

19 Komprimieren Run Length Encoding while(line > 0) { c = *(source)++;
if (c < 0) { count = c * ; memset(target, *source, count); source++; } else { count = c + 1; memcpy(target, source, count); source += count; line -= count; target += count;

20 Komprimieren CCITT / Huffmann Encoding (bitonal) 1 / 3
while(gotten<header->width) { if ((runlength=TIfetchrun(&ccitt,buffer,0,&err))<0) goto cleanup; memset(target,usecolor[0],runlength); target+=runlength; gotten+=runlength; if (gotten>=header->width) break; if ((runlength=TIfetchrun(&ccitt,buffer,1,&err))<0) goto cleanup; memset(target,usecolor[1],runlength); }

21 Komprimieren CCITT / Huffmann Encoding (bitonal) 2 / 3

22 Komprimieren CCITT / Huffmann Encoding (bitonal) 3 / 3

23 Komprimieren Lempel-Ziv & Welch (LZW) 1 / 2 InitializeStringTable();
WriteCode(ClearCode); W = the empty string; for each character in the strip { K = GetNextCharacter(); if W+K is in the string table { W = W+K; /* string concatenation */ } else { WriteCode (CodeFromString(W)); AddTableEntry(W+K); W = K; } WriteCode (EndOfInformation);

24 Komprimieren Lempel-Ziv & Welch (LZW) 2 / 2
static int shifts[4][8] = { 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, , 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, , 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5 }; int raw, use; use = lzw->lzwbits >> 3; if (use >=max) return TiffLZWEOI; raw = (raster[use] << 8) + (raster[use + 1]); if (lzw->lzwcs>9) raw= (raw<<8) + (raster[use + 2]); raw >>= shifts[lzw->lzwcs-9][lzw->lzwbits % 8]; lzw->lzwbits += lzw->lzwcs; return (raw&lzw->lzwmask);

25 Komprimieren JPEG Sechs Schritte zum s/w JPEG Image
In Blöcke gruppieren; Zentrieren um Null. DCT jedes Blocks. Elimieren einiger Werte durch "quantization". 8 x 8 Blöcke  lineare Sequenz, per Entropy Encoding. Run length encoding. Huffman encoding. Vor diesen Schritten im 24 Bit Fall: Transformation RGB  YCbCr.

26 Danke für heute!