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prog2:processamento_de_imagens

Processamento de Imagens

O processamento digital de imagens usa intensivamente vetores e matrizes. Uma imagem é geralmente representada como uma matriz de pixels, onde cada pixel é descrito por um ou mais valores inteiros que indicam seus níveis de cor ou de luminosidade. Por isso, processar imagens é uma ótima forma de exercitar o uso de matrizes.

O formato PGM

Para facilitar a leitura e escrita dos arquivos de imagem, neste projeto será adotado o formato de imagem Portable Gray Map (PGM), um formato de imagem em níveis de cinza bem simples e fácil de ler/escrever. Boa parte dos programas de tratamento de imagens reconhece o formato PGM.

Eis um exemplo de imagem no formato PGM:

feep.pgm
P2
# this is a PGM image
24 7
15
0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
0  3  3  3  3  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15 15 15 15  0
0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0 15  0
0  3  3  3  0  0  0  7  7  7  0  0  0 11 11 11  0  0  0 15 15 15 15  0
0  3  0  0  0  0  0  7  0  0  0  0  0 11  0  0  0  0  0 15  0  0  0  0
0  3  0  0  0  0  0  7  7  7  7  0  0 11 11 11 11  0  0 15  0  0  0  0
0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0

Existem duas variantes do formato PGM: PGM plain (P2) e PGM raw (P5); ambas devem ser lidas pelos filtros implementados neste projeto. Mais detalhes sobre essas variantes podem ser obtidas nesta página.

Alguns exemplos de imagens no formato PGM para usar no projeto:

Filtros de imagem

Este projeto visa construir filtros simples para imagens digitais em níveis de cinza, no formato PGM (P2 e P5) com pixels de 8 bits (1 byte).

Filtro negativo

O filtro negativo consiste em converter cada pixel da imagem em seu complemento. Sendo max o valor máximo para um pixel na imagem, o complemento de um pixel com valor v seria max-v.

Forma de chamada:

pgmnega -i input -o output

Exemplo de entrada e de saída:

Filtro de rotação livre

O filtro de rotação gira uma imagem em um ângulo θ (>0) no sentido horário, em relação ao seu centro (vide rotação de imagens 2D).

Requisitos:

  • O tamanho da imagem de saída deve ser ajustado para não cortar os cantos da imagem.
  • Os espaços vazios gerados pela rotação devem ser preenchidas com a cor branca.
  • O ângulo de rotação é informado pela opção -a; se não for informado, por default θ = 90º.

Forma de chamada:

pgmrotacao -a N -i input -o output

Exemplo de entrada e de saída para θ = 30º:

Filtro LBP (Local Binary Patterns)

LBP (Local Binary Patterns) ou Padrões Binários Locais, é um descritor de textura muito utilizado em algoritmos de reconhecimento de imagens. O funcionamento desse filtro é simples: para cada pixel de uma imagem com 256 níveis de cinza, seleciona-se uma vizinhança de 8 pixels. O valor LBP é então calculado para o pixel central e armazenado na imagem destino, que possui as mesmas dimensões da imagem original.

Para o cálculo do LBP de um pixel, usa-se uma máscara com valores 2n, com n = {0, …, 7}, ou seja: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128. O exemplo abaixo ilustra o cálculo de LBP para o pixel com valor 6:

Cálculo de LBP

Considere o pixel central com valor 6 e seus oito vizinhos na imagem (a). O valor do pixel central é utilizado como limiar e todos os pixels com valor de intensidade maior ou igual a ele recebem 1, caso contrário, 0 (b). Esses valores são então multiplicados pela máscara (c ), resultando então nos valores apresentados em (d). O valor LBP do pixel 6 é dado pela soma desses valores, ou seja LPB = 1+8+32+128 = 169. Note que essa codificação garante valores LBP entre 0 e 255.

Forma de chamada:

pgmlbp -i input -o output

Exemplo de entrada e de saída:

LBP inputLBP output

Atividade

  • Implementar os filtros acima definidos como arquivos e comandos separados. Exemplo: o filtro de negativo deve ser implementado em um arquivo pgmnega.c que gera um executável pgmnega. Respeite os nomes dos executáveis indicados nas descrições acima!
  • Os filtros devem aceitar como entrada imagens no formato PGM (P2 e P5, plain e raw) e devem gerar como saída imagens no mesmo formato da entrada.
  • O formato PGM permite definir imagens com pixels de 8 ou 16 bits. Para este trabalho, considere somente imagens com pixels de 8 bits (todas as imagens fornecidas como exemplo têm pixels de 8 bits).
  • As rotinas comuns (leitura/escrita de arquivos, tratamento da linha de comando, etc) devem ser implementadas em arquivos separados, cujos cabeçalhos são incluídos nos arquivos de implementação dos filtros.
  • Sempre que possível, as informações da imagem necessárias às funções devem ser transferidas como parâmetros (por valor ou por referência, dependendo da situação). Minimizar o uso de variáveis globais.
  • Use alocação dinâmica de memória para as imagens, para poder processar as imagens maiores. Só aloque a memória após encontrar o tamanho da imagem.
  • Construir um Makefile para o projeto:
    • Ao menos os alvos all (default), clean e purge.
    • CFLAGS = -Wall
    • Compilar e ligar separadamente (gerar arquivos .o intermediários)
  • O que deve ser entregue ao professor:
    • arquivos .c e .h
    • arquivo Makefile
    • não enviar as imagens de teste m(

Uso de arquivos

  • A opção -i indica o nome do arquivo de entrada; se não for informado, deve-se usar a entrada padrão (stdin).
  • A opção -o indica o nome do arquivo de saída; se não for informado, deve-se usar a saída padrão (stdout).
  • Todas as mensagens de erro devem ser enviadas para a saída de erro (stderr).

Essas opções podem ser usadas em qualquer combinação, ou seja:

// entrada e saída em arquivos
pgmmediana -i inputfile.pgm -o outputfile.pgm
pgmmediana -o outputfile.pgm -i inputfile.pgm

// entrada em arquivo, saída em stdout, vice-versa ou ambos
pgmmediana -i inputfile.pgm > outputfile.pgm
pgmmediana -o outputfile.pgm < inputfile.pgm
pgmmediana < inputfile.pgm > outputfile.pgm

// as opções podem estar em qualquer ordem
pgmmediana -m 5 -i inputfile.pgm -o outputfile.pgm
pgmmediana -i inputfile.pgm -m 5 -o outputfile.pgm
pgmmediana -o outputfile.pgm -i inputfile.pgm -m 5

Estrutura do código-fonte

O código-fonte deve ser estruturado em arquivos .c e .h que agrupem as diversas funcionalidades. A figura abaixo traz uma uma sugestão de estrutura para o código-fonte (as setas correspondem a includes):

prog2/processamento_de_imagens.txt · Última modificação: 2019/10/29 16:52 por maziero