Instytut Elektroniki i Systemów Informacyjnych NovSU, [email chroniony]

Rozważane są metody analizy konturów, które są optymalne do wykorzystania w systemach czasu rzeczywistego do wyodrębnienia konturów obiektów w sekwencji wideo.

Słowa kluczowe: kontur, obróbka obrazu, analiza konturów, system monitoringu wizyjnego

Wprowadzenie

Segmentacja obrazu oparta na konturowaniu jest brana pod uwagę przy rozwiązywaniu tej klasy problemów ze względu na fakt, że zmiana parametrów położenia, obrotu i skali obrazu ma niewielki wpływ na ilość obliczeń. Ponadto kontury całkowicie determinują kształt obrazu, są słabo zależne od koloru i jasności oraz zawierają informacje niezbędne do dalszej klasyfikacji obiektu. Takie podejście pozwala nie uwzględniać punktów wewnętrznych obrazu, a tym samym znacznie zmniejszyć ilość przetwarzanych informacji dzięki przejściu od analizy funkcji dwóch zmiennych do funkcji jednej zmiennej. Konsekwencją tego jest możliwość zapewnienia działania systemu przetwarzania w bliższej rzeczywistej skali czasu.

Podstawowe koncepcje

Przez kontur obrazu rozumiemy rozciągające się przestrzennie zerwanie, spadek lub nagłą zmianę wartości jasności.

Idealna kropla ma właściwości modelu pokazanego na rys. 1a - jest to zbiór połączonych ze sobą pikseli, z których każdy znajduje się obok prostokątnego skoku jasności, co pokazuje profil poziomy na rys. W rzeczywistości ograniczenia optyczne, próbkowanie itp. prowadzić do rozmytych zmian jasności. W rezultacie są one dokładniej modelowane przez nachylony profil podobny do pokazanego na rysunku 1b. W takim modelu punktem różnicy jasności jest dowolny punkt leżący na nachylonej części profilu, a sama różnica jest połączonym zbiorem utworzonym przez wszystkie takie punkty.

Rysunek 1 Model idealnych (a) i ukośnych (b) różnic jasności

Różnicę w jasności uważa się za kontur, jeśli jej wysokość i kąt nachylenia przekraczają pewne wartości progowe.

Zwróćmy uwagę na szereg problemów, które pojawiają się podczas wyboru konturu:

Kontur pęka w miejscach, w których jasność nie zmienia się wystarczająco szybko;

Fałszywe kontury ze względu na obecność szumów na obrazie;

Zbyt szerokie kontury z powodu rozmycia, szumu lub z powodu wad zastosowanego algorytmu;

Niedokładne pozycjonowanie ze względu na fakt, że kontury linii mają szerokość równą jeden, a nie zerową.

Metody różnicowe

Jednym z najbardziej oczywistych i najprostszych sposobów wykrywania granic jest różnicowanie jasności w funkcji współrzędnych przestrzennych.

Wykrywanie konturów obrazu o wartościach jasności f (x1, x2), prostopadłych do osi x1, zapewnia wzięcie pochodnej cząstkowej df / dx1, a prostopadłej do osi x2 pochodnej cząstkowej df / dx2. Pochodne te charakteryzują szybkości zmian jasności odpowiednio w kierunkach x1 i x2. Aby obliczyć pochodną w dowolnym kierunku, możesz użyć gradientu jasności:

grad f (x1, x2) \u003d f (x1, x2).

Gradient to wektor w przestrzeni dwuwymiarowej, zorientowany w kierunku najszybszego wzrostu funkcji f (x1, x2) i mający długość proporcjonalną do tej maksymalnej prędkości. Moduł gradientu jest obliczany według wzoru

Rysunek 2 Graficzne przedstawienie gradientu

Aby wybrać kontur o dowolnym kierunku, użyjemy modułu gradientów pola jasności. W przypadku obrazów zamiast pochodnych bierzemy dyskretne różnice.

Operator Robertsa

Jedną z opcji obliczania dyskretnego gradientu jest operator Robertsa. Ponieważ do obliczenia modułu gradientu można wykorzystać różnicę w dowolnych dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach, różnice przekątnych są brane pod uwagę w operatorze Robertsa:

Określenie różnicy tworzą dwa filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (filtry FIR), których odpowiedzi impulsowe odpowiadają maskom 2x2

Wady tego operatora obejmują dużą wrażliwość na szum i orientację granic regionu, możliwość przerwania konturu i brak wyraźnego elementu środkowego. Ma jedną zaletę - małą intensywność zasobów.

Operatorzy Sobel i Prewitt

W praktyce wygodniej jest używać operatorów Sobela i Prewitta do obliczania dyskretnych gradientów. Dla operatora Sobela efekt szumu elementów narożnych jest nieco mniejszy niż dla operatora Prewitt, co jest istotne przy pracy z pochodnymi. Każda z masek ma sumę współczynników równą zero, tj. operatory te dadzą zerową odpowiedź w obszarach o stałej jasności.

Filtry FIR to maski 3x3.

Maski operatora Sobel:

Maski operatora Prewitt:

Operator Sobela używa współczynnika ważenia 2 dla środkowych elementów. Ta zwiększona wartość jest używana do zmniejszenia efektu antyaliasingu poprzez nadanie większej wagi środkom.

Aby rozwiązać problem niezmienności rotacji, do wykrywania nieciągłości w kierunkach ukośnych stosuje się tak zwane maski diagonalne.

Maski ukośne operatora Sobel:

Maski ukośne Prewitta:

W obecności elementu centralnego i małej intensywności wykorzystania zasobów operator ten charakteryzuje się dużą wrażliwością na szum i orientacją granic regionów, a także możliwością nieciągłości konturu.

Rysunek 3. Wybór granicy przez operatora Sobela: a) obraz oryginalny; b) wynik użycia operatora Sobela

Laplacian

Do rozwiązania problemu uwydatniania różnic w jasności można wykorzystać operatory różniczkowe wyższego rzędu, na przykład operator Laplace'a:

W przypadku dyskretnym operator Laplace'a można zaimplementować jako procedurę do liniowego przetwarzania obrazu z oknem 3x3. Drugą pochodną można przybliżyć drugimi różnicami:

Laplacian akceptuje zarówno wartości dodatnie, jak i ujemne, dlatego w operatorze wyboru konturów konieczne jest przyjęcie jego wartości bezwzględnej. W ten sposób otrzymujemy procedurę wyboru granic niewrażliwą na ich orientację

Rola laplaciana w problemach segmentacji sprowadza się do wykorzystania jego właściwości przejścia przez zero w celu zlokalizowania konturu i sprawdzenia, czy dany piksel znajduje się po ciemnej czy jasnej stronie konturu.

Główną wadą laplacianina jest bardzo duża wrażliwość na hałas. Ponadto możliwe są przerwy w konturze, a także ich podwojenie. Jego zalety to fakt, że jest niewrażliwy na orientację granic obszarów i mała intensywność zasobów.

Przetwarzanie lokalne

W idealnym przypadku metody wykrywania krawędzi powinny wybierać tylko piksele obrazu leżące na ścieżce. W praktyce ta mnogość pikseli rzadko odwzorowuje kontury wystarczająco dokładnie z powodu szumów, nieciągłości krawędzi spowodowanych nieregularnym oświetleniem itp. Dlatego algorytmy wykrywania krawędzi są zwykle uzupełniane przez procedury łączenia w celu wygenerowania zestawów punktów krawędziowych zawierających krawędzie.

