Grafika komputerowa - Punktowe, kontekstowe i morfologiczne przekształcenia map bitowych

1. Przekształcenia punktowe to takie przekształcenia graficzne, w których nowa wartość piksela wyznacza się na podstawie dotychczasowej wartości tego piksela - czyli niezależnie od wartości pikseli sąsiadujących. Nie wprowadzają one żadnych nowych informacji do obrazu, polepszają tylko ich prezentację. 

2. Przekształcenia punktowe wykorzystuje się m.in. przy:

• korekcji histogramu
• kształtowaniu krzywej tonalnej
• zmianie kontrastu, jasności i współczynnika gamma
• zmianie barwy i nasycenia
• binaryzacji

3. Histogram to wykres słupkowy z informacją o rozmiarach obszarów jasnych i ciemnych na zdjęciu (rozkład tonalny). Na histogramie można realizować zależności z krzywej tonalnej opisane funkcjami liniowymi. Realizowane jest to poprzez przemieszczanie histogramu.

4. Przekształcenia kontekstowe to takie przekształcenia, w których do wyznaczenia wartości jednego piksela obrazu należy wykonać obliczenia z wykorzystaniem wielu pikseli obrazu źródłowego. W obliczeniach wykorzystuje się piksele z otoczenia wyliczanego piksela. To przekształcenie w odróżnieniu od przekształceń punktowych w sposób istotny zmieniają geometrię obrazu.

Wykorzystuje się je m.in. przy:

• tłumienie w obrazie niepożądanych cech
• wzmacnianie w obrazie pożądanych cech
• poprawienie jakości obrazu
• usuwanie elementy z obrazu
• rekonstrukcja fragmentów obrazu
• wykrywaniu krawędzi

Kontekstowa filtracja obrazu dzieli się na 

• liniową (dolnoprzepustowa - uśredniają różnice, osłabiają w obrazie obszary o wysokich częstotliwościach czyli rozmywają obraz; górnoprzepustowa - uwypuklają różnice, wzmacniają w obrazie obszary o wysokich częstotliwościach)
• nieliniową (filtry: medalionowe, minimalne, maksymalne, logiczne, adaptacyjne)

5. Filtrowanie morfologiczne różni się od filtrowania punktowego i kontekstowego tym, że dany piksel obrazu nie jest modyfikowany zawsze, ale tylko wtedy, gdy spełniony jest podany warunek logiczny. Wykonywane są często w sposób iteracyjny, do momentu gdy spełniony będzie zadany warunek logicznego lub gdy w przetwarzanym obrazie nie występują już żadne zmiany. Stosuje się do przetwarzania, analizie i rozpoznawaniu i klasyfikowaniu obrazów. Wadą jest duża złożoność obliczeniowa. Przekształcenia morfologiczne wykorzystują element strukturalny, dla którego określany jest punkt środkowy oraz zbiór punktów otaczających.

Realizacja przekształcenia morfologicznego:

1. Do każdego piksela obrazu przyporządkowuje się element strukturalny, który ma wyróżniony punkt centralny i kształt

2. Sprawdzana jest zgodność z elementem strukturalnym pikseli rozmieszczonych w otoczeniu analizowanego piksela

3. W przypadku stwierdzenia zgodności wykonywana jest dla danego przekształcenia operacja według funkcji przynależności związanej z danym elementem strukturalnym określona operacja polegająca na zmianie koloru piksela

4. Wynik jest przedstawiany w postaci nowej bitmapy

6. Podstawowe przekształcenia morfologiczne dla obrazów binarnych - morfologia binarna:

• erozja (eliminuje drobne szczegóły, wygładza brzeg obszaru; obiekty o wąskich przewężeniach dzieli na odrębne obiekty)
• dylatacja (eliminuje małe dziury i przewężenia w obszarze, łączy obszary znajdujące się blisko siebie)
• otwarcie (usuwa małe wypustki i przewężenia na brzegu obszaru, nie zmieniając zasadniczego kształtu i rozmiaru obszaru)
• zamknięcie (wypełnia małe otwory wewnątrz obszaru i małe wcięcia na jego brzegu, nie zmieniając zasadniczego kształtu i rozmiaru obszaru)
• gradient morfologiczny (wyodrębnienie konturów obiektu)
• otoczka wypukła
• szkieletyzacja
• diagram Voronoi