GUÍA DEL PROYECTO FIN DE CARRERA

OPERACIONES BÁSICAS Y FILTRADO DIGITAL 

DE IMÁGENES BAJO ENTORNO MATLAB

TUTOR: D. Eduardo ROVARIS ROMERO

AUTOR: D. José Daniel VINUESA TORREGROSA

Esta hoja WEB forma parte deL Proyecto Fin de Carrera presentado por José Daniel Vinuesa Torregrosa en la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Telecomunicación (EUITT) perteneciente a la Universidad de las Palmas de Gran Canaria (España).

El Proyecto consiste básicamente en un estudio del Procesado Digital de Imágenes (DIP) y dentro de este apartado, hace un énfasis en el estudio de Filtros Mediana No Lineales así como en el diseño de Filtros Butterworth, Chebyshev, Elípticos, etc. Además, implementa las funciones típicas de un programa de DIP (transformadas, imagen especular, retoques fotográficos, etc.). El programa se ha realizado en el programa MATLAB aunque en todo momento se ha intentado programar de una manera fácilmente transportable a otros lenguajes.

Lo que se pretende con esta hoja WEB es crear una especie de GUÍA en el que se puedan ver las diferentes funciones implementadas y con algunos resultados. Entre otras opciones, podremos seleccionar:

• Fichero.- En este apartado desarrollamos las funciones características de operaciones con fichero o el programa. Las funciones implementadas han sido:
• Nuevo.- Esta función tiene por objetivo reiniciar la sesión y cerrar todas las ventanas sin salir del programa.
• Abrir.- Aquí podremos abrir un archivo (imagen). Los formatos que puede reconocer el programa son: MAT, GIF, RAW, BMP, PCX, y RAW. Algunos formatos requieren un tipo adecuado, por ejemplo el formato BMP debe ser bajo Windows y no estar comprimido (aunque hay que reconocer que la gran mayoría de imágenes BMP cumplen este criterio).
• Guardar.- Con esta opción, podremos guardar la imagen con la que estamos trabajando con el nombre predeterminado.
• Guardar Como.- Similar a la opción anterior aunque en esta ocasión, podremos cambiar de nombre y lo que es más importante, cambiar el formato con el que lo habíamos abierto. Es decir, este programa puede realizar también conversiones de formatos.
• Imprimir.- Se imprimirá la imagen seleccionada en la actualidad.
• Salir.- Cierra el programa y todas las ventanas asociadas a éste.
• Filtros (Dominio del Espacio).- En esta opción, estudiaremos los filtros en el dominio del espacio y que se desarrollará bajo el mecanismo del desplazamiento de máscaras. Debemos diferenciar entre filtros lineales y no lineales. La diferencia entre uno y otro estriba en que en los filtros no lineales se deben realizar operaciones no lineales tales como la ordenación para un posterior uso del valor de la mediana. El esquema sería el siguiente:
• Filtros Lineales.-
• Filtros Paso Bajo (FPB).- Su misión consiste en suavizar la imagen y por tanto los cambios de tono entre bordes no se produzca de una manera tan brusca. Se han implementado tres tipos de máscaras:

FILTRO PASO BAJO 1/3

0	1/6	0
1/6	1/3	1/6
0	1/6	0

FILTRO PASO BAJO 1/4

1/16	1/8	1/16
1/8	1/4	1/8
1/16	1/8	1/16

• Filtros Paso Alto (FPA).- Su misión consiste en la detección de bordes. Se han implementado tres tipos de máscaras:

MASCARA DE SOBEL

-1	0	1
-2	0	2
-1	0	1

 

MASCARA DE PREWITT

-1	0	1
-1	0	1
-1	0	1

• Laplaciana.- Aunque se podría añadir al menú de Filtros paso Alto, por sus singularidades (se asocia a la derivada primera) se ha optado por considerarla como una opción diferente.

LAPLACIANA 5

-1	-1	-1
-1	5	-1
-1	-1	-1

LAPLACIANA 9

-1	-1	-1
-1	9	-1
-1	-1	-1

Gradiente.- Se ha hecho un similar tratamiento al caso anterior (aunque en esta ocasión, se hace referencia a la derivada segunda)

GRADIENTE 5 X 5

-1/4	-1/3	0	1/3	1/4
-1/3	-1/2	0	1/2	1/3
-1/2	-1	0	-1	-1/2
-1/3	-1/2	0	1/2	1/3
-1/4	-1/3	0	1/3	1/4

