V této části bude zjednodušeně popsána problematika zpracování obrazu, vysvětleny základní pojmy, popsán program, ve kterém byla analýza prováděna a také je zde představen skript, s jehož pomocí byly vady detekovány.
3.1. Digitální obraz
3.1.1. Definice
Obraz může být modelován matematicky pomocí spojité skalární funkce f dvou nebo tří proměnných a je nazýván jako obrazová funkce. V jednoduchém případě je statický obraz popsán obrazovou funkcí dvou souřadnic f (x; y) v rovině (obecněji v ploše, například na přibližně kulové ploše sítnice). Obrazová funkce tří proměnných se použije, buď když se plošné obrazy mění v čase t, tj. f (x; y; t) nebo v případě objemových obrazů f (x; y; z). Rozměr matice je zároveň velikost obrazu [8].
3.1.2. Pixel
Pixel, z angličtiny zkratka slov picture element, je nejmenší, dále nedělitelný prvek, který tvoří digitální obraz. Neexistuje žádná standardní velikost pixelu. Množina pixelů je přesně uspořádána. Každý pixel je nositelem informace o barvě a jasu a má danou polohu. Barvám jednotlivých pixelů jsou přiřazena čísla. Tato čísla uspořádaná podle poloh jednotlivých pixelů pak vytvářejí datový soubor, který je vlastně elektronickým vyjádřením obrazu.
Na obrázku č. 8 lze vidět zobrazení obrazu jako matice nul a jedniček. Výchozí matice vypadá následovně:
0 0 0 0 1 0 0 0 0
Obrázek 8: Matice
Použitím příkazu imshow v prostředí Matlabu. lze takovouto matici zobrazit jako binární obraz, což je znázorněno na obrázku č. 9. Bílý čtverec uprostřed představuje číslo 1 z výše uvedené matice, černé čtverce vyjadřují čísla 0 ze stejné matice [8].
33
Obrázek 9: Pixel
3.1.3. DPI
DPI je zkratka, která se udává při pořizování skenů či digitálních fotografii. Pochází z angličtiny a jedná se o počáteční písmena spojení dot per inch. V překladu to znamená
„bodů na palec“ (jeden palec je při převodu do metrické soustavy roven 2,54 cm) a jedná se o údaj charakterizující kvalitu digitálního obrazu. Někdy se používá také zkratky PPI (pixel per inch), což v překladu znamená „pixelů na palec. Jako vysoce kvalitní a pro tisk vhodné fotografie jsou považovány ty, které mají 300 a více DPI.
V této práci jsou použity naskenované obrazy, které jsou v ještě vyšší kvalitě, konkrétně se jedná o 600 DPI. Ovšem se vzrůstající kvalitou roste zároveň velikost daných souborů a jejich náročnost při zpracovávání, proto nelze vždy jednoznačně říci:
„čím více, tím lépe“ [8].
3.1.4. BIT
BIT je složenina anglických slov binary digit a znamená to dvojkové číslo. Může nabývat vždy pouze dvou hodnot, 0 a 1. Většina systémů pro digitální zpracování obrazu používá kvantování do k stejných intervalů. Jestliže je pro reprezentaci informace o obrazovém elementu použito b bitů, je počet úrovní jasu k = 2b. Obvykle se používá 8 bitů na obrazový element, někdy 6, jindy postačí 4 bity. Binární obrazy reprezentují informaci o obrazovém bodu jediným bitem [8].
3.1.5. Práh, prahová hodnota
Práh je definován jako hraniční hodnota, jejíž pomocí je vytvořen binární obraz konverzí obrazu monochromatického. Práh je udáván v intervalu (0,1). Pokud
34
je překročena hodnota prahu, pak je daný obrazový bod znázorněn bílou barvou. Jestliže není prahová hodnota překročena, je obrazový bod vyjádřen černou barvou. Hodnota pro jednotlivé obrazové body je vypočtena jako podíl hodnoty obrazového bodu a hodnoty 256, což je součet všech hodnot, jichž může obrazový bod nabýt. Tento výsledek je následně porovnán s hodnotou prahu a pixel je zobrazen buď bíle, to v případě, že je hodnota prahu nižší než hodnota pixelu, nebo černě v případě nepřekročení prahové hodnoty.
