Zklady potaovej grafiky a spracovania obrazu vod do

Základy počítačovej grafiky a spracovania obrazu Úvod do spracovania obrazu Doc. RNDr. Milan Ftáčnik, CSc.

Kontakty �Doc. RNDr. Milan Ftáčnik, CSc. (M 159 a I 4) �www. sccg. sk/~ftacnik �ftacnik@sccg. sk, milan. ftacnik@fmph. uniba. sk �Konzultácie: Streda od 11: 30 do 13: 00 Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 2

Počítačová grafika a videnie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 3

Počítačová grafika a videnie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 4

Z histórie spracovania obrazu �Prvýkrát v roku 1920 – pri prenose obrazu z Európy do NYC podmorským káblom �Rozvoj od r. 1960 – satelitné snímky, medicínske obrazy, rozpoznávanie znakov �Od r. 1970 – lacnejšie počítače a špecializovaný HW na spracovanie obrazu �Od r. 2000 – počítače nahradili HW a pridali sa nové senzory – stále sa rozširujú aplikácie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 5

Počítačové videnie je zložité �Počítač pracuje s intenzitami jasu Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 6

Počítačové videnie je zložité �Počítač pracuje s intenzitami jasu Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 7

Počítačové videnie je zložité II �Videnie umožňuje ľuďom vnímať a rozumieť svetu okolo nich, aj priestorovým vzťahom �Počítačom to chceme napodobniť. �Paradox umelej inteligencie: To, čo sa ľudia učia prirodzene a veľmi rýchlo, to sa počítače učia pomaly a naopak Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 8

Počítačové videnie je zložité III �Svet je 3 D a vstup pre počítač je 2 D �Do jednej jasovej hodnoty sa prejavia faktory: � � Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 9

Počítačové videnie je zložité III �Svet je 3 D a vstup pre počítač je 2 D �Do jednej jasovej hodnoty sa prejavia: �Geometrické vlastnosti �Koeficient odrazivosti viditeľných plôch �Osvetlenie scény �Pozícia pozorovateľa Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 10

Perspektívne zobrazenie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 11

Perspektívne zobrazenie II Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 12

Perspektívne zobrazenie III Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 13

Perspektívne zobrazenie IV Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 14

Perspektívne zobrazenie V Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 15

Perspektívne zobrazenie VI Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 16

Čo vieme z 2 D povedať o 3 D? Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 17

Čo vieme z 2 D povedať o 3 D? Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 18

Úrovne počítačového videnia �Nižšia úroveň �Snímanie, predspracovanie �Stredná úroveň �Segmentácia �Vyššia úroveň �Popis príznakmi, rozpoznávanie, porozumenie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 19

Disciplíny pre prácu s obrazom �Spracovanie obrazu (Image processing) – snímanie, predspracovanie, segmentácia �Analýza obrazu (Image Analysis) �Rozpoznávanie obrazcov (Pattern recognition) �Počítačové videnie (Computer Vision) – rieši úlohy porozumenia 3 D svetu Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 20

Aplikácie počítačového videnia � 1. Skúmanie človeka (rozpoznávanie tváre, pohybu, kostry, znakovej reči, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 21

Aplikácie počítačového videnia � 2. Pôdohospodárstvo (triedenie potravín, zrelosť úrody, kontrola pri balení) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 22

Aplikácie počítačového videnia � 3. Priemyselné aplikácie (kontrola pri montáži, robotické zváranie, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 23

Aplikácie počítačového videnia � 4. Doprava (počet vozidiel, ŠPZ, jazdné pruhy, autonómne auto, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 24

Aplikácie počítačového videnia � 5. Robotika (humanoidné roboty, hasičské, nanorobotika, robotfutbal) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 25

Aplikácie počítačového videnia � 6. Meteorológia (predpoveď počasia, predpoveď cyklónov a veľkých búrok) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 26

Aplikácie počítačového videnia � 7. Diaľkový prieskum zeme (poškodenie lesa vo V. Tatrách, rozsah rybolovu, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 27

Aplikácie počítačového videnia � 8. Kriminalistika (rozpoznávanie odtlačkov prstov, topánok, stôp po autách, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 28

Aplikácie počítačového videnia � 9. Bezpečnosť (vizuálna kontrola priestorov, autentifikácia vstupu, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 29