• Diseño de Máscaras.- Esta es una opción que permite al usuario diseñar sus propias máscaras y admite un orden que va desde 3 x 3 a 9 x 9.
• Filtros No Lineales.- En el Filtrado No Lineal, se utilizan una máscara que va tiene un formato diferente según sea el filtro a aplicar. Para su comprensión, utilizaremos máscaras de 5 x 5 y con la siguiente notación:
• CELDA VERDE: Se coge el valor situado en esa celda
• CELDA AMARILLA:*** No se coge el valor en esa celda.
• Filtros Mediana.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana En Cruz.-

***	***	***	***	***
***	***	***	****	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana En Horizontal.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana En Vertical.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana En Diagonal.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana Diagonal de Izquierda a Derecha.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana Diagonal de Derecha a Izquierda.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Pseudomediana En Círculo.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Híbridos.- Aquí hay una pequeña diferencia con respecto al filtro no lineal mediana o pseudomediana. Se realiza una mediana entre tres valores:
• El valor situado en el centro de la máscara. Lo denotaremos por una celda ROJA.
• El valor medio de la parte situada a la izquierda de la columna central .
• El valor medio de la parte situada a la derecha de la columna central Estos dos casos últimos los denotaremos por una celda VERDE.
• Para los valores que no influyen en la lista, lo denotaremos con una celda AMARILLA.
• Filtro Híbrido Horizontal.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtros Híbrido Piramidal.-

