Páginas:
312
Edición:
1
Fecha de publicación:
20/02/2018
ISBN:
9788426726193
Formato:
17x23 cms

Tratamiento de imágenes con MATLAB

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Las imágenes representan una de las formas de transmitir información con mayor potencial. En esta obra se presentan los conceptos y técnicas fundamentales del procesamiento digital de imágenes, esto es, se expone la teoría y la práctica de temas básicos y avanzados de los sistemas de visión artificial, todo esto con el fin de que:

Conozca los conceptos y técnicas de análisis del procesamiento digital de imágenes.
Aprenda las técnicas algorítmicas asociadas al procesamiento digital de imágenes y su programación en MATLAB.
Aplique el conocimiento y ejecución de los algoritmos usados para la manipulación, mejoramiento, realzado y detección de imágenes.

Erik Cuevas es Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica por parte de la Universidad de Guadalajara, Maestro en Electrónica Industrial por el ITESO y Doctor en Inteligencia Artificial por la Universidad Libre de Berlín (FU-Berlín) en Alemania; actualmente, es miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel II en el área del cómputo evolutivo y sus aplicaciones al procesamiento de imágenes.

Margarita Díaz Cortés es Ingeniera Biomédica y Maestra en Ciencias de la Ingeniería Electrónica y Computación por parte de la Universidad de Guadalajara; actualmente, realiza su doctorado en Ciencias Computacionales en la Universidad Libre de Berlín.

José Octavio Camarena Méndez es Ingeniero Electrónico con especialidad en Instrumentación Biomédica por parte del Instituto Tecnológico de Morelia (ITM) y Maestro en Ciencias en Ingeniería Electrónica y Computación por la Universidad de Guadalajara; actualmente, estudia el doctorado en Ciencias de la Electrónica y Computación en el Centro Universitario de
Ciencias Exactas e Ingenierías.

Prólogo                                                                                                  XIII
Capítulo  1
Acerca del procesamiento de imágenes ……………………………. 1
1.1 Introducción ………………………………………………………………………. 2
1.2 Sistema de visión y procesamiento de imágenes……………………… 2
1.3 Procesamiento digital de imágenes ………………………………………… 3
1.4 Relaciones básicas entre pixeles …………………………………………….. 3
1.4.1 Vecinos de un pixel…………………………………………………………….. 3
1.4.2 Conectividad………………………………………………………………………. 4
1.5 Medidas de distancia……………………………………………………………… 5

Capítulo 2
Principios básicos de MATLAB …………………………………………….. 7
2.1 Introducción ………………………………………………………………………… 8
2.2 Consideraciones iniciales……………………………………………………….. 8
2.3 Lectura, despliegue y escritura de imágenes …………………………….. 9
2.4 Tipos de datos ……………………………………………………………………… 10
2.5 Tipos de imágenes en MATLAB……………………………………………….. 10
2.5.1 Imágenes en escala de grises …………………………………………………. 10
2.5.2 Imágenes binarias………………………………………………………………… 11
2.6 Conversión entre diferentes tipos de datos y de imágenes………….. 11
2.6.1 Conversión entre tipos de datos…………………………………………….. 11
2.6.2 Conversión entre diferentes tipos de imágenes…………………………11
2.7 Indexado de vectores y matrices ……………………………………………….. 12
2.7.1 Indexado de vectores…………………………………………………………….. 13
2.7.2 Indexado de matrices……………………………………………………………… 13
2.8 Operaciones sobre matrices completas……………………………………….. 15
2.9 Programación en MATLAB ………………………………………………………… 16
2.10 Estructuras de control para la programación ………………………………. 18
2.10.1 Estructura if y else if………………………………………………………………… 19
2.10.2 Estructura for ………………………………………………………………………… 20
2.10.3 Estructura while ……………………………………………………………………. 20
2.10.4 break y continue …………………………………………………………………….. 21
2.10.5 Estructura switch …………………………………………………………………… 21

