15.3  ÚPRAVY GEOMETRIE OBRAZŮ

Před zpracováním obrazu je nejdůležitější upravit obraz tak, aby vyhodnocovaná část byla ve správné poloze, aby jednotlivé objekty byly tvořeny dostatečným počtem bodů a aby obraz neobsahoval nadbytečné a často neestetické části. Tyto cíle lze dosáhnout otočením obrazu, změnou měřítka obrazu, ořezáním obrazu a posunutím části obrazu. Při aplikaci různých algoritmů pro úpravu kvality obrazů, ale i při aplikaci algoritmů pro identifikaci objektů či jiných informací z obrazů je třeba obvykle používat také dočasné ořezání obrazu, a to definováním oblastí či oken dočasně umožňujících uvedené úpravy. Mezi geometrické úpravy obrazů lze řadit také změnu perspektivy obrazu a řadu dalších funkcí, které však zde nebudou podrobně rozebrány.

Otočení obrazu

Otočení obrazu je důležitou funkcí, jelikož se obvykle při experimentu nepodaří ustavit kameru tak, aby požadovaný horizontální či vertikální směr byl skutečně horizontální, či vertikální. Otočení obrazu o libovolný úhel představuje transformaci

(15-1)

kde x, y jsou souřadnice původního bodu, x', y' souřadnice otočeného bodu a a úhel otočení. Úhel může být zadán buď udáním hodnoty a, nebo zadáním sklonu úsečky, která má být po otočení horizontální či vertikální. V případech kdy a = 90°, a = 180°, a = 270°, lze pouze vhodným způsobem zaměnit horizontální souřadnice za vertikální a naopak. Zvláštním případem otočení je zrcadlové převrácení obrazu podle horizontální nebo vertikální osy.

Otočení na nespojitých digitálních obrazech může způsobovat jev zvaný alias (obdoba moaré), který vzniká nepřesným přepočtem souřadnic bodů při aplikaci funkce otočení a díky rastru obrazových bodů, viz obr. 15-1. Ve výsledném obraze tak mohou vznikat efekty, které se v původním obraze nevyskytovaly, což může mít vliv na jeho vyhodnocování. Po inverzní transformaci navíc nemusí vzniknout původní obraz.

 

Obr. 15-1 Otočení obrazu s horizontální osnovou proužků o malý úhel

Změna měřítka obrazu

Změna měřítka obrazu znamená přepočtení intenzit bodů v obraze v poměru daném výsledným rozměrem obrazu n a původním rozměrem obrazu m. Intenzita výsledného i-tého bodu b[i] není závislá pouze na intenzitě a[i] jednoho původního i-tého bodu obrazu, ale je složena z intenzit více blízkých bodů. Přepočet intenzit je třeba provést dvakrát, a to v horizontálním a vertikálním směru. Algoritmus pro změnu měřítka obrazu v jednom směru (v programovacím jazyku Delphi) je následující:

 

  s := n/m; pom := 0; i := 1; j := 1;
  p := a[i]; inseg := 1; outseg := 1/s;
  while i < m+1 do
     begin
        if inseg <= outseg then
           begin
             pom := pom + p * inseg; outseg := outseg - inseg;
             inseg := 1; inc(i); p := a[i];
            end 
        else
           begin
             pom := pom + p * outseg; inseg := inseg - outseg; outseg  := 1/s;
             b[j] := pom * s; pom := 0;
           end;
     end;
  b[j] := pom * s;

 

Obr. 15-2 Moaré obrazce při nedostatečném počtu obrazových bodů (interferogram tepelné mezní vrstvy u vertikální stěny s počty obrazových bodů 100 x 160, 50 x 80 a 25 x 40)

Změna měřítka obrazu umožní získat např. obraz s větším počtem bodů, čímž se zvětší i počty bodů na zobrazení jednoho objektu v obraze. Algoritmy pro identifikaci objektů mohou pak obvykle pracovat spolehlivěji. Podobně jako v případě otočení obrazu, může dojít i zde k jevu zvanému alias, který v tomto případě nedostatečným vzorkováním původního obrazu způsobí nežádoucí moaré obrazce v místech hustých proužků, viz obr. 15-2.

Ořezání obrazu

Velmi užitečnou funkcí pro zlepšení kvality obrazů je ořezávání. Umožní odstranit přebytečné a často i neestetické části obrazů, které vznikají při záznamu experimentu nebo také při úpravách obrazu. Při záznamu experimentu mají fotoaparáty či kamery obvykle pevný poměr mezi šířkou a výškou obrazu, což nemusí odpovídat našim požadavkům, navíc je vhodné zaznamenat obraz vždy o něco větší, abychom s jistotou zachytili sledovaný jev. Při úpravách obrazu je pak často nutné obraz mírně pootočit, čímž dojde k dalším ztrátám informací na jeho okrajích.

Při ořezávání se z původního obrazu vezme pouze jistý výřez. Ořezání podle obdélníku představuje kopírování všech bodů, které se v tomto obdélníku nacházejí postupně do výsledného obrazu. V literatuře [4-17] se lze setkat také s ořezáním podle obecnějších útvarů (zejména polygonů), ale tyto úpravy obvykle není třeba aplikovat při zpracování vizualizačních experimentů.

Posunutí části obrazu

Posunutí části obrazu (dočasně definované oblasti) představuje přemístění této části z jedné pozice do druhé. Po přemístění může zůstat na původním místě původní část obrazu, nebo aktuální barva pozadí. Bod z dané části obrazu o souřadnicích x, y je posunut přičtením délek Lx, Ly do bodu o nových souřadnicích

(15-2)

Definování dočasných oblastí v obraze

Definování dočasných oblastí v obraze umožňuje aplikaci algoritmů pro úpravu kvality obrazů (globálních i lokálních) a algoritmů pro identifikaci objektů či jiných informací z obrazů jen na tyto dočasně definované oblasti (okna). Po provedení příslušných úprav obrazů či identifikaci objektů v obraze lze tyto dočasné oblasti opět zrušit. Tyto oblasti mohou být buď vnitřní (úpravy obrazu či vyhodnocení se může provádět pouze uvnitř oblastí) anebo vnější (úpravy obrazu či vyhodnocení se může provádět pouze vně těchto oblastí). Z hlediska tvaru bývají oblasti: