Обробка зображень розпізнавання образів

Контрольна робота

на тему:

“Обробка зображень,

розпізнавання образів”

1. Обробка зображень

Для створення і редагування графічних зображень на екрані дисплея існують спеціальні програми, які називають графічними редакторами
.У середовищі Windows-95 таким редактором є Paint. Аналогічний редактор Paint Brush використовується в операційній системі MS DOS та в середовищі Windows 3.xx.

Розрізняють три види компютерної графіки: растрову, векторну і фрактильну. Вони розрізняються пронципами формування зображень на екрані монітора та при роздрукуванні на папері. Основним елементом растрового зображення є точка (піксель - Picnute Element). Кількість точок у графічному зображенні залежить від типу монітора та роздільної здатності встановленого режиму роботи. Зображення растрової графіки або будують вручну (використовуючи інструменти та можливості сучасних редакторів), або утворюють електронні копії зображення за допомогою сканерів, або вводять зображення в память компютерів за допомогою цифрових фото- і відеокамер. Більшість редакторів растрової графіки орієнтовані не стільки на створення, скільки на їх подальшу обробку. В Інтернеті використовуються поки тільки растрові зображення. Недоліками растрових зображень є те, що вони на дисках займають великі об’єми пам’яті і їх неможливо збільшувати для для розгляду окремих деталей (в результаті збільшення точки стають крупнішими). Основним елементом зображення векторної графіки є лінія. Об’єм пам’яті, який займає лінія, не залежить від її розмірів, оскільки лінії подаються за допомогою деякої кількості параметріва, які містять її тематичний опис. На основі лінії будують інші об’єкти, простіші об’єкти об’єднуються в більш складніші. Одні об’єкти, незалежно від інших, можна редагувати, переміщати повертати, маштабувати. Із-за такого підходу векторну графіку називають об’єктно-орієнтовною. Векторну графіку в основному використовують для створення графічних ілюстрацій. У випадку фактальної графіки зображення автоматично генеруються на основі математичних розрахунків. Створення фрактальної художньої композиції зводиться до її програмування. Її часто використовують у розважальних програмах.

Графічний редактор Paint входить до складу стандартних програм Windows і призначений для створення і обробки малюнків растрової графіки.

Для запуску редактора слід виконати команду Пуск/Програми/Стандартні/Графічний редактор Paint.
Після запуску на екрані з’являється вікно редактора .

Рядок заголовку містить назву програми Paint і ім’я графічного файла,який редагується .Крайня ліва кнопка є кнопкою виклику управляючого меню.Рядок меню розміщується під рядком заголовку і включає такі пункти :

Файл -
робота з графічними файлами (створення ,відкриття,збереження,друкування);

Правка
-редагування малюнка;

Вид
-управління зображення деяких елементів вікна;

Рисунок
-обробка малюнка(встановлення розмірів ,поворотів);

Параметры
-завантаження ,зміна і збереження палітри кольорів;

?
-виклик довідкової інформації.

Кожний пункт меню має під меню .

Для відкриття меню слід натиснути клавішу [Alt] або[F10].Після цього один з пунктів меню виділиться інверсним кольором.Для виділення потрібного пункту меню слід користуватися клавішами горизонтального переміщення курсору.Відкривається виділений пункт меню при натискуванні клавіші [Enter].Відкрити меню і під меню зручніше за допомогою миші, встановивши курсор на потрібному пункті меню і натиснувши ліву кнопку.

Панель інструментів
для малювання розміщена ліворуч і включає ряд кнопок,за допомогою яких можна вибрати необхідний інструмент,побудувати типові елементи малюнка і т.д.При фіксації курсору миші на кнопці під нею з’являється назва,а в рядку стану-коротка довідка про призначення кнопки

Палітра кольорів
розміщена внизу і включає 28 зафарбованих різними кольорами квадратів .Iз цих кольорiв користувач може вибрати основний колір,

яким виконуються побудови , і колір фону .

Область малювання
призначена для побудови малюнка . Вона обмежена головним меню , панеллю інструментів , палітрою . Розміри області малювання встановлюються командою Рисунок/ Атрибуты
.

Виведенням на екран деяких елементів вікна Paint можна керувати за допомогою команд - перемикачів меню Вид .
Команда Вид/ Набор инструментов
керує виведенням на екран панелі інструментів , команда Вид/ Палитра
- палітри , а команда Вид/ Строка состояния -
рядка стану .

Вікно
діалогу . Для виконання деяких команд потрібно вводити допоміжну інформацію . Так , для виконання команди Файл/ Открыть
необхыдно вказати дисковод , каталог та ім’я файла . Для введення такої інформації використовують вікна діалогу .