Capítulo 3
Transformada de Fourier ……………………………………………………………. 23
3.1 Introducción ……………………………………………………………………………….. 24
3.2 Acerca de la transformada de Fourier …………………………………………… 24
3.2.1 Funciones del seno y coseno ……………………………………………………….. 24
3.2.2 Frecuencia y amplitud ……………………………………………………………….. 25
3.2.3 Fase ………………………………………………………………………………………….. 26
3.2.4 Ortogonalidad ………………………………………………………………………………  26
3.2.5 La notación de Euler …………………………………………………………………….. 27
3.2.6 Serie de Fourier para la representación de señales periódicas ………………. 29
3.3 La integral de Fourier  ………………………………………………………………………… 29
3.4 La transformada de Fourier ………………………………………………………………..  30
3.4.1 Pares de transformada de Fourier ……………………………………………………  32
3.5 Propiedades de la transformada de Fourier ………………………………………….. 34
3.5.1 Simetría …………………………………………………………………………………………. 34
3.5.2 Linealidad ……………………………………………………………………………………….. 34
3.5.3 Escalamiento …………………………………………………………………………………… 35
3.5.4 Traslación ……………………………………………………………………………………… 35
3.5.5 Propiedad de la convolución ……………………………………………………………… 35
3.6 Consideraciones hacia señales discretas …………………………………………………… 36
3.6.1 Muestreo ……………………………………………………………………………………………. 36
3.6.2 Muestreo mediante la función impulso …………………………………………………… 37
3.6.3 La función peine ……………………………………………………………………………….. 38
3.6.4 Efecto del muestreo en la transformada de Fourier ……………………………….. 39
3.6.5 El teorema de muestreo y el fenómeno del alias …………………………………….. 43
3.6.6 Funciones discretas y periódicas ………………………………………………………….. 43
3.7 La transformada discreta de Fourier (DFT)……………………………………………….. 44
3.7.1 Definición de la DFT ……………………………………………………………………………… 44
3.8 Cálculo de la DFT de MATLAB …………………………………………………………………. 46
3.9 Espectro de potencia de Fourier ……………………………………………………………….. 48

Capítulo 4
Operaciones de pixel ………………………………………………………………………. 51
4.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………… 52
4.2 Cambio del valor de la intensidad del pixel …………………………………………………… 53
4.2.1 Contraste e iluminación o brillo …………………………………………………………….. 53
4.2.2 Delimitación de los resultados por operaciones de pixel …………………………….. 54
4.2.3 Complemento de la imagen ………………………………………………………………………… 55
4.2.4 Segmentación por umbral …………………………………………………………………….. 55
4.3 Histograma y operaciones de pixel ………………………………………………………….. 57
4.3.1 Histograma ………………………………………………………………………………………………….. 57
4.3.2 Características de toma de una imagen …………………………………………………… 59
4.3.3 Cálculo del histograma de una imagen con MATLAB ………………………………… 62
4.3.4 Histogramas de imágenes a color ………………………………………………………………. 63
4.3.5 Efectos de las operaciones de pixel en el histograma ……………………………………. 65
4.3.6 Adaptación automática del contraste ……………………………………………………………. 66
4.3.7 Histograma acumulativo ……………………………………………………………………………… 69
4.3.8 Ecualización lineal del histograma ……………………………………………………………….. 70
4.3.9 Adaptación del histograma por especificación …………………………………………………… 72
4.3.10 Probabilidades e histogramas de frecuencias …………………………………………………… 74
4.3.11 Principio del ajuste del histograma por especificación ……………………………………….. 74
4.3.12 Distribuciones de referencia lineal por partes …………………………………………………… 75
4.3.13 Ajuste a un histograma en particular …………………………………………………………………… 77
4.4 Corrección Gamma ………………………………………………………………………………………………. 78
4.4.1 La función Gamma ……………………………………………………………………………………………… 79
4.4.2 Utilización de la corrección Gamma ……………………………………………………………………… 80
4.5 Operaciones de pixel en MATLAB ……………………………………………………………………………… 81
4.5.1 Cambio de contraste e iluminación en MATLAB …………………………………………………………. 81
4.5.2 Segmentación de una imagen por umbral usando MATLAB ……………………………………….. 81
4.5.3 Ajuste de contraste con MATLAB …………………………………………………………………………….. 82
4.5.4 Ecualización del histograma usando MATLAB ……………………………………………………………. 83
4.6 Operaciones de pixel de múltiples fuentes …………………………………………………………………….. 88
4.6.1 Operaciones lógicas y aritméticas ……………………………………………………………………………… 88
4.6.2 Operación de mezclado Alfa  ……………………………………………………………………………………. 90

Capítulo 5
Segmentación y tratamiento de imágenes binarias …………………………………………………… 93
5.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………… 94
5.2 Segmentación ………………………………………………………………………………………………………… 94
5.3 Umbralización ………………………………………………………………………………………………………… 95
5.4 Cálculo del umbral óptimo ……………………………………………………………………………… 98
5.5 Algoritmo Otsu ………………………………………………………………………………………………………… 99
5.6 Segmentación por crecimiento de región ……………………………………………………………………………… 103
5.6.1 Pixel inicial ………………………………………………………………………………………………………… 103
5.6.2 Búsqueda local ………………………………………………………………………………………………………… 103
5.7 Etiquetado de objetos en imágenes binarias ……………………………………………………………………………… 108
5.8 Contornos de objetos ………………………………………………………………………………………………………… 118
5.8.1 Contornos externos e internos ………………………………………………………………………………………………. 118
5.8.2 Combinación de identificación de contornos y etiquetado de objetos ………………………………………… 119
5.9 Representación de objetos binarios ……………………………………………………………………………………. 132
5.9.1 Codificación de longitud ……………………………………………………………………………………………. 132
5.9.2 Código …………………………………………………………………………………………………………..  133
5.10 Características de los objetos binarios …………………………………………………………… 136
5.10.1 Características ………………………………………………………………………………………………………… 136
5.10.2 Características geométricas ……………………………………………………………………………………. 137

Capítulo 6
Filtraje espacial ………………………………………………………………………………………………………. 141
6.1 Introducción ………………………………………………………………………………………………………… 142
6.2 ¿Qué es un filtro?………………………………………………………………………………………………………… 142
6.3 Filtros lineales espaciales ………………………………………………………………………………  144
6.3.1 Matriz del filtro …………………………………………………………………………………………………………  144
6.3.2 Operación de los filtros ………………………………………………………………………………  145
6.4 Cálculo de las operaciones de filtro en MATLAB  …………………………………………………… 146
6.5 Tipos de filtros lineales ……………………………………………………………………………… 150
6.5.1 Filtros de suavizado ……………………………………………………………………………… 150
6.5.2 Filtros de diferencia ……………………………………………………………………………… 152
6.6 Características formales de los filtros lineales …………………………………………………… 153
6.6.1 Convolución lineal y correlación ……………………………………………………………………………… 154
6.6.2 Propiedades de la convolución lineal …………………………………………………… 156
6.6.3 Separabilidad de los filtros ……………………………………………………………………………… 157
6.6.4 Respuesta al impulso de un filtro …………………………………………………… 158
6.7 Adición de ruido a imágenes con MATLAB …………………………………………………… 160
6.8 Filtros no lineales espaciales…………………………………………………….  164
6.8.1 Filtros máximos y mínimos …………………………………………………… 165
6.8.2 Filtro de la mediana …………………………………………………… 167
6.8.3 Filtro de la mediana con ventana de multiplicidad……………………………………………………  169
6.8.4 Otros filtros no lineales……………………………………………………  171
6.9 Filtros espaciales lineales en MATLAB …………………………………………………… 172
6.9.1 Tamaño de la correlación y convolución …………………………………………………… 172
6.9.2 Manejo de las fronteras de la imagen …………………………………………………… 177
6.9.3 Funciones de MATLAB para filtros lineales espaciales …………………………………………………… 180
6.9.4 Funciones de MATLAB para el filtraje espacial no lineal …………………………………………………… 182
6.10 Filtro binario ……………………………………………………………………………… 186
6.10.1 Implementación del filtro binario en MATLAB …………………………………………………… 189

Capítulo 7
Detección de bordes ……………………………………………………………………………… 195
7.1 Introducción …………………………………………………………………………………………………………  196
7.2 Bordes y contornos ……………………………………………………………………………… 196
7.3 Detección de bordes con técnicas del gradiente …………………………………………………… 196
7.3.1 Derivada parcial y gradiente ……………………………………………………………………………… 197
7.3.2 Filtro derivada ……………………………………………………………………………… 198
7.4 Filtros para la detección de bordes …………………………………………………… 199
7.4.1 Operadores Prewitt y Sobel …………………………………………………… 200
7.4.2 Operador Roberts ……………………………………………………………………………… 203
7.4.3 Operadores de Kirsch (compás) …………………………………………………… 204
7.4.4 Detección de bordes con MATLAB  ……………………………………………………205
7.4.5 Funciones de MATLAB para la detección de bordes ………………………… 210
7.5 Operadores basados en la segunda derivada …………………………………………………… 212
7.5.1 Detección de bordes con la segunda derivada …………………………………………………… 212
7.5.2 Mejora de nitidez en las imágenes …………………………………………………… 212
7.5.3 Filtro Laplaciano y nitidez de la imagen …………………………………………………… 216
7.5.4 Filtro Canny ……………………………………………………………………………… 218
7.5.5 Herramientas de MATLAB para el filtro de Canny ………………………… 219

Capítulo 8
Determinación de esquinas …………………………………………………… 221
8.1 Introducción ……………………………………………………………………………… 222
8.2 Esquinas en una imagen …………………………………………………… 222
8.3 Algoritmo de Harris …………………………………………………… 222
8.3.1 Matriz de estructuras …………………………………………………… 223
8.3.2 Filtrado de la matriz de estructuras…………………………………………………… 223
8.3.3 Cálculo de los valores y vectores propios ………………………… 223
8.3.4 Función del valor de la esquina (V) …………………………………………………… 225
8.3.5 Determinación de los puntos esquina …………………………………………………… 226
8.3.6 Implementación del algoritmo…………………………………………………… 226
8.4 Determinación de puntos esquina con MATLAB …………………………………………………… 230
8.5 Otros detectores de esquinas…………………………………………………… 236
8.5.1 Detector Beaudet …………………………………………………… 236
8.5.2 Detector Kitchen & Rosenfeld ………………………… 240
8.5.3 Detector de Wang & Brady ………………………… 243

Capítulo 9
Detección de líneas …………………………………………………… 249
9.1 Introducción. Estructuras en una imagen ………………………… 250
9.2 Transformada de Hough …………………………………………………… 250
9.2.1 Espacio de parámetros …………………………………………………… 252
9.2.2 Matriz de registros de acumulación ………………………… 254
9.2.3 Cambio de modelo paramétrico ………………………… 255
9.3 Implementación de la transformada de Hough ………………………… 256
9.4 Codificación de la transformada de Hough en MATLAB ………………………… 260
9.5 Detección de líneas mediante funciones de MATLAB ………………………… 268
9.5.1 Detección de líneas de las funciones de MATLAB ………………………… 270

Capítulo 10
Operaciones morfológicas …………………………………………………… 275
10.1 Introducción …………………………………………………… 276
10.2 Contracción y crecimiento de estructuras …………………………………………………… 276
10.2.1 Tipos de vecindad entre pixeles …………………………………………………… 278
10.3 Operaciones morfológicas fundamentales …………………………………………………… 278
10.3.1 Estructura de referencia …………………………………………………… 279
10.3.2 Conjunto de puntos …………………………………………………… 279
10.3.3 Dilatación …………………………………………………… 280
10.3.4 Erosión …………………………………………………… 281
10.3.5 Propiedades de la dilatación y erosión …………………………………………………… 282
10.3.6 Diseño de filtros morfológicos…………………………………………………… 283
10.4 Detección de bordes en imágenes binarias …………………………………………………… 285
10.5 Combinación de operaciones morfológicas…………………………………………………… 287
10.5.1 Apertura ……………………………………………………………………………… 287
10.5.2 Cierre…………………………………………………… 288
10.5.3 Propiedades de las operaciones apertura y cierre …………………………………………………… 288
10.5.4 Transformación de éxito o fracaso (‘hit-or-miss’)…………………………………………………… 288
10.6 Filtros morfológicos para imágenes a escala de grises…………………………………………………… 290
10.6.1 Estructura de referencia…………………………………………………… 290
10.6.2 Dilatación y erosión para imágenes de intensidad………………………… 291
10.6.3 Apertura y cierre con imágenes a escala de grises………………………… 293
10.6.4 Transformación top-hat y bottom-hat………………………… 296
10.7 Funciones de MATLAB para operaciones morfológicas ………………………… 297
10.7.1 Función strel …………………………………………………… 298
10.7.2 Funciones de MATLAB para la dilatación y erosión………………………… 301
10.7.3 Funciones de MATLAB que involucran apertura y cierre ………………………… 302
10.7.4 Función bwmorph …………………………………………………… 303
10.7.5 Etiquetado de componentes convexos ………………………… 306

Índice analítico …………………………………………………… 309

A color
Páginas:
312
Edición:
1
Año Publicación:
20/02/2018
ISBN:
9788426726193
Formato:
17x23 cms
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