Computer Graphics 画像の基礎知識 芝浦工業大学情報工学科 青木 義満

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1 Computer Graphics 画像の基礎知識 芝浦工業大学情報工学科 青木 義満
I’ll get started with Introduction and Conventional works around our study, then mention our motivation and goal. Next, I’ll explain our 3D Face Modeling Method and its medical application. Finally, I’ll conclude this presentation with some future works. 芝浦工業大学情報工学科 青木　義満

2 今日の講義内容 画像の基礎知識 デジタル画像の概要 標本化と量子化 ヒストグラムと画像補正 2007/4/24
Computer Graphics

3 光の正体 人間に知覚される電磁波 380 nm ～ 780 nm (nm = 10-9m) の範囲が可視光 2007/4/24
Computer Graphics

4 色が見える原理 「色」が人間に知覚されるために必要な３要素 なぜリンゴは赤く見える？ 全ての色を含む 可視光 特定の色の 光を反射（物体色）
2007/4/24 Computer Graphics

5 演色性 物体の色は蛍光灯の下と白熱灯の下とでは違って見える → 光源の演色性
→　光源の演色性 →　見える色は物体の持つ色のみでは決まらず，光源の分光特性に左右される 2007/4/24 Computer Graphics

6 混色と３原色 混色 ３原色（３色刺激） 異なる色を混合して，別の色を作ること
他の二つを混色してももう一つの色を作ることのできないような，独立した３つの色 適当な割合で混色すると，任意の色を生成可能 →　三色性 2007/4/24 Computer Graphics

7 加法混色 → カラーテレビの色表示 → デジタル画像 混ぜると明るく白くなる混色 例）白いスクリーンの上に異なる色の光を重ねて投影 ３原色
赤（R）, 緑（G），青（B） →　カラーテレビの色表示 →　デジタル画像 2007/4/24 Computer Graphics

8 減法混色 混ぜると暗く黒くなる混色 例）白い紙の上で水彩絵の具を混ぜ合わせる ３原色 シアン（C）, マゼンタ（M），黄（Y）
　　例）白い紙の上で水彩絵の具を混ぜ合わせる ３原色 シアン（C）, マゼンタ（M），黄（Y） →　カラー印刷 2007/4/24 Computer Graphics

9 物体像の獲得 Image Formation lens object image plane 2007/4/24
Computer Graphics

10 物体像の獲得 Image Formation light source 2007/4/24 Computer Graphics

11 物体像の獲得 projection through lens image of object Image Formation
2007/4/24 Computer Graphics

12 人間の視覚における画像の獲得 → 簡略化した人の目のつくり。 1. 角膜、2. 水晶体、3. ガラス体、 4. 網膜、5. 錐体、6. 幹体
デジタル画像，銀塩写真，印刷物　→　3原色で表現，なぜ？ 人の眼が3原色の光をそれぞれ感じ，様々な色調を脳の中に描くようにできている 角膜・水晶体　→　レンズの役割 網膜=撮像素子（フィルム），2種類の視細胞（幹体と錐体）， → 簡略化した人の目のつくり。 1. 角膜、2. 水晶体、3. ガラス体、 4. 網膜、5. 錐体、6. 幹体 2007/4/24 Computer Graphics

13 光電変換！ デジタルカメラにおける画像の獲得
→ 簡略化した人の目のつくり。 1. 角膜、2. 水晶体、3. ガラス体、 4. 網膜、5. 錐体、6. 幹体 2007/4/24 Computer Graphics

14 アナログ画像とデジタル画像 アナログ画像 デジタル画像 標本化（Sampling） 量子化（Quantization）
写真，紙の上に書かれた図形 連続値 デジタル画像 通常画像と呼んでいるのはこちらの方 離散値（座標は整数値しか取らない） 標本化（Sampling） 量子化（Quantization） 2007/4/24 Computer Graphics

15 標本化（Sampling）と量子化（Quantization）
画像のA/D変換 標本化（Sampling） 座標（X, Y）を離散的な値に変換　～空間的離散化 アナログ画像を格子状に分割し（標本化格子），その格子内の濃淡の平均値を取り出す操作 一つ一つの格子(標本点)　→　画素（Pixel） 標本化格子の間隔（標本間隔） 　・標本間隔 　・画像解像度 　・データ量 小 大 標本化定理 高 低 シャノンの標本化定理 ナイキスト周波数 小 大 2007/4/24 Computer Graphics

16 標本化（Sampling）と量子化（Quantization）
画像のA/D変換 量子化（Quantization） 濃淡値 f を離散的な値に変換　～信号強度の離散化 量子化された値　→　量子化レベル，濃淡レベル，画素値 濃淡レベル数　２G 　→　Gビット量子化 256レベル（ ２8 ）　＝　８ビット量子化 一般の写真（8ビット），X線写真（10ビット） 量子化誤差，ダイナミックレンジ 2007/4/24 Computer Graphics