Jednym ze sposobów łączenia punktów konturu jest analiza charakterystyk pikseli w małym sąsiedztwie każdego punktu obrazu, który został oznaczony jako kontur. Wszystkie punkty podobne pod pewnymi kryteriami są ze sobą połączone i tworzą kontur pikseli spełniających te kryteria. W tym przypadku dwa główne parametry służą do ustalenia podobieństwa pikseli konturu: wartość odpowiedzi operatora gradientu, który określa wartość pikseli konturu, oraz kierunek wektora gradientu.

Piksel w danym sąsiedztwie jest łączony z centralnym pikselem (x, y), jeśli kryteria podobieństwa są spełnione zarówno pod względem rozmiaru, jak i kierunku. Ten proces jest powtarzany w każdym punkcie obrazu podczas zapisywania znalezionych skojarzonych pikseli w miarę przesuwania się środka otoczenia. Prostym sposobem rozliczania danych jest przypisanie innej wartości luminancji do każdego zestawu pikseli konturu, które są połączone.

Sprytny wykrywacz granic

Detektor granic Canny skupia się na trzech głównych kryteriach: dobrej detekcji (zwiększony stosunek sygnału do szumu); dobra lokalizacja (prawidłowe określenie położenia granicy); jedyna odpowiedź na jedną granicę.

Na podstawie tych kryteriów konstruuje się obiektywną funkcję kosztu błędów, minimalizując optymalny operator liniowy dla splotu z obrazem.

Aby zmniejszyć czułość algorytmu na szum, stosuje się pierwszą pochodną Gaussa. Po zastosowaniu filtra obraz staje się lekko rozmyty. Tak wygląda maska \u200b\u200bGaussa:

Po obliczeniu gradientu wygładzonego obrazu w obrysie krawędzi pozostają tylko maksymalne punkty gradientu obrazu. Informacja o kierunku granicy służy do usuwania punktów znajdujących się dokładnie w pobliżu granicy i nie przerywania samej granicy w pobliżu lokalnych maksimów gradientu.

Operator Sobela służy do określenia kierunku gradientu. Uzyskane wartości kierunku są zaokrąglane do jednego z czterech kątów - 0, 45, 90 i 135 stopni.

Następnie za pomocą dwóch progów usuwa się słabe granice. W tym przypadku fragment granicy jest przetwarzany jako całość. Jeśli wartość gradientu gdzieś na śledzonym fragmencie przekracza górny próg, to ten fragment również pozostaje „prawidłową” granicą w tych miejscach, w których wartość gradientu spada poniżej tego progu, aż spadnie poniżej dolnego progu. Jeżeli na całym fragmencie nie ma punktów o wartości wyższej niż górny próg, to jest on usuwany. Ta histereza zmniejsza liczbę przerw w granicach wyjścia.

Włączenie redukcji szumów do algorytmu zwiększa niezawodność wyników, ale zwiększa koszt obliczeniowy i prowadzi do zniekształcenia i utraty szczegółowości granic. Algorytm zaokrągla rogi obiektów i niszczy granice w punktach połączeń.

Wadami tej metody są złożoność wykonania i bardzo duże zużycie zasobów, a także fakt, że możliwe jest pewne zaokrąglenie naroży obiektu, co prowadzi do zmiany parametrów konturu.

Do zalet metody należy słaba wrażliwość na hałas i orientacja granic obszarów, to, że wyraźnie identyfikuje kontur i pozwala na identyfikację wewnętrznych konturów obiektu. Ponadto wyklucza błędne wykrycie konturu, w którym nie ma obiektów.

Rysunek 4. Wybór obrzeży metodą Canny: a) obraz oryginalny; b) po przetworzeniu przez algorytm Canny

Analiza z teorią grafów

na podstawie reprezentacji graficznej i wyszukiwania na tym wykresie najtańszych ścieżek, które odpowiadają znaczącym konturom, można skonstruować metodę, która działa dobrze w obecności szumu. Ta procedura okazuje się dość skomplikowana i wymaga dłuższego czasu przetwarzania.

Rysunek 5. Element konturu między pikselami p i q

Element konturu to granica między dwoma pikselami p i q, które są sąsiadami. Elementy konturu są oznaczone współrzędnymi punktów p i q. Element konturu na rys. 5 jest określony parami (xp, ur) (xq, yq). Kontur to ciąg połączonych ze sobą elementów konturu.

Problem znalezienia ścieżki minimalnego kosztu na wykresie jest nietrywialny z punktu widzenia złożoności obliczeniowej i trzeba poświęcić optymalność na rzecz szybkości obliczeniowej.

Złożoność wdrożenia i duże zużycie zasobów to główne wady takiej analizy, której zaletą jest jej słaba wrażliwość na hałas.

Wniosek

Przedstawione w pracy metody opisują optymalne podejścia do wydobywania konturów w systemach czasu rzeczywistego. Metody pozwalają na rozwiązywanie szerokiej gamy problemów związanych z konturowaniem, które są wykorzystywane w wielu obszarach, w których konieczna jest segmentacja obrazu.

Literatura

1. Gonzalez R., Woods R. Cyfrowe przetwarzanie obrazu. M.: Tekhnosfera, 2005 S. 812-850.

2. Yane B. Cyfrowe przetwarzanie obrazu. M.: Technosphere, 2007.S 331-356.

3. Metody komputerowego przetwarzania obrazu / wyd. V.A. Soifer. M.: Fizmatlit, 2003 S. 192-203.

4. Pret U. Cyfrowe przetwarzanie obrazu. M.: Mir, 1982 S. 499-512.

5. Zobacz: http://www.cs.berkeley.edu/~jfc/

Adobe Photoshop to najpopularniejszy na świecie edytor zdjęć, który pozwala tworzyć naprawdę fajne rzeczy. Dziś dowiesz się, jak uzyskać z obrazu tylko jego kontur. Może się to przydać np. Przy tworzeniu kolorowania dla dziecka.

Proste rysunki, które nie mają skomplikowanych szczegółów, najłatwiej jest prześledzić za pomocą narzędzia Pióro. W ten sposób będzie szybciej i łatwiej. W przypadku obrazów z bardziej złożonymi szczegółami zakres prac jest nieco inny.

Instrukcja krok po kroku

1. Załaduj oryginalny obraz do programu Photoshop.

2. Teraz zacznijmy pracę z filtrami. Przejdź do menu „Filtr” - „Stylizacja” - „Wybierz krawędzie”.

Obraz będzie wyglądał następująco:

3. Teraz otwórz także menu „Filtr” i przejdź do „Szkic” - „Kserokopia”. Otworzy się okno, w którego prawej części należy ustawić parametry: „Detailing” - 9; Przyciemnianie - 5. Kliknij OK. Uwaga: w tym momencie nie jest konieczne ścisłe przestrzeganie instrukcji. Poeksperymentuj z detalami i wartościami odcieni, aby uzyskać najlepszy dla siebie wygląd.

4. Przejdź do Image\u003e Adjustments\u003e Brightness / Contrast i dostosuj suwaki, aż uzyskasz najlepsze wyniki.

Zapisz gotowy obraz na swoim komputerze w formacie JPEG. Jeśli stworzyłeś kolorowankę dla dziecka, po prostu wydrukuj obraz na drukarce.

Rysowanie linii, kształtów i zwierzątek dla dzieci. Rysuj punkt po punkcie, aby rozwijać umiejętności pisania.

Piękne pismo odręczne i udana nauka pisania zależy od prawidłowego używania ołówka, zręcznego nacisku i umiejętności rysowania linii o różnych kształtach. Zacznij od nauki rysowania linii i kształtów punktami, a następnie poproś dziecko o rysowanie i kolorowanie zwierząt punktami.

Rysuj punkt po punkcie, stopniowo rozwijając umiejętności

Rysowanie linii ołówkiem lub długopisem to doskonała praktyka, która pomaga ćwiczyć rękę w pisaniu, rozwijać małe mięśnie i nauczyć dziecko mocnego trzymania czegoś.

