Obrazy cyfrowe - otrzymywanie i analiza

Prezentacja na temat: "Obrazy cyfrowe - otrzymywanie i analiza"— Zapis prezentacji:

1 Obrazy cyfrowe - otrzymywanie i analiza
Informatyka Stosowana W. Waniak

2 Etapy „pracy” z obrazami cyfrowymi.
Obrazowanie - rejestracja obrazu (kamera cyfrowa, radioteleskop, spektrograf, tomograf RTG, tomograf rezonansu magnetycznego, sonar, radar doplerowski, georadar, ...) Wstępna redukcja obrazów - usuwanie efektów systematycznych i losowych (redukcja Bias_Dark_Flatfield, filtrowanie, resampling, korekty geometryczne, ...) Interpretacja obrazów - analiza ich treści (analiza kształtu, rozmieszczenia, liczebności zobrazowanych obiektów, ich rozpoznawanie, odtwarzanie ich parametrów fizyko-chemicznych, ...) 2

3 Radioteleskopy interferometru VLBI obserwatorium NRAO
3

4 Przykłady obrazów radiowych z NRAO
Saturn, VLA, długość fali 2 cm Kwazar, VLA, 3C288, dł. fali 3.6 cm Droga Mleczna VLA,, dł. fali 21 cm 4

5 Przykłady obrazów tomograficznych
Rentgenowska tomografia komputerowa (CT) mózgu Pozytronowa tomografia emisyjna (PET) tułowia 5

6 Podstawy fotometrii (radiometrii)
Fotometria - dział nauki zajmujący się zobiektywizowanymi metodami pomiaru wielkości związanych z energią niesioną przez światło (radiometria - dowolne promieniowanie elektromagnetyczne EM). Światło ma własności zarówno falowe jak i korposkularne. Obydwie są kluczowe dla otrzymywania obrazów cyfrowych !!! • Światło jako fala (zjawisko interferencji) Dowolną wiązkę światła opisać można jako superpozycję monochromatycznych fal płaskich. 6

7 Wektor pola elektrycznego monochromatycznej EM fali płaskiej:
gdzie: - wektor falowy określający kierunek propagacji,  - częstość kołowa,  - częstotliwość drgań pola elektrycznego, T - okres drgań,  - długość fali (światła). 7

8 • Światło jako zbiór fotonów (zjawisko fotoelektryczne)
Energia fotonu fali EM: gdzie: h stała Plancka ( J s). 8

9 Umowny podział zakresu fal EM ze względu na długość fal, procesy emisji i sposoby detekcji
nazwa zakresu zakres długości temperatura źródła termicznego [K]  < 0.1 nm > 108 X  100 nm  105 UV  300 nm  5 104 Visual  mm  104 IR 1 mm  mm  10 MW 1 mm  cm  0.5 R 1 mm  30 m  9

10 Podstawowe definicje i jednostki fotometryczne (radiometryczne)
ŚWIATŁOŚĆ - natężenie źródła światła to podstawowa wielkość fotometrii wizualnej. Określa ją stosunek strumienia świetlnego dF wysyłanego przez źródło punktowe (lub element źródła niepunktowego) w infinitezymalnie małym stożku do kąta bryłowego d tego stożka: I = dF/d Jednostką światłości jest kandela. Odpowiednikiem światłości w fotometrii fizycznej jest światłość energetyczna, której jednostką jest wat na steradian (Wsr -1). KANDELA [z łac. świeca], (oznaczenie cd) jednostka światłości. Jest to światłość, którą ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie monochromatyczne o częstotliwości 5, Hz i którego natężenie w tym kierunku jest równe (1/683) Wsr -1. Definicję kandeli ustalono na XVI Generalnej Konferencji Miar w 1979 roku. 10

11 STRUMIEŃ ŚWIETLNY to wielkość fizyczna równa mocy promieniowania ocenianej na podstawie wywoływanego przez to promieniowanie wrażenia świetlnego. dF = I d Jednostką strumienia świetlnego jest lumen. LUMEN [z łac. światło, jasność], (oznaczenie lm) to jednostka strumienia świetlnego w układzie SI. Jest to strumień świetlny wysyłany w kącie bryłowym 1sr przez punktowe źródło światła o światłości 1 cd; 1 lm = 1 cd  1 sr. NATĘŻENIE OŚWIETLENIA to stosunek strumienia świetlnego padającego na oświetloną powierzchnię do wielkości tej powierzchni. E = dF / dS Jednostką natężenia oświetlenia jest luks. Odpowiednikiem natężenia oświetlenia w fotometrii fizycznej jest energetyczne natężenie oświetlenia, którego jednostką jest W/m2. LUKS [z łac. światło, blask], (oznaczenie lx), jednostka natężenia oświetlenia w układzie SI. Jest to natężenie oświetlenia wytworzone przez strumień 1 lm na pow. 1 m2; 1 lx = 1 lm / 1m2 11

12 Fizyczne natężenie promieniowania EM (intensity, specific intensity)
Jest to ilość energii niesiona przez promieniowanie EM w zakresie częstotliwości od  do +d (od v do v+dv), przez infinitezymalny element powierzchni , umieszczony w punkcie , w infinitezymalny element kąta bryłowego d wokół kierunku , w przedziale czasu od t do t+dt. stąd: 12

13 Jednostką fizycznego natężenia promieniowania jest (do wyboru):
J m-2 sr-1 s-1 m-1, lub: J m-2 sr-1 s-1 m-1, lub: J m-2 sr-1 s-1 nm-1, lub: W m-2 sr-1 nm-1, lub: J m-2 sr-1 s-1 Hz-1, lub: W m-2 sr-1 Hz itd.. Czy natężenie promieniowania powiązane jest z wektorem pola elektrycznego (magnetycznego) fali EM ? Yes, Yes, Yes !!! Poprzez wektor Pointinga. 13

14 Fizyczny strumień promieniowania EM
Jest to ilość energii niesiona przez promieniowanie EM w zakresie częstotliwości od  do +d (od v do v+dv), przez infinitezymalny element powierzchni , umieszczony w punkcie , w przedziale czasu od t do t+dt. Jednostką fizycznego strumienia promieniowania jest (do wyboru): J m-2 s-1 m-1, lub: J m-2 s-1 nm-1, lub: W m-2 nm-1, lub: W m-2 Hz itd.. 14

15 Co „widzi” jednokanałowy detektor fal EM (światła) ?
Jeżeli rozkład czułości po powierzchni detektora wynosi S(x,y) , a jego charakterystyka czułości spektralnej opisana jest funkcją t() wtedy podczas ekspozycji trwającej T zarejestruje on następującą ilość energii: Powierzchnia detektora 15