Aplikácie počítačového videnia � 10. Medicína (CT, NMR, RTG a ultrazvukové snímky, analýza orgánov, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 30

Aplikácie počítačového videnia � 11. Zlepšenie obrazu a videa (korekcia rozostrenia, pohybu, červených očí, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 31

Aplikácie počítačového videnia � 12. OCR (tlačené, ručne písané písmo, arabské, čínske, rímske, latinské, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 32

Aplikácie počítačového videnia � 13. Komerčné aplikácie (kontrola bankoviek, čítačka EAN a QR kódu, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 33

Aplikácie počítačového videnia � 14. Spracovanie dokumentov (rozpoznávanie PSČ, schém, podpisu, . . . ) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 34

Aplikácie počítačového videnia � 15. Kultúra a šport (kultúrne dedičstvo, určenie obrazu, anotácia zápasu) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 35

Boom počítačového videnia �Zhruba od roku 2012 nastal obrovský boom rozpoznávania objektov – vďaka konvolučným neurónovým sieťam �Bol predstavený projekt Image. Net a k tomu súťaž zameraná na najmenšiu chybu �Vďaka hlbokým neurónovým sieťam je úspešnosť lepšia ako u človeka (3, 5% vs. 5%) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 36

Literatúra �Šonka M. , Hlaváč V. , Boyle R. : Image processing, Analysis and Machine Vision, 4 th edition, 2014, USA �Gonzalez R. , Woods G. : Digital Image Processing, Addison Wesley, 3 rd edition, 2009 Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 37

Slovenská literatúra �Ružický E. , Ferko A. : Počítačová grafika a spracovanie obrazu, SAPIENTIA, Bratislava, 1995 �Šikudová E. , Černeková Z. , Benešová W. , Haladová Z. , Kučerová J. : Počítačové videnie, detekcia a rozpoznávanie objektov, WIKINA, Praha, 2014 Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 38

Softvér na výučbu – počítačové videnie �Akademický open source softvér – Image. J – teraz vo verzii Image. J 2 �Stále viac algoritmov je v MATLAB-e, v ktorom budeme mať cvičenia, je aj open verzia Octave, aj keď nie je 100%-ná zhoda �Knižnica Open. CV a mnohé iné, kde sú hotové procedúry do viacerých jazykov Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 39

Obsah prednášky � 1. Dátové štruktúry – pre spracovanie obrazu � 2. Snímanie obrazu a jeho vlastnosti � 3. Predspracovanie obrazu � 4. Segmentácia (základné prístupy) � 5. Určenie príznakov a rozpoznávanie obrazcov - základy Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 40

Obsah prednášky II �Ďalšie prednášky sú na magisterskom štúdiu, vrátane samostatného zamerania S 1 počítačová grafika a videnie �K tomu zaujímavé bakalárske a diplomové práce, vrátane uplatnenia v praxi (napr. vo firmách u našich bývalých absolventov, ale aj ďalších firmách, ktoré nasadzujú techniky počítačového videnia) Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 41

Ďalšie prednášky na Mgr. štúdiu �Blok S 1: Počítačová grafika a videnie � 2 -MPG-125/15 Počítačové videnie � 2 -AIN-112/15 Pokročilé spracovanie obrazu � 2 -AIN-134/14 Geometrické modelovanie v grafike � 2 -AIN-128/15 Grafika v reálnom čase a výpočty na GPU � 2 -AIN-127/15 Pokročilá počítačová grafika � 2 -AIN-204/10 Rozpoznávanie obrazcov � 2 -AIN-223/15 Virtuálna a rozšírená realita � 2 -AIN-255/15 Spracovanie videa � 2 -AIN-263/00 Fotorealistické zobrazovanie � 2 -AIN-233/00 Aplikácie počítačového videnia � 2 -AIN-222/00 Aplikácie počítačovej grafiky 42 Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019

Požiadavky na ukončenie �Cvičenia/skúška: 50/50 bodov �Hodnotenie z cvičení �Účasť �Projekt zo spracovania obrazu �Písomná skúška �Plus ústne doskúšanie Základy počítačovej grafiky a spracovanie obrazu 2018/2019 43