DİJİTAL GÖRÜNTÜ İŞLEME Y. Doç. Dr. Esra Tunç Görmüş Doç. Dr. Oğuz Güngör & Y. Doç. Dr. Esra Tunç Görmüş Karadeniz Teknik Üniversitesi Harita Mühendisliği Bölümü 61080 Trabzon ogungor@ktu.edu.tr, etunc@ktu.edu.tr 15/02/16 1

Icerik Dersler: Web Sitesi: http://aves.ktu.edu.tr/etunc/dokumanlar Pazartesi 15:00 – 17:00 Pazartesi 20:00 – 22:00 Web Sitesi: http://aves.ktu.edu.tr/etunc/dokumanlar Haftalik slaytlar bu adreste olacak E-mail: etunc@ktu.edu.tr 15/02/16 2 2

Referans Kitap “Digital Image Processing”, Rafael C. Gonzalez & Richard E. Woods, Addison-Wesley, 2002 Internetten “Goruntu Isleme” konusunda bulabileceginiz hersey 3

Bu Dersin Icerigi Bugunku dersimizde : Dijital goruntu nedir? Digital gorunut isleme nedir? Dijital goruntu islemenin gecmis hikayesi Gunumuzde kullanilan dijital goruntu islemeye ornekler Dijital goruntu islemenin ana asamalari 4

Dijital Görüntü Nedir? 15/02/16 5

“Bir resim bin kelimeye bedeldir...” Giris “Bir resim bin kelimeye bedeldir...” Anonim 15/02/16 6 6

Dijital Görüntü Dijital kamera veya tarayıcı ile üretilen ve bilgisayar monitöründe açıp izlediğimiz görüntülere dijital görüntü diyoruz Dijital görüntüdeki detaylar film üzerine basılmış görüntü veya kalemle yapılmış bir resimdeki gibi sürekli değildir. Sözkonusu görüntüdeki detaylar yan yana sıralanmış çok küçük kare şeklindeki elemanların birleşiminden oluşmuştur ve aslında sürekli değil kesiklidir. Bu çok küçük karelere piksel adı verilir Piksel ingilizce ‘picture elements = pixel’ kelimelerinin kısaltılarak birleştirilmesi sonucu üretilmiş bir kelimedir Dijital görüntü aslında gerçek yeryüzüne ait renkli bir resmin sayısal bilgisayar verisine dönüştürülmüş halidir. Her piksel bir sayıya karşılık gelir. 15/02/16 7

Mozaikler yakından incelendiğinde tıpkı dijital bir görüntü gibi küçük küçük karelerden oluştuğu görülür 15/02/16 8

Dijital bir görüntü 10 kez yaklaştırıldığında her bir piksel net bir şekilde görülür hale gelmiş 15/02/16 9

Dijital Görüntü nedir? Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) Bir dijital görüntü, iki boyutlu goruntunun sonlu sayida ki dijital degerleri ile – pikseller ile temsil edilmesidir. Real world is continuous – an image is simply a digital approximation of this. 10

Uzaktan algılamada piksel bir resimde hem konumsal hem de spektral (renk) özellik taşıyan en küçük elemandır. Konumsal özellik pikselin yeryüzünde temsil ettiği alanı tanımlar Spektral özellik ise belli bir bant için sensöre ulaşan enerjinin yoğunluğunu temsil eder Bir Piksel 15/02/16 11

Tarama Satırı Tarama Yönü Sensör tarama yönünde hareket ettikçe yan yana pikseller oluşmaya başlar 15/02/16 12

Sütunlar Satırlar Yan yana ve alt alta sıralanan pikseller sütunları ve satırları oluşturur. Satırlar ve sütunlar da sayısal bir görüntüyü oluşturur Sayısal Görüntü 15/02/16 13

