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2023年度秋学期 画像情報処理 第1回 イントロダクションー画像科学と数学 (2023. 9. 22)

Akira Asano
September 18, 2023

2023年度秋学期 画像情報処理 第1回 イントロダクションー画像科学と数学 (2023. 9. 22)

関西大学総合情報学部 画像情報処理(担当・浅野晃)
http://racco.mikeneko.jp/Kougi/2023a/IPPR/

Akira Asano

September 18, 2023
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Transcript

  1. 2023年度秋学期 画像情報処理
    浅野 晃
    関西大学総合情報学部
    イントロダクション ― 画像科学と数学
    第1回

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  2. 画像処理と画像科学

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  3. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像処理は手軽にできます
    3
    背景をぼかす ちょっとやりすぎ💦💦
    これは,かなり前に手作業で作ったものですが,
    いまではスマホ📱📱でほぼ自動でできます。

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  4. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像処理は手軽にできます
    4
    この写真は,近景🍰🍰☕と背景🌳🌳を別のカメラで撮影して,
    背景をぼかして近景と合成しています。
    こういう写真も,スマホ📱📱で簡単に撮れるようになりました。
    技術はどんどん進んでいきます。
    この講義では,基盤になる数学を説明します。

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  5. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5

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  6. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5

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  7. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5
    画像は,離散的な点(画素,
    pixel)の集まりでできている

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  8. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5
    画像は,離散的な点(画素,
    pixel)の集まりでできている

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  9. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5
    画像は,離散的な点(画素,
    pixel)の集まりでできている
    60 60 60
    65 65 65
    70 70 70

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  10. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5
    画像は,離散的な点(画素,
    pixel)の集まりでできている
    60 60 60
    65 65 65
    70 70 70
    各画素は,明るさ(輝度)を表す
    整数である

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  11. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    デジタル画像とは
    5
    画像は,離散的な点(画素,
    pixel)の集まりでできている
    60 60 60
    65 65 65
    70 70 70
    各画素は,明るさ(輝度)を表す
    整数である
    ※カラー画像の1画素=3原色のそれぞれの輝度を表す整数

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  12. 第1部
    画像とフーリエ変換

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  13. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像を明暗の波に分解
    7
    人は,大まかな形の違いは
    気になるが,細かい部分の
    差は気にならない
    世の中の画像は,波の足し合わ
    せでできていると考えられる
    なぜならば
    光は「波」だから
    心理的理由 物理的理由
    「細かい部分」は
    細かい波で表される
    なぜ,波で理解しようとする?

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  14. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像の生成(結像)
    8
    画像は回折格子の重ね合わせであり,
    それぞれの回折格子で回折された光が像面で干渉して,画像が再現される

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  15. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像の生成(結像)
    8
    画像は回折格子の重ね合わせであり,
    それぞれの回折格子で回折された光が像面で干渉して,画像が再現される
    画像は回折格子,すなわち波の重ね合わせである

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  16. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像の生成(結像)
    8
    画像は回折格子の重ね合わせであり,
    それぞれの回折格子で回折された光が像面で干渉して,画像が再現される
    画像は回折格子,すなわち波の重ね合わせである
    どんな波が重ね合わされているかを求める計算が[フーリエ変換]

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  17. 第2部
    画像情報圧縮

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  18. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像情報圧縮の必要性
    10
    この画像では,1画素の明るさを0〜255の整数で表す
    カラー画像ならば,R,G,Bで3倍必要
    1画素に,2進数8桁 = 8ビット = 1バイト必要
    1000万画素のデジタル画像は,約10メガバイト必要
    こういう画像は,1画素 = 16ビットで,
    2倍の20メガバイト必要なこともある
    動画ならば,1秒でこのデータ量の30倍?60倍?

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  19. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす

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  20. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解

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  21. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    ひとつのセルを,
    これらの波の重ね合わせで表す
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解

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  22. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    ひとつのセルを,
    これらの波の重ね合わせで表す
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解

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  23. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    ひとつのセルを,
    これらの波の重ね合わせで表す
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解
    細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない

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  24. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    ひとつのセルを,
    これらの波の重ね合わせで表す
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解
    細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない

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  25. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    JPEG方式による画像圧縮
    11
    画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
    ひとつのセルを,
    これらの波の重ね合わせで表す
    8×8ピクセルずつの
    セルに分解
    細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
    省略すると,データ量が減る

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  26. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    画像情報圧縮の例
    12
    データ量:80KB データ量:16KB
    (8×8ピクセルのセルが見える)
    (とても古い画像)

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  27. 第3部
    CTスキャナ — 投影からの画像の再構成

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  28. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    CTスキャナとは
    14
    CT(computed tomography) = 計算断層撮影法
    体の周囲からX線撮影を行い,そのデータから断面像を計算で求める
    Aquilion Precision
    (キャノンメディカルシステムズ)
    https://jp.medical.canon/general/What_is_CT

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  29. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    CTを実現するには
    15
    x
    y
    θ
    s
    軸s
    g(s, θ)
    u
    物体


    0
    g(0, θ)
    s
    ある方向からX線を照射し,その方向での
    吸収率(投影)を調べる
    すべての方向からの投影がわかれば,元の物体
    における吸収率分布がわかる(Radonの定理)

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  30. 第4部
    視覚と色彩

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  31. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    「色」は身近なものだけれど
    17
    赤緑青の「三原色」を組み合わせれば,どんな色でも表せる?🤔🤔
    「色」は,光の波長で決まっている?🤔🤔

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  32. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    「色」は身近なものだけれど
    17
    赤緑青の「三原色」を組み合わせれば,どんな色でも表せる?🤔🤔
    いいえ。
    この3色をつかえば「割合広い範囲の」色が表せるだけで,
    それでも表せない色はあります。
    「色」は,光の波長で決まっている?🤔🤔

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  33. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    「色」は身近なものだけれど
    17
    赤緑青の「三原色」を組み合わせれば,どんな色でも表せる?🤔🤔
    いいえ。
    この3色をつかえば「割合広い範囲の」色が表せるだけで,
    それでも表せない色はあります。
    「色」は,光の波長で決まっている?🤔🤔
    いいえ。
    波長590nmくらいの光は黄色に見えますが,
    赤(700nmくらい)と緑(550nmくらい)の光を混ぜても同じ黄色に見えます。

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  34. 18
    2023年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
    色彩学は,物理学で生理学で心理学
    18
    波長590nmくらいの光は黄色に見えますが,
    赤(700nmくらい)と緑(550nmくらい)の光を混ぜても同じ黄色に見えます。
    これは,人の眼のしくみのため。
    人の眼には,色を感じる細胞は3種類しかなく,
    それで可視光のすべての波長域をカバーしている
    さらに,人は色を見て暖色・寒色といった
    現実とは異なる感覚を感じる

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