3.1.6. Typy digitálních obrazů podle způsobu vzniku
Rozlišujeme dva základní typy digitálních obrazů. Rozdíl je ve způsobu, jak se tyto obrazy vytváří.
Vektorový obraz
Prvním typem je obraz vektorový, který je založen na matematických výpočtech a zobrazuje se pomocí základních geometrických útvarů, jako jsou body, přímky, křivky a mnohoúhelníky. Jedná se poměrně nový typ obrazu, vznikl s rozvojem počítačové grafiky. Jednotlivým útvarům nastavujeme vlastnosti a sestavujeme je do podoby výsledného obrazu (princip skládačky). Způsob práce se tedy odlišuje od práce s rastrovou (bitmapovou) grafikou. Vektorový obraz se skládá z následujících druhů prvků:
dvourozměrné objekty (obdélníky, elipsy, mnohoúhelníky),
čáry (úsečky, různé druhy křivek),
text,
rastrové objekty (např. fotografie).
Vektorové editory umožňují vložit do kresby i rastrový obrázek a omezeně s ním pracovat. Není to však vektorový prvek. Typické vlastnosti, se kterými u objektů pracujeme, jsou:
tvar,
rozměry,
síla, barva a styl čáry,
barva nebo struktura výplně [9].
Rastrový obraz
Druhým typem je obraz rastrový. Rastrový obraz neboli bitová mapa je složena z diskrétních obrazových bodů, tzv. pixelů, které se ovšem na první pohled jeví jako
35
spojité. Po přiblížení je patrné, že tomu tak není. Každý pixel nabývá určité číselné hodnoty, která reprezentuje barvu a její odstín a také má pevně danou polohu. Bývá uspořádán do mřížky, čím hustější je tato mřížka, tím ostřejší je výsledný obraz.
Na následujících obrázcích č. 10 a 11 lze porovnat vektorový a rastrový obraz [9].
Obrázek 10: Vektorový obraz [9] Obrázek 11: Rastrový obraz [9]
3.1.7. Typy digitálních obrazů podle barev Binární
Obraz skládající se pouze z 0 a 1, kde 0 vyjadřuje černou barvu a 1 barvu bílou, jedná se o nejjednodušší typ obrazu. Binární obrazy reprezentují informaci o obrazovém bodu jediným bitem, proto tedy jen 2 barvy, černá a bílá.
Monochromatický
Česky šedotónový, jedná se o obraz, který má barevnou škálu od 0 do 255, kde 0 značí absolutní černou a 255 absolutní bílou, tedy celkem může mít až 256 různých barevných odstínů. Informace o monochromatickém obrazovém bodu jsou reprezentovány 8 bity, z toho vyplývá 28 = 256 odstínů barev. Tento obraz lze získat například naskenováním, focením v černobílém módu, či upravením v grafickém editoru.
Barevný
Používá se též zkratka RGB obraz, kde R znamená červená (red), G značí zelenou (green) a B vyjadřuje barvu modrou (blue). Tento obraz je barevný, jak známe například z digitálního fotoaparátu, skládá se z 3 matic. Každá z výše uvedených barev má svou vlastní matici, pixely v každé z těchto matic nabývají opět hodnot od 0 do 255, kde tato čísla udávají sytost jednotlivých odstínů. „Smícháním“ všech těchto 3 bodů vznikne jeden výsledný bod, který je na závěr zobrazován. Celkem lze tedy rozlišovat 28 * 28 * 28 = 16 777 216 barev. K tomu počtu vede úvaha, že každá ze tří základních
36
barev může nabývat 28 odstínů a můžeme všechny tyto 3 různé barvy libovolně kombinovat.
Následující obrázky č. 12, 13 a 14 ilustrují stejný obrázek ve všech třech typech barevnosti obrazu.
Obrázek 12: Původní barevný obraz
Obrázek 13: Monochromatický obraz
Obrázek 14: Binární obraz, práh 0,5
37
Praktická část
4. Návrh možnosti řízení jakosti na žinylkové přízi s využitím