Çok bantlı görüntü 1 2 3 4 Bantlar 5 6 7 sütün 2 3 satır 4 Bantlar 5 6 7 Bir multispektral görüntü n satır m sütün ve k banttan oluşur 15/02/16 14

sütun satır Tek bir piksel Gri değerler 15/02/16 15

İlk dijital görüntüler sadece siyah ve beyaz renklerden oluşmaktaydı. 0 siyah renge, 1 ise beyaz renge karşılık gelmekteydi. Dolayısıyla bir piksel 0 değerine sahipse siyah, 1 değerine sahipse beyaz olarak görüntülenmekteydi. 0 ve 1 BITS (yani BI-nary digi-TS) ile ifade edilir ve ikilik sayı sistemini oluşturur. Bu yüzden sadece 0 ve 1 lerden oluşan bu şekildeki görüntülere bit-map de denir. Kaynak: http://www.modernimaging.com/bit_depth.htm 15/02/16 16

1 bit görüntüde pikseller iki farklı renkten (siyah ve beyaz) oluşur 2 bit görüntüde pikseller 0~3 aralığında 4 farklı gri tondan oluşabilir. 22 = 4 4 bit bir görüntüde pikseller 0~15 aralığında 16 farklı gri tondan oluşabilir 24 = 16 8 bit bir görüntüde pikseller 0~255 aralığında 256 farklı gri tondan oluşabilir 28 = 256 15/02/16 17 Kaynak: http://www.modernimaging.com/bit_depth.htm

Örnek bir sayısal görüntü 8 bit bir görüntü 15/02/16 Kaynak: Levin N., 1999. Fundamentals of Remote Seensing, 18

Piksel degerleri genelde gri seviyesini, yogunlugu, matligi (opacity) ve renkleri temsil ederler. Dijital goruntunun, gercek goruntunun yakinsamasi oldugunu Sayisallastirma bize gostermektedir. Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 1 pixel 19

Peki bu rakamlar nasıl oluşturulur? 135 100 160 65 78 98 85 141 92 15/02/16 20

CİSİMLER UZAKTAN NASIL ALGILANIR? http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/optical.htm#pan 15/02/16 21

Elektromanyetik spektrum kabaca bölümlere ayrılmıştır 15/02/16 22

15/02/16 23

Değişik Nesnelerin Farklı Bantlardaki Spektral Yansımaları 15/02/16 24

CCD Chip CCD chipler nesnelerden yansıyan ışığı (elektromanyetik enerjiyi) gelen enerjinin yoğunluğuna bakarak 0-2^n arasında rakamlara dönüştürür 3 Megapiksel bir CCD kamerada 2048X1536 çok küçük hücre veya sensör veya algılayıcı var. (Başka bir deyişle 3145728 adet) 15/02/16 25

Genel goruntu formatlari : Nokta basina 1 ornek (Siyah-Beyaz yada Gri) Nokta basina 3 ornek (Kirmizi, Yesil , Mavi) 26

Pankromatik Görüntü Pankromatik sensör çok geniş bant aralığındaki radyasyona duyarlıdır ve tek bant görüntü üretir. Eğer pankromatik görüntünün duyarlı olduğu dalga boyu aralığı görülebilir spektrumla örtüşüyorsa elde edilen görüntü uzaydan çekilen siyah beyaz bir görüntüye benzer. Pankromatik görüntü oluşturulurken fiziksel olarak ölçülen şey hedefin parlaklık değeridir. Bu nedenle renk bilgisi içermez. (zaten siyah-beyazdır.) 15/02/16 27

IKONOS pankromatik sensör aktif olarak 530 nano metre ile 930 nano metre dalga boyu aralığındaki enerjiyi algılayarak görüntüye çevirir. 15/02/16 http://www.geoeye.com 28

Multispektral görüntü sütün satır 1 2 3 4 5 6 7 Bantl ar http://www.geoeye.com Bir multispektral görüntü n satır m sütün ve k banttan oluşur 15/02/16 29

