Curs 2015-16

Processament d'Imatges

Titulació: Codi: Tipus:
Grau en Enginyeria Informàtica 21482 Optativa
Grau en Enginyeria Telemàtica 21763 Optativa
Grau en Enginyeria en Sistemes Audiovisuals 21612 Obligatòria 3r curs

 

Crèdits ECTS: 4 Dedicació: 100 hores Trimestre: 1r

 

Departament: Dept. de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions
Coordinador: Coloma Ballester
Professorat:

Coloma Ballester i Vadim Fedorov

Idioma:

Anglès

Horari:
Campus: Campus de la Comunicació - Poblenou

 

Presentació de l'assignatura

Processament d’Imatges és una assignatura obligatòria de tercer curs del Grau en Enginyeria en Sistemes Audiovisuals, optativa en el Grau en Enginyeria en Informàtica i Grau en Enginyeria en Telemàtica, i està dedicada a una introducció als fonaments del processament d’imatges. 

El sistema visual humà i la informació visual juguen un paper important en les nostres vides. Avui en dia, molta d'aquesta informació és representada i processada digitalment. L’objectiu de l’assignatura és la comprensió i el desenvolupament de tots els aspectes presents en un model bàsic d'adquisició d'imatges i els processos que permeten passar d'una imatge analògica a una digital. De forma breu, aquests processos són: les deformacions provocades per l'òptica, les correccions de contrast dels sensors, el mostreig espacial (i temporal en el cas de vídeo) de la imatge, la quantització dels seus valors, i la presència eventual de soroll. En el curs de processament d’imatges estudiem cada un d'aquests processos i els problemes que plantegen de cara a l'extracció d'informació sobre l’escena presents en una imatge. Cobrirem temes com mostreig i quantització, color, operacions puntuals, segmentació, processament morfològic de la imatge, filtratge lineal i correlació, transformades, multiresolució, reducció de soroll, i compressió d'imatges. En el curs es veuran i implementaran diferents aplicacions que van des d’un detector de pell, un detector de cares per al reconeixement de cares, segmentació d’imatges, eliminació de soroll, per esmentar-ne algunes. 

 

Prerequisits

És altament recomanable que l'alumne parteixi d'un coneixement bàsics en àlgebra lineal, càlcul i mètodes numèrics, la transformada de Fourier i el seu significat, coneixement dels grafs i les estructures de dades, coneixements bàsics sobre variables aleatòries. Aquests coneixements previs són una eina útil per a comprendre l’assignatura. En alguna ocasió es farà un repàs durant el curs. En qualsevol cas, cal haver cursat les assignatures: Àlgebra Lineal i Matemàtica Discreta, Càlcul i Mètodes Numèrics,Senyals i Sistemes i Probabilitat i Processos Estocàstics.

La continuació natural de l’assignatura Processament d’Imatges és Processament de Vídeo, així com Sistemes de Codificació d’Imatge i Vídeo i les assignatures optatives del Bloc d’Imatge i Vídeo.

 

Competències

Competències transversalsCompetències específiques

Instrumentals
G1. Capacitat d'anàlisi i síntesi
G2. Capacitat d'organització i
planificació
G3. Capacitat per aplicar els coneixements a l'anàlisi de situacions i la resolució de problemes
G4. Habilitat en la cerca i la gestió de la informació
G5. Habilitat en la presa de decisions


Interpersonals
G8. Capacitat de treball en equip

Sistèmiques
G11. Capacitat d'aplicar amb flexibilitat i creativitat els
coneixements adquirits i
d'adaptar-los a contextos i situacions noves
G12. Capacitat per progressar en els processos de formació i
aprenentatge de manera
autònoma i contínua

Competències Específiques de Formació Bàsica
B7-T. Comprendre i utilitzar els principis de la probabilitat, els conceptes de variable aleatòria, processos estocàstics, processos ergòdics i
estacionaris i la seva aplicació a les
telecomunicacions.


Competències de tecnologia específica:
Sistemes Audiovisuals
AU1. Capacitat de construir, explotar i
gestionar serveis i aplicacions de
telecomunicacions, enteses aquestes com a sistemes de captació, tractament analògic i digital,
codificació, transport, representació,
processament, emmagatzematge,
reproducció, gestió i presentació de serveis audiovisuals i informació
multimèdia.

