Телевидение Методические указания по выполнению лабораторной работы

Примеры решения задач
контрольной работы
Электротехника
Общая электротехника
Примеры решения задач
Физика
Методичка
Лекции и конспекты
Лабораторные работы
Телевидение лабораторные
Расширенный конспект лекций
по курсу «Физика»
Примеры решения задач по физике
Измерительные системы
Лекции по термодинамике
Двигатели внутреннего сгорания
Механика, термодинамика
Атомная энергетика
Атомные электрические станции
Описание реакторной установки
Реакторы типа РБМК-1000
Физические принципы атомной энергетики
Черчение
Инженерная графика
Сопромат
Выполнение курсовой работы по сопромату
Машиностроительное черчение
Архитектурные стили
Французский стиль в русской архитектуре
Искусство борокко
Готика Франции
Эпоха Возрождения
Романский стиль
Художественная роспись тканей
Ручная роспись тканей
Роспись тканей в Японии
Декоративное искусство Японии
Японские мотивы в тканях модерна
Холодный батик
Математика
Дифференциальные уравнения
Ряды
Интегралы
Примеры вычисления интегралов
Элементарная математика
Высшая математика -
лекции , примеры решения задач
Информатика
Информационная безопасность
Модели управления доступом
Разграничение доступа
Вычислительные комплексы
Учебник по информатике
Общие принципы построения
вычислительных сетей
Основы передачи дискретных данных
Базовые технологии локальных сетей
Построение локальных сетей по
стандартам физического
и канального уровней
Сетевой уровень
Глобальные сети
Средства анализа и управления сетями
Почтовые программы
Примеры скриптов на JavaScript
Примеры программирования на Java
Иллюстрированный самоучитель по Java

Лабораторная работа 12

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Цель работы: изучение алгоритмов цветовой фильтрации изображений и исследование методов обработки и количественного анализа цветных изображений.

Необходимой процедурой в процессе анализа и обработки цветных изображений является сегментация, представляющая собой операцию разбиения изображения на области, каждая из которых обладает заданными свойствами. В качестве таких характеристик используют значения координат цветности, поскольку они обладают инвариантностью к интенсивности освещения.

Если цветное неподвижное изображение описать функцией яркости , то в результате указанной процедуры происходит преобразование этой функции в функцию сегментированного изображения , причем последнее представляет собой конечное множество однородных по выбранному признаку областей в пространстве изображений.

Сегментация цветных изображений по цветовым признакам базируется на методе цветовой фильтрации [10], основанном на выделении из изображения элементов, цветность которых соответствует некоторой области в плоскости цветового графика m0n. При этом функция

соответствует бинарному изображению, отражающему пространственную структуру изображения с заданными цветовыми характеристиками, где  – число уровней квантования координат цветности ;  – элементарная область в признаковом пространстве – окно цветности.

Использование набора окон цветности, получаемых в результате квантования цветового пространства, позволяет с их помощью описать цветностной охват отдельного фрагмента или изображения в целом, представляющий собой проекцию гистограммы цветности на плоскость цветового графика, а также сформировать N бинарных изображений , каждое из которых несет информацию о геометрии фрагментов изображения с определенными цветовыми характеристиками.

Процесс комплексного анализа цветных изображений включает изучение их статистических характеристик путем измерения гистограмм цветности, регистрируемых в процессе сканирования изображения при сопоставлении текущих значений координат цветности с параметрами эталонных областей квантованного цветового графика. Гистограмма цветности характеризует частоту появления в анализируемом изображении элементов с различными значениями координат цветности и служит для получения данных о цветовом содержании анализируемых изображений.

Лабораторная установка

Лабораторная установка включает персональную ЭВМ PENTIUM, снабженную специальным программным обеспечением. В состав программного обеспечения включена оригинальная программа цветовой фильтрации, программа генерации аддитивного случайного шума, программа доступа к произвольному фрагменту изображения, а также к выбранной области на цветовом графике, сервисные программы вычисления координат цветности, статистических характеристик цветных изображений, гистограмм цветности, измерения площадей фрагментов изображений с заданными цветовыми характеристиками, банк тестовых и анализируемых изображений, записанных на жестком магнитном диске ЭВМ.