17 標本化（Sampling）と量子化（Quantization）
アナログ画像 デジタル画像 2007/4/24 Computer Graphics

18 画素（Pixel） Pixel Location: p = (r , c) Pixel : [ p, I(p)]
濃淡や色を表す最小単位 画像の大きさを画素単位で表すことが多い 例） 640 X 480 画素（ピクセル） 　　400万画素　(デジタルカメラ) 画素（Pixel） Pixel Location: p = (r , c) Pixel Value: I(p) = I(r , c) Pixel : [ p, I(p)] 2007/4/24 Computer Graphics

19 Sampling and Quantization
real image sampled quantized sampled & quantized 2007/4/24 Computer Graphics

20 Sampling and Quantization
pixel grid column index row index real image sampled quantized sampled & quantized 2007/4/24 Computer Graphics

21 Take the average within each square.
Sampling Take the average within each square. continuous image sampled image 2007/4/24 Computer Graphics

22 Take the average within each square.
Sampling Take the average within each square. continuous image sampled image 2007/4/24 Computer Graphics

23 Take the average within each square.
Sampling Take the average within each square. continuous image sampled image 2007/4/24 Computer Graphics

24 Take the average within each square.
Sampling Take the average within each square. continuous image sampled image 2007/4/24 Computer Graphics

25 カラー画像とモノクローム（モノクロ）画像
（R，G，B） 3成分／pixel 輝度値（濃淡値） 1成分／pixel 2007/4/24 Computer Graphics

26 Color Images Are constructed from three intensity maps.
Each intensity map is pro-jected through a color filter (e.g., red, green, or blue, or cyan, magenta, or yellow) to create a monochrome image. The intensity maps are overlaid to create a color image. Each pixel in a color image is a three element vector. 2007/4/24 Computer Graphics

27 2007/4/24 Computer Graphics

28 狭義の画像処理 〜画像の階調補正 　ヒストグラム 　コントラスト変換 　ガンマ補正 2007/4/24 Computer Graphics

29 ヒストグラム（濃淡画像） 画素数 輝度値 2007/4/24 Computer Graphics
各濃淡レベル（輝度値）の画素の数を数えあげたもの →　輝度値の分布がわかる Luminosity 画素数 輝度値 2007/4/24 Computer Graphics

30 R L G B ヒストグラム（カラー画像） フルカラー画像 R，G，B，輝度(R, G, Bの平均) の４つのヒストグラム
　　の４つのヒストグラム R Luminosity L G B 2007/4/24 Computer Graphics

31 ヒストグラム（カラー画像１） 2007/4/24 Computer Graphics red pdf green pdf blue pdf
luminosity pdf 2007/4/24 Computer Graphics

32 ヒストグラム（カラー画像２） 2007/4/24 Computer Graphics red pdf green pdf blue pdf
luminosity pdf 2007/4/24 Computer Graphics

33 ルックアップテーブル　 入力値を出力先に合わせて変換するためのテーブル →　ディスプレイ，プリンタ 変換関数 index value ... 101 102 103 104 105 106 64 68 69 70 71 255 ダイナミックレンジ y=x (標準) 出力濃淡レベル 127 127 255 入力濃淡レベル 2007/4/24 Computer Graphics

34 コントラスト変換 画像が明るすぎたり暗すぎたりする場合，微妙な濃淡の変化を強調したい場合 → 画像を見やすく
画像が明るすぎたり暗すぎたりする場合，微妙な濃淡の変化を強調したい場合　→　画像を見やすく cell index contents . input output a pixel with this value is mapped to this value 2007/4/24 Computer Graphics

35 ルックアップテーブル （変換関数）の生成例
For example: 2007/4/24 Computer Graphics

36 明るさの調整 画像全体を明るく 127 255 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics

37 明るさの調整 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics 255-g 127 255
画像全体を暗く 127 255 255-g transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics

38 コントラストの調整 傾き＞1 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics コントラストの強調
127 255 傾き＞1 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics

39 コントラストの調整 傾き＜1 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics コントラストの減少
127 255 傾き＜1 transform mapping 2007/4/24 Computer Graphics

40 ヒストグラム平坦化 画像のダイナミックレンジを広げ，細部まで明瞭に 同一対象物を撮影した複数の画像のコントラストを統一
濃淡分布　→　一様分布，正規分布に変換 2007/4/24 Computer Graphics

41 before after ヒストグラム平坦化 （Histogram Equalization） 2007/4/24
ヒストグラム平坦化の結果 before Luminosity after 2007/4/24 Computer Graphics

42 階調補正処理 まとめ 2007/4/24 Computer Graphics

43 コントラストの調整 - contrast original + contrast 2007/4/24 Computer Graphics

44 明るさの調整 - brightness original + brightness 2007/4/24 Computer Graphics

45 ヒストグラム補正 histogram mod histogram EQ original 2007/4/24
Computer Graphics

46 画像の補正処理 - brightness original + brightness - contrast original
2007/4/24 Computer Graphics

47 カラーバランスと彩度変化 2007/4/24 Computer Graphics