AU13. Adquirir els coneixements bàsics
de funcions cerebrals associades a la percepció i cognició visual i auditiva.
Estudiar les característiques
fonamentals de la percepció acústica i visual.

AU17. Adquirir els coneixements bàsics
del processament d'imatges: Adquisició, color, mostreig i
quantització, els mètodes basats en transformades, la morfologia matemàtica. Conèixer la teoria de la
informació i la compressió d'imatges.

AU18. Adquirir els coneixements bàsics
sobre l'anàlisi d'imatges. Adquirir els coneixements bàsics sobre l'obtenció
de forma a partir del moviment, de la visió estereoscòpica, de la textura o de la intensitat.

AU19. Adquirir els coneixements sobre
l'estimació de paràmetres d'una càmera. Adquirir els coneixements bàsics sobre les relacions geomètriques
entre diverses vistes d'una escena i la geometria de l'escena a partir d'imatges.

AU26. Conèixer els fonaments pràctics i
teòrics dels equips involucrats en la captura de vídeo, la seva reproducció així com el seu ús i aplicació en els sistemes audiovisuals més habituals avui dia.
E1. Adquirir els coneixements bàsics sobre el sistema visual humà.
E2. Coneixement bàsic dels sistemes d’adquisició d’imatges.
E3. Assolir una comprensió bàsica sobre el color i les seves representacions.
E4. Assolir el coneixement i comprensió de la
transformada ràpida de Fourier i el seu us en
processament d’imatges.
E5. Entendre el problema del mostreig, eina
bàsica per passar de l’analògic al digital, així
com la geometria del mostreig en dues
dimensions.
E6. Adquirir nocions bàsiques sobre quantització aplicades a imatges: una altra eina bàsica per passar de l’analògic al digital.
E7. Equalització de l’histograma d’una imatge.
Canvis de contrast, models de canvis d’iluminació global.
E8. Morfologia matemàtica: una eina per a l’anàlisi de formes.
E9. Segmentació d’imatges

Competències transversals: Aquelles que es requereixen en l'exercici de qualsevol titulació o carrera (comunicació verbal i escrita, pensament analític i sistèmic, resolució de problemes, creativitat, etc.). Es classifiquen en:
Instrumentals: Inclouen habilitats cognitives, metodològiques, tecnològiques i lingüístiques. (Ex:
capacitat d'organitzar i planificar, capacitat de comunicar-se amb propietat de forma oral i escrita en
català, castellà i/o anglès, tant davant d'audiències expertes com inexpertes).
Interpersonals: Es defineixen com habilitats que tendeixen a facilitar els processos d'interacció social
i cooperació. (Ex: capacitat per a treballar en grup, expressió del compromís ètic/social).
Sistèmiques o integradores: Suposen una combinació de comprensió, sensibilitat i coneixement que permeten veure com s’agrupen i s’estableixen relacions entre les parts d’un tot. Aquestes
competències requereixen, com a base, l'adquisició prèvia de competències instrumentals i
interpersonals. (Ex: capacitat d'adaptar-se a nous contexts d'aprenentatge)

Competències específiques: Es relacionen amb els coneixements i pràctiques concretes del grau. (Ex:
capacitat de descriure, programar, validar i optimitzar protocols i interfaces de comunicació en els
diferents nivell d’una arquitectura de xarxes)

 

 

Avaluació

Criteris generals d’avaluació

Els mecanismes d’avaluació de les competències seran:

· Proves d’execució (no recuperable): cinc pràctiques als laboratoris d’ordinadors. La realització de les pràctiques en les classes corresponents és un requisit indispensable per a aprovar l’assignatura. És necessari tenir aprovades el 60 per cent de les pràctiques. Les pràctiques es lliuren individualment. S’avaluen mitjançant lliurement d’informe i codi comentat i, eventualment, una defensa oral individual.S’ha de tenir almenys una nota de 5 de mitjana i en aquest cas la nota compta un 25% de la nota de l’assignatura.

· Productes escrits (no recuperable): farem una prova individual o control per tal de fer un seguiment dels conceptes explicats a les classes de teoria i a les classes de pràctiques i exercicis. Aquesta prova individual de seguiment compta