Довідкова система .
У меню Файл
є декілька команд для збереження малюнка у графічному файлі .

Команду Сохронить как
використовують при першому збереженні малюнка або в разі необхідності зміни імені або палитри кольорів існуючого графічнного файла .

Команду Сохранить
використовують для запису змін в існуючий графічний файл .Якщо ж ця команда подана вперше для нового малюнка,то вона виконується як команда Сохранить как.

Відкриття графічного файла.
Для відкриття файла використовують команду Файл/Открыть

Перегляд і друкування малюнків.
Як правило, перед друкуванням малюнка доцільно подивитися, який вигляд він матиме на папері. Для цього слід у пкршу чергу вставити параметри сторінок ( розміри, поля і т.д.) командою Файл / Макет страницы.
При виконанні цієї команди на екрані з*являється діалогове вікно Макет страницы,
в якому можна встановити необхідні параметри.

Для друкування малюнка використовують команду Файл/Печать.

Для побудови малюнка слід у першу чергу вибрати основний колір і колір фону. Для вибору основного кольору слід встановити курсор миші на потрібний колір палітри і натиснути ліву кнопку миші. Колір фону вибирають правою клавішею миші. Область малювання зафарбується у вибраний колір після виконання команди Рисунок/Очистить.

Для побудови малюнка користувач може вибрати необхідний інструмент з панелі інструментів, натиснувши відповідну кнопку. Розглянемо призначення основних інструментів малювання.

Олівець
призначено для малювання ліній. Вибирають натискуванням кнопки Карандаш.
Після вибору інструменту курсор миші набирає форму олівця. Для малювання лінії слід встановити курсор у початок лінії і при натиснутій кнопці

миші протягнути до кінця лінії. Якщо при цьому була натиснута ліва кнопка миші,

то лінія малюється основним коляром,а якщо права – то кольором фону.

Пензель
призначено для малювання довільних фігур. Вибирають натискування

кнопки Кисть.
При цьому під панеллю інструментів з’являється вікно, у якому можна вибрати форму пензля.Для малювання слід встановити курсор у точку початку малювання і при наступній кнопці миші перемістити до кінцевої точки.

Розпилювач
призначена для створення плавних тонових зображень. Активізують кнопкою Распылитель.

Гумка
призначено для стирання частини малюнка до кольору фону.Активізують кнопкою Ластик.
Після активізації під панелю інструментів відкривається вікно, в якому можна вибрати розміри гумки.

2. Розпізнвання образів

Основні постановки задачі розпізнавання образів - Розпізнавання образів є однією з найбільш фундаментальних проблем теорії інтелектуальних систем. З іншого боку, задача розпізнавання образів має величезне практичне значення. Замість терміну "розпізнавання" часто використовується інший термін - "класифікація". Ці два терміни у багатьох випадках розглядаються як синоніми, але не є повністю взаємозамінюваними. Кожний з цих термінів має свої сфери застосування, і інтерпретація обох термінів часто залежить від специфіки конкретної задачі

Задача ідентифікації, яка полягає у тому, щоб вирізнити певний конкретний об'єкт серед йому подібних (наприклад, впізнати серед інших людей свою дружину).

Віднесення об'єкту до того чи іншого класу. Це може бути, наприклад, задача розпізнавання літер або прийняття рішення про наявність дефекту у деякій технічній деталі. Віднесення об'єкта до певного класу відображає найбільш типову проблему класифікації, і, коли говорять про розпізнавання образів, найчастіше мають на увазі саме цю проблему Саме її ми і будемо розглядати в першу чергу.

Кластерний аналіз, який полягає в розділенні заданого набору об'єктів на класи - групи об'єктів, схожі між собою за тим чи іншим критерієм. Цю задачу часто називають класифікацією без учителя, оскільки, на відміну від задачі 2, класи апріорно не задані.

Як уже зазначалося раніше, проблеми розпізнавання легко вирішуються людьми, причому робиться це, як правило, підсвідомо. Спроби ж побудувати штучні системи розпізнавання не настільки переконливі. Основна проблема полягає у тому, що часто неможливо адекватно визначити ознаки, на основі яких слід здійснювати розпізнавання. Для задач, для яких такі ознаки вдається виділити, штучні системи розпізнавання набули значного поширення і широко використовуються. Методи розпізнавання образів та технічні системи, що реалізують ці методи, широко використовуються на практиці. Наведемо деякі з них.

Розпізнавання літер

Окрім усього іншого, ця проблема має велике значення для власне комп'ютерних технологій. Системи розпізнавання літер працюють разом зі сканерами - пристроями, які використовуються для введення до комп'ютера друкованих зображень і текстів. При введенні друкованого тексту сканер формує лише графічне зображення; для того, щоб створити текстовий документ, з яким може працювати текстовий редактор, необхідно впізнати на цьому зображенні окремі літери. Аналогічним чином, розпізнавання літер є необхідним для підтримки пристроїв рукописного введення. Цими пристроями, зовні схожими на звичайну авторучку, часто комплектуються надпортативні комп'ютери (персональні помічники). Основна мета цих пристроїв - замінити введення з клавіатури, що є незручним для багатьох користувачів.

Розпізнавання мови

Сьогодні інтенсивно розвиваються технології, пов'язані, по-перше, з голосовим керуванням комп'ютером, а по-друге - з введенням текстів з голосу. Робототехніка. Застосування методів розпізнавання в робототехніці є абсолютно природним і необхідним, оскільки роботи повинні безпосередньо сприймати зовнішній світ, і, відповідно, мати пристрої машинного зору.

В останні роки розпізнавання образів знаходить усе більше застосування в повсякденному житті. Розпізнавання мови і рукописного тексту значно спрощує взаємодія людини з комп'ютером, розпізнавання друкованого тексту використовується для перекладу документів в електронну форму. Популярна думка, що розпізнавання, як та інші алгоритми штучного інтелекту, є чорна магія, недоступна простим смертної. Насправді ж алгоритми, що лежать в основі розпізнавання, досить очевидні, потрібно лише зайти ледве здалеку і визначитися з термінами.

Базовим є невизначене поняття безлічі. У комп'ютері безліч представляється набором неповторюваних однотипних елементів. Слово "неповторюваних" означає, що якийсь елемент у безлічі або є, або його там немає. Універсальна безліч включає всі можливі для розв'язуваної задачі елементи, порожнє не містить жодного.

У класичній постановці задачі розпізнавання (дивно називати класичної науку, який від сили кілька десятиліть:) універсальна безліч розбивається на дріботі-образи. Образ якого-небудь об'єкта задається набором його приватних проявів. У випадку з розпізнаванням тексту в універсальну безліч увійдуть усі можливі знаки, в образ "И" - усі можливі накреслення цієї букви, а програма розпізнавання займається тим, що на основі невеликого набору прикладів накреслень кожної букви (навчальної вибірки) визначає, яку з них символізує введена карлючка.

Методика віднесення елемента до якого-небудь образа називається вирішальним правилом. Ще одне важливе поняття - метрика, спосіб визначення відстані між елементами універсальної безлічі. Чим менше ця відстань, тим більше схожими є символи, звуки - те, що ми розпізнаємо. Звичайно елементи задаються у виді набору чисел (а як ще?), а метрика - у виді функції. Від вибору представлення образів і реалізації метрики залежить ефективність програми, один алгоритм розпізнавання з різними метриками буде помилятися з різною частотою (право на помилку для програм розпізнавання так само характерно, як і для людей).

Добре показує принцип роботи розпізнавання образів елементарний алгоритм на основі методу безлічі еталонів. На вході його мається навчальна вибірка - набір прикладів А'іj для кожного образа Ai, метрика d і сам розпізнаваний об'єкт x. За допомогою метрики обчислюємо відстань від x до кожного елемента навчальної вибірки d(x, aij) і знаходимо умовну відстань d(x, Ai) як відстань від x до найближчого елемента з Ai. Елемент x відноситься до образа, що виявиться ближче усіх.

Практично отут потрібно знайти мінімум відстані по кожнім класі і ще раз узяти мінімум. Аматори торкати руками можуть узяти як представлення елемента пари координат, як метрику - відстань по теоремі Пифагора, і накидати програмку, що буде виконувати описану операцію над масивом крапок двомірного простору і відображати це в графіку.

Ще один елементарний алгоритм - метод k-найближчих сусідів. Як випливає з назви, у ньому вводиться додатковий вхідний параметр, ціле число k. Отут усе ще простіше - береться k найближчих до x елементів навчальної вибірки і підраховується, скільки з них належить до якого образа. До якого образа належить більше, до того відноситься і x.

В обох алгоритмах може виникнути невизначена ситуація - коли x буде знаходитися на однаковій відстані від декількох образів. У такому випадку програма повинна або запитати в користувача, до якого образа відносити елемент, або тихо кинути жереб. Це залежить від вимог до точності з одного боку, і зручності використання з іншої, найкраще реалізувати обидва варіанти.

Незважаючи на надзвичайну простоту, описані алгоритми цілком застосовні на практиці. Існує безліч інших методів, більш складних, і теоретичні роботи з даної теми можуть повалити в трепет своєю монументальністю (крім того, велика їхня частина написана на англійському), але і програми на елементарних алгоритмах, толково реалізовані, можуть видавати непогані практичні результати.