***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***
***	***	***	***	***

• Filtrado Homomórfico.- En este filtrado, primero se hace un logaritmo sobre toda la imagen, posteriormente se le realiza un Filtrado Paso Bajo y finalmente se le hace la exponenciación.
• Filtrado Medio No Lineal,. Mediante esta opción, se desarrollan técnicas de filtrado medio no lineal. Los filtros implementados son:
• Filtrado Geométrico
• Filtrado Armónico
• Filtrado Contra-armónico
• Filtrado Potencial
• Filtrado con valores máximos y mínimos,. Mediante esta opción, se desarrollan técnicas de filtrado medio no lineal que captan unos valores en la máscara según su valor.
• Filtrado MAX-MAX.- Especial para eliminar ruido impulsivo negativo
• Filtrado MAX-MIN
• Filtrado MIN-MAX
• Filtrado MIN-MIN.- Especial para eliminar ruido impulsivo positivo
• Filtros (Dominio de la Frecuencia).- En esta opción, estudiaremos los filtros en el dominio de la frecuencia y que se desarrollará bajo el mecanismo de la Transformada de Fourier. En esta ocasión, se ha optado por utilizar las funciones del MATLAB por su rapidez en la resolución del la Transformada Rápida de Fourier. Las opciones que se han implementado han sido las siguientes:
• Diseños Establecidos.- En esta opción, podremos utilizar las máscaras desarrolladas para el dominio del espacio y además generar nuestras propias máscaras mediante la opción del diseño de máscaras.
• Filtros de Butterworth.- Se nos ofrece la posibilidad de diseñar esta clase de filtros (Filtros Paso Bajo (FPB), Filtros Paso Alto (FPA) y Filtro paso Banda (FPB) mediante la introducción de sus parámetros característicos (orden del filtro y frecuencia de corte). Una vez introducidos estos valores (los cuales deben estar acotados) nos saldrá la visualización de su amplitud y su fase y posteriormente la imagen una vez ya filtrada.
• Filtros de Chebyshev.- Similar a la opción anterior aunque en esta ocasión, los parámetros a introducir son: orden del Filtro, Decibelios de Rizado y Frecuencias de Orden.
• Filtros Elípticos.- Similar a la opción anterior aunque en esta ocasión, los parámetros a introducir son: orden del Filtro, Decibelios de Rizado, Decibelios de banda de Rechazo y Frecuencias de Orden.
• Filtros de Enventanado.- Son FPB y son valores que van desde 0 a 1. Los filtros implementados son:
• Filtros Rectangular
• Filtros de Hanning
• Filtro de Blackmann
• Filtro de Bartlett
• Filtro de Hamming
• Otras opciones.- En esta opción, se implementarán las opciones típicas que se pueden implementar con una imagen y son las siguientes:
• Insertar Ruido Aleatorio.- En esta opción podremos simular la inserción de ruido en una señal, debido por ejemplos a interferencias, recepción de una imagen desde un punto muy lejano( por ejemplo, imágenes de satélites). Se ha seleccionado cinco tipos de ruido: el Ruido Blanco (también conocido Ruido Positivo), el Ruido Negro (Negativo) y el Ruido Blanco y Negro (Sal y Pimienta). El porcentaje de ruido a introducir oscila entre 0 y 100 %. Un Ruido Positivo se interpreta como un píxel de valor 255 (el máximo en una escala de grises de 8 bits) y un Ruido Negativo como un valor de 0. El Ruido Gaussiano, que es un ruido de distribución normal y el Ruido de Speckle, que se produce por fuentes láser y afecta a los valores próximos a cero
• Efectos de Iluminación.- Lo que se pretende con esta opción es generar una especie de efecto de iluminación consistente en que la imagen tiene menos claridad cuanto más nos desplacemos a la izquierda. Esto es especialmente interesante cuando estemos trabajando con Filtros Homomórficos.
• Muestreo.- Esta opción consiste en el muestreo de una imagen. El factor de muestreo n puede oscilar entre 2 y 16 (siendo n un valor entero). El muestreo consiste en que cada n píxeles de la imagen, se visualizará uno quedando el resto igual a cero.
• Diezmado.- Se basa en la opción anterior y lo que consiste en compactar la imagen anterior, es decir que los valores a cero que quedaban entre los píxeles de la imagen se eliminan. Una vez realizado el diezmado en la imagen, se nos pregunta por la opción de si queremos la imagen sobrescalada a sus nuevos ejes o preservando los anteriores.
• Interpolación.- Como su nombre indica, se realiza una interpolación, es decir un aumento de la imagen. Existen tres opciones: Interpolación por Orden Cero, por Orden Uno o por Máscaras de SINC.
• Imagen Espejo.- Se obtendrá la imagen espejo de la seleccionada.
• Imagen Negativa.- Se obtendrá la imagen negativa de la seleccionada. Es decir cuanto más claros aparezcan los tonos en la imagen original, más oscuros aparecerán en la negativa y viceversa.
• Imagen Volteada.- Se obtendrá la imagen la imagen volteada. Es decir, los valores situados más bajo en la imagen original, aparecerán más abajo en la imagen volteada.
• Acotar una imagen por tonos de grises (Cuantización).- En esta opción, se nos preguntará por un factor de acotación n (que oscilará entre 2 y 256) y la nueva imagen contendrá únicamente n tonos de grises equidistantes entre si. Para su comprensión se recomienda recurrir a la opción de Histograma y ver la equidistancia entre los tonos de grises
• Cambiar Tonalidad.- Mediante esta opción, se podrá variar la tonalidad de la imagen mediante un valor n (que oscilará entre -100 y 100). Así si n<0, la imagen tendrá menor tonalidad y si n>0, la tonalidad será mayor.
• Zoom.- En este apartado, podremos realizar el zoom a una imagen o a un trozo de ella. Los pasos son los siguientes:
• Se selecciona un área mediante el desplazamiento del ratón.
• Si se desea hacer un ZOOM IN (acercarse), se picará el botón izquierdo del ratón.
• Si se desea hacer un ZOOM OUT (alejarse), se picará el botón derecho del ratón.
• Transformada.- Se obtendrá la transformada de la imagen mediante el algoritmo del Fast Fourier Transform (FFT) implementado por el MATLAB y teniendo en cuenta que los valores de mayor frecuencia, se visualizarán en el centro.
• Obtener un trozo de Imagen.- Esta opción es similar a la del ZOOM IN aunque en este caso, podremos trabajar con el área de imagen seleccionado.
• Histograma.- En esta opción, se visualizará el histograma de la imagen con la que estemos trabajando actualmente.
• Estadísticas.- En esta opción, podemos ver las propiedades características de una imagen tales como:
• Nombre del Fichero.
• Número de Columnas.
• Número de Filas.
• Capacidad del Fichero.
• Valor Máximo de la Imagen.
• Valor Mínimo de la Imagen.
• Valor Medio.
• Operaciones Aritméticas- En esta opción, podremos realizar sumas, restas, divisiones o multiplicaciones entre imágenes
• Operaciones LOG/EXP.- Aquí se pueden realizar operaciones logarítmicas o exponenciales tales como el mapeado logarítmico, exponencial, etc.
• Recuperar Imagen.- Mediante esta opción, podremos trabajar con una imagen con la que habíamos estado anteriormente. Para ello, debemos remitirnos a la barra de tareas del Windows, seleccionar la imagen deseada y pulsar en Aceptar. Lógicamente, se podrá recuperar únicamente una figura que sea una imagen, en caso de intentar recuperar, por ejemplo, una gráfica nos dará un mensaje de error indicándonos que la figura seleccionada no es válida.
• Ayuda.- Con esta opción, podremos acceder a esta Ayuda.

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