Mavi = Band 1, Yesil = Band 2, Kirmizi = Band3 Band 1 (Mavi) Band 4 (Kizil Otesi) 15/02/16 30 Mavi = Band 1, Yesil = Band 2, Kirmizi = Band3 Mavi = Band 1, Yesil = Band 2, Kirmizi = Band4

AVIRIS – Hiperspektral Görüntü 224 Spektral bant aynı anda çekilir 15/02/16 31

Dijital Goruntu Isleme Ne Demektir? Dijital goruntu isleme iki ana is uzerinde odaklanmaktadir Insanlarin algilamasi ve yorumlamasi icin resim uzerindeki bilginin iyilestirilmesi Depolama, iletim ve makineler iyi algilasin diye goruntu verisinin islenmesi Goruntu islemenin nerede bittigi ve goruntu analizi ve bilgisayar ile gorme gibi diger alanlarin nerede basladigi ile ilgili tartismalar olmaktadir. 32

Dijital Goruntu Isleme Ne Demektir? Goruntu Isleme'den Bilgisayar ile Gorme'ye kadar ki alani dusuk, orta ve yuksek diye uc seviyeye ayirabiliriz. Dusuk Seviye Islemi Input: Goruntu Output: Goruntu Examples: Gurultu gidermek, goruntu keskinlestirmek Orta Seviye Islemi Input: Goruntu Output: Ozellikler Examples: Object recognition, segmentation Yuksek Seviye Islemi Input: Ozellikler Output: Anlama Examples: Ekran anlama, otomatik navigasyon Give the analogy of the character recognition system. Low Level: Cleaning up the image of some text Mid level: Segmenting the text from the background and recognising individual characters High level: Understanding what the text says Bu derste burada duracagiz 33

Dijital goruntu islemenin gecmisi Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 1920'lerin basi: dijital goruntunun ilk uygulamalarindan biri gazetelerdeydi- kagit sanayisi The Bartlane Kablo Iletim Servisi Goruntuler Londra ve New York arasinda deniz altinda ki kablolar tarafindan tansfer ediliyordu. Resimler kablolardan iletilirken kodlaniyor ve iletildikten sonra diger tarafta ki telegraf yazici tarafindan yeniden yazdiriliyorlardi Eski dijital goruntu 34

Dijital goruntu islemenin gecmisi Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 1920'lerin ortasinda sonuna kadar : Bartlane Sistemin gelismesi ile daha yuksek kaliteli gorunutlere gecildi Fotografik yontemlere dayali yeni uretim islemleri gelistirildi Yeniden uretilen resimlerin gri-ton sayisi artti Early 15 tone digital image Improved digital image 35

Dijital goruntu islemenin gecmisi Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 1960'lar: Bilgisayar teknolojisindeki gelismeler, ve sonrasinda uzay yarislarinin baslamasi dijital goruntu islemede islerin aniden artmasina neden olmustur. 1964: Bilgisayarlar, Ranger 7 tarafindan cekilen ayin resimlerinin kalitesini artirmak icin kullanilmistir Aya inisten dakikalar sonra Ranger 7 tarafindan cekilen resimler. 36

Dijital goruntu islemenin gecmisi Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 1970'ler: Dijital goruntu isleme medikal uygulamalarda kullanilmaya baslandi 1979: Sir Godfrey N. Hounsfield & Prof. Allan M. Cormack kesfettikleri tomografi ve arkasinda kosan Computarised Axial Tomography (CAT) rontgen teknolojisi icin, tip alaninda nobel odulunu paylastilar, Typical head slice CAT image 37

Dijital goruntu islemenin gecmisi 1980s - Bugun: Dijital gorunutu isleme tekniklerinin kullanilmasi patladi ve artik her turlu alanda her turlu islerde kullanilmaktadir. Goruntu zenginlestirme/iyislestirme Artistik effektler Medikal goruntuleme Endustriel gozden gecirme/denetim Kanunlarin uygulanmasi Insan bilgisayar arayuzlerinde 38

Ornekler: Goruntu Zenginlestirme Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) En cok kullanilan tekniklerden birkaci: kalitenin artirilmasi, gurultu gidermek vs.. 39

Ornek: Hubble Teleskopu 1990'da firlatildi, cok uzak nesnelerin resimlerini cekebiliyor Ancak yanlis takilan lens Hubble'in bir cok resimlerini kullanilmaz yapti Goruntu isleme yontemleri ile bu goruntuler duzeltildi. 40

Ornekler: Artistik Effektler Artistik effektler gorunutleri gorsel olarak daha cekici yapmak icin, ozel efektler koymak icin ve karisik goruntuler yapmak icin kullanilmaktadir. 41

Original MRI Image of a Dog Heart Ornekler: Medikal Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) Kopek kalbinin MRI rontgeninden bir kesit al ve farkli dokular arasindaki sinirlari bul. Goruntudeki gri seviyeler doku yogunlugunu temsil ediyor, Kenarlari daha iyi bulabilmek icin uygun filtreler kullaniliyor Original MRI Image of a Dog Heart Edge Detection Image 42

Ornekler: GIS Cografi Bilgi Sistemleri Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) Cografi Bilgi Sistemleri Dijital goruntu isleme teknikleri uydu goruntulerini islemek icin surekli kullanilmaktadir Yeryuzu siniflandirilmasiTerrain classification Meteoroloji 43

Ornekler: GIS Dunyanin gece isiklari Insan yerlersiminin global hesabi- envanteri Ve bu veriyi analizlerinde kullanan diger uyglamalar Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 44

Ornekler: Endustriyel Denetim Operatorler pahalli, yavas ve guvensiz olabiliyorlar, Insanlarin yerine makinalar yapilmaya baslanildi Endustriyel gozleme sistemleri her turlu endustri isinde kullanilmaya basladi Peki onlara guvenebilir miyiz?? Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 45

Ornekler: PCB Denetimi Basilmis Devre kartlarinin (Printed Circuit Board (PCB)) Denetimi Kartlarin uzerinde olmasi gereken bilesenleri ve kaynak noktalari, makina karari kullanilarak kontrol ediliyor. Hem geleneksel hem de X-Isini ile goruntuleme kullanilmaktadir. 46

Ornekler: Kanun uygulama Goruntu isleme teknikleri kanun koyucular tarafindan surekli kullanilmaktadir Plaka okuma sistemleri hiz kameralari tarafindan kullanilmaktadir Parmak izi tanima CCTV goruntulerin iyilestirilmesi vs.. Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) 47

Ornekler: Insan Bilgisayar Arayuzleri Insan bilgisayar sistemlerini daha dogal yapabilmek icin DGI (Dijital goruntu isleme) kullanilmakta Yuz tanima Ifade/hareket/duygu (gesture) tanima “Azinlik raporu” (minoity report) filminde ki arayuz gibi... 48

DGI Ana Adimlari: Goruntu elde etmek Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek 49

DGI Ana Adimlari: Goruntu zenginlestirme Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Goruntu restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Morfolojik Isleme Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Bolutleme Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Nesne Tanima Images taken from Gonzalez & Woods, Digital Image Processing (2002) Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Temsil etmek ve Aciklamak Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

DGI Ana Adimlari: Goruntu Kompres Etmek Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres Etmek

DGI Ana Adimlari: Renkli Goruntu Isleme Goruntu Restorasyonu Morfolojik Isleme Goruntu Zenginlestirme Bolutleme (Segmentation) Goruntu Elde Etmek Nesne Tanima Temsil etmek ve Aciklamak Problem Ortami Renkli Goruntu Isleme Goruntu Kompres etmek

Ozet Su ana kadar: Dijital goruntu nedir? Digital gorunut isleme nedir? Dijital goruntu islemenin gecmis hikayesi Gunumuzde kullanilan dijital goruntu islemeye ornekler Dijital goruntu islemenin ana asamalari Bir sonra ki dersimizde bunlarin nasil islendigine bakacagiz. TESEKKURLER 58