Программное обеспечение лабораторной установки обеспечивает работу в двух основных режимах: режиме цветовой фильтрации изображений и режиме измерения гистограммы цветности.

В первом режиме программа позволяет производить сегментацию изображений на основе цветовых признаков, которая осуществляется в соответствии с заданной областью или окном на цветовом графике (или на гистограмме цветности). Может быть задано окно прямоугольной формы, положение и размер которого выбираются оператором в интерактивном режиме. Кроме того, может быть сформировано окно сложной формы на основе предварительного обучения системы. Для реализации такого режима на введенном изображении указываются фрагменты, подлежащие анализу. Для этих фрагментов осуществляется регистрация гистограммы цветности, ненулевые значения которой и служат в дальнейшем элементами окна цветовой фильтрации. При реализации рассмотренного алгоритма сегментации осуществляется подсчет элементов изображения, принадлежащих выделяемой области. Количество выделенных элементов определяет площадь сегментированной части изображения. Значение этой площади в нормированных единицах выводится на экран монитора.

Второй режим работы предназначен для получения данных о цветовом содержании анализируемых изображений, что обеспечивается путем измерения гистограмм цветности. Программа позволяет определить гистограмму цветности как для изображения в целом, так и для отдельных фрагментов, положение и размер которых могут быть выбраны оператором в интерактивном режиме. При этом текущие границы каждого из выбираемых фрагментов отображаются на воспроизводимом на экране монитора анализируемом изображении.

Рассчитанная гистограмма цветности также отображается на экране монитора ЭВМ. Для такого отображения используется представление значений элементов гистограммы в виде яркостного рельефа. Максимальному по величине элементу гистограммы соответствует максимальная яркость отображения. Всего для представления гистограммы используется 64 градации яркости ахроматической шкалы.

Для настройки лабораторного макета и работы системы в режиме обучения используется набор тестовых изображений.

В процессе выполнения работы сервисное обслуживание программы обеспечивает студентов всей необходимой информацией о режимах исследований. Тестовые, анализируемые и обработанные изображения, измеренные характеристики, гистограммы цветности, представленные на цветовом графике, и т. п. контролируются студентами на экране дисплея.

Программа экспериментальных исследований

Перед выполнением лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с методическими указаниями и с соответствующими разделами рекомендованной литературы [12], [13].

В процессе выполнения работы необходимо:

1. Ознакомиться с сервисной программой исследования методов обработки и анализа цветных изображений.

2. Установить режим цветовой фильтрации изображений:

а) на тестовых изображениях продемонстрировать процедуру сегментации по цветности и представления цветного изображения в виде серии бинарных;

б) провести обработку изображений по п. 2, а) при минимальных размерах окон цветности, измерив их параметры;

в) ввести в изображение шум и провести исследования по п. 2, б) при разных отношениях сигнал/шум, построить зависимости размеров окон цветности от разного уровня шумов для фрагментов изображений, указанных преподавателем;

г) определить цветовые характеристики фрагментов изображений, указанных преподавателем, по результатам измерений провести фильтрацию по цветности всего изображения;

д) включить программу измерения геометрических характеристик и в режиме цветовой фильтрации измерить площади фрагментов изображений с заданными цветовыми параметрами (по заданию преподавателя).

3. Установить режим измерения гистограмм цветности:

а) на тестовых изображениях определить цветностной охват отдельных фрагментов и изображений в целом;

б) ввести в изображение шум и провести исследования по п. 3, а) при разном уровне шумов;

в) провести количественный анализ реальных цветных изображений (включенных в программу исследований), измерив гистограммы цветности указанных преподавателем фрагментов и изображений в целом;

г) исследовать статистические характеристики изображений, определив математическое ожидание и дисперсию цветовых параметров различных классов изображений по заданию преподавателя;

д) повторить эксперименты по п. 3, г) с зашумленными изображениями.

Полученные в процессе выполнения работы экспериментальные результаты оформляются в виде отчета, анализируются и формулируются выводы.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Телевизионный осциллограф

Помимо возможностей, предоставляемых обычными универсальными осциллографами, ТВ-осциллограф позволяет:

наблюдать осциллограмму отдельного участка ТВ-сигнала при выборе (выделении) этого участка пользователем;

индицировать (подсвечивать) в виде яркостной отметки на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ) участок изображения, сигнал которого наблюдается на осциллографе.

Телевизионный осциллограф представляет собой универсальный широкополосный осциллограф с дополнительным устройством выбора телевизионной строки – блоком выделения строки (БВС) [6].

При исследовании ТВ-сигнала БВС должен быть включен. На экране осциллографа отображается осциллограмма какого-либо участка ТВ-сигнала, подаваемого на вход Y осциллографа. Одновременно осциллограф формирует импульс подсвета, который подается на специальный вход ВКУ. Этот импульс создает на экране ВКУ яркостную отметку – участок строки, целую строку или группу строк с повышенной яркостью. Наблюдаемая осциллограмма соответствует выделенному (подсвеченному) участку изображения.

При исследовании видеосигнала возможен выбор поля, выбор строки, выбор участка видеосигнала в пределах одной строки, изменение длительности выделяемого участка видеосигнала.

Выбор поля (нечетное, четное) осуществляется установкой переключателя "ПОЛЕ" в положение 1 или 2 соответственно. При установке переключателя в положение 1+2 происходит наложение осциллограмм соседних строк четного и нечетного полей.

Выбор строки (перемещение в направлении поперек строк) осуществляется соответственно малой и большой ручками сдвоенного потенциометра "ВЫБОР СТРОКИ". Номер выбранной строки индицируется на трехразрядном электронном табло. При этом строки нумеруются не в порядке расположения в растре, а в порядке их построения, т. е. строки нечетного поля имеют номера от 1 до 312, а строки четного поля – от 313 до 625.

Выбор положения исследуемого участка видеосигнала относительно начала строки (перемещение вдоль строки) осуществляется ручкой потенциометра "ЗАДЕРЖКА".

Изменение длительности выделяемого участка видеосигнала осуществляется изменением длительности развертки: большой ручкой сдвоенного переключателя "ВРЕМЯ/СМ" производится дискретное изменение длительности, а малой ручкой "ПЛАВНО" – плавная регулировка длительности развертки в небольших пределах и установка калиброванного коэффициента развертки.

Кнопка "R-B" позволяет осуществлять запуск развертки осциллографа от "красной" или "синей" строки при исследовании цветного ТВ-сигнала системы СЕКАМ-3б. При этом БВС должен быть отключен.

При исследовании ТВ-сигнала используется ждущий режим запуска развертки осциллографа; при этом возможна синхронизация развертки либо селекторным импульсом, поступающим с БВС, либо внешними синхроимпульсами строк и полей.

Возможны следующие способы синхронизации осциллографа при запуске развертки селекторным импульсом с БВС:

синхронизация от исследуемого видеосигнала; переключатель вида синхронизации в положении "ВИДЕО БВС", "1" или "2/1";

синхронизация внешним синхросигналом, подаваемым на вход внешней синхронизации 1 или 2; переключатель вида синхронизации в положении "ВИДЕО БВС", "ВНЕШН.1" или "ВНЕШН.2" соответственно;

синхронизация внешними синхроимпульсами строк и полей; переключатель вида синхронизации в положении "ВИДЕО БВС", "С+П".

Также возможен непосредственный запуск развертки осциллографа внешними синхроимпульсами строк или полей. Переключатель вида синхронизации при этом находится в положении "С" или "П" соответственно. Выбор полярности синхросигнала осуществляется переключателем "+/–". Другие органы управления и их использование являются общими для всех универсальных осциллографов [14].

Физика, электротехника решение задач