Kropkowana linia służy jako przewodnik i pomaga dziecku, ponieważ w każdej chwili możesz spowolnić tempo rysowania, zwiększyć lub zmniejszyć nacisk na ołówek, bez zepsucia rysunku, a zatem bez utraty zainteresowania.

Gdy tylko dziecko nauczy się rysować punktami linie, linie proste i wszelkiego rodzaju fale, przejdź do figurek, a następnie do zwierząt. Zaginanie przerywanych linii rozwinie Twoje umiejętności rysowania na tyle, aby rozpocząć naukę pisowni liter i cyfr.

Oferując dziecku drukowany materiał z obrazkiem, na którym chcesz coś narysować punkt po punkcie, najpierw poproś dziecko, aby narysowało linie palcem wskazującym prawej ręki (lub lewej, jeśli dziecko jest leworęczne). Następnie poproś go, aby narysował palcem, nie na prześcieradle, ale tak, jakby w powietrzu nad obrazem. Powtórz ćwiczenie kilka razy, a następnie wykonaj zadanie ołówkiem.

Kiedy Twoje dziecko nauczy się rysować ołówkiem, podaj mu długopis lub marker.

Zwróć uwagę na rysowanie na punktach zwierząt, nie odrywając dłoni od papieru.

Jak inaczej rozwijać zdolności motoryczne, oprócz rysowania punktami?

Jeśli z jakiegoś powodu Twoje dziecko nie jest zainteresowane materiałami do rysowania punkt po punkcie, możesz bawić się rozwijając umiejętności motoryczne w inny sposób.

Połącz ze sobą duże koraliki na sznurkach lub posortuj koraliki;
Przyklej duży arkusz papieru lub starą tapetę do ściany i poproś dziecko, aby narysowało na nim obrazki. Rysowanie na pionowej powierzchni wymaga więcej wysiłku, a pióra trenują szybciej;
Gdy Twoje dziecko jest już wystarczająco silne, aby trzymać w rękach małe rzeczy i nie puszcza ich, jeśli lekko pociągniesz, zacznij go uczyć wiązania sznurówek lub tkania warkoczy z dowolnych wstążek lub sznurków;
Jeśli czytasz gazety lub magazyny, daj dziecku marker i poproś, aby zakreślił wszystkie nagłówki;
Dobry chwyt między kciukiem a palcem wskazującym najłatwiej jest uzyskać, przesuwając fasolę, a nawet groch z jednej miski do drugiej, używając tylko dwóch palców zamiast całej dłoni.
Mroźne okna lub zamglone lustra w łazience to świetne miejsce do nauki rysowania palcem wskazującym.

Jeśli chcesz, możesz wykorzystać każdy ze sposobów rozwijania umiejętności motorycznych swojego dziecka w życiu codziennym, co pomoże mu nauczyć się pisać szybciej w przyszłości.

Obraz monochromatyczny, zarys

Pierwsza litera „c”

Druga litera „i”

Trzecia litera „l”

Ostatnia litera z buku „t”

Odpowiedź na pytanie „Jednokolorowy obraz konturowy”, 6 liter:
sylwetka

Alternatywne pytania krzyżówki dla słowa sylwetka

Kontur twarzy

m. fr. ujęcie z cienia, z bocznego zarysu twarzy

Wiersz M. Lermontowa

Obraz, kontur

Wycięty zarys tematu

Definicja sylwetki w słownikach

Słownik wyjaśniający języka rosyjskiego. D.N. Uszakow Znaczenie słowa w słowniku Słownik wyjaśniający języka rosyjskiego. D.N. Uszakow
sylwetka, m. Jednokolorowy obraz konturowy postaci ludzkiej na tle o innym kolorze, narysowany lub wycięty. transfer Mgliste zewnętrzne zarysy czegoś, widoczne w ciemności, mgle. Tu błysnęły światła, sylwetki chat. Czechowa. Od czasu do czasu ...

Wikipedia Definicja słowa w słowniku Wikipedii
Silhouette to jedna z wysp archipelagu Seszeli. Znajduje się na Oceanie Indyjskim, należy do stanu Seszele.

Słownik wyjaśniający żywego wielkiego języka rosyjskiego, Dal Vladimir Definicja tego słowa w słowniku Słownik wyjaśniający żywego wielkiego języka rosyjskiego, Vladimir Dal
m. fr. ujęcie z cienia, z bocznego konturu twarzy.

Słownik wyjaśniający języka rosyjskiego. S.I. Ozhegov, N.Yu.Shvedova. Znaczenie słowa w słowniku Słownik wyjaśniający języka rosyjskiego. S.I. Ozhegov, N.Yu.Shvedova.
-a, m. Jednokolorowy płaski obraz obiektu na innym tle. S. twarz z profilu. transfer Zarysy czegoś, widoczne w ciemności, mgła. S. pasma górskiego. Linie, kontury ubrań. Modne s. ubranie. przym. sylwetka, th, th.

Przykłady użycia słowa sylwetka w literaturze.

Myśliwce zaczęły wyraźniej współdziałać z artylerią przeciwlotniczą, operowały na wysokościach niedostępnych dla artylerii, wykorzystywały jasne tło nad celem, stworzone przez świecące bomby i śledzone na tym tle sylwetki nasz samolot, dał sygnał strzelcom przeciwlotniczym, aby przerwał ogień i ruszył do ataku.

W kierunku Anapy, na tle chmur, były już widoczne sylwetki ciężki samolot.

Strzała świsnęła mu nad uchem, kusznik wyładował broń na kręcone schody, które pojawiły się na sylwetka - mag już podniósł ręce, przygotowując się do rzucenia zaklęcia.

Starszy porucznik Arsenyev spojrzał znad peryskopu i przetarł oczy: marzył o jakimś świetle i ciemności sylwetki statki, ale od razu był przekonany o błędzie.

Stworzenia wysiadające ze statków były z nimi nie do wyobrażenia sylwetkispirale lub kwitnące kwiaty arum, z fioletowymi ciałami i główkami przypominającymi rozgwiazdy.

W tym artykule dowiesz się, jak malować pędzlem na podstawie utworzonych ścieżek.

Najpierw utwórz dokument, nie użyłem wypełnienia ani gradientu, ponieważ możesz to zrobić sam (mam nadzieję).

Za pomocą narzędzia Pióro (długopis)utwórz linię. Następnie, naciskając prawy przycisk myszy, wywołujemy dodatkowe menu, w którym wybieramy „Obrysuj ścieżkę” (Obrysuj ścieżkę).

Aby lepiej zrozumieć, narzędzie Pióro nie jest rysunkiem, ale jeśli obrysujemy linię pędzlem, w rzeczywistości jest to odpowiednik linii narysowanej pędzlem. Już samo narysowanie pięknej kreski pędzelkiem jest wystarczająco trudne, dlatego użyliśmy pióra. Więc menu Stroke.

Teraz wybierz Szczotkaczyli czym chcemy zakreślić naszą linię.

Znacznik wyboru Symuluj ciśnienieodpowiada za grubość linii. Jeśli zaznaczysz tę opcję, to przy moich parametrach pędzla linia będzie na początku cieńsza, potem zgęstnieje w kierunku środka, a pod koniec znów będzie cieńsza. Jeśli nie użyjesz tej opcji, linia będzie miała tę samą grubość, równą średnicy wcześniej określonego pędzla.

Więc oto co mam. Ponieważ nie potrzebujemy już krzywej utworzonej przez pióro, usuniemy ją - klikamy prawym przyciskiem myszy, wywołujemy dodatkowe menu, w którym wybieramy „Usuń kontur” (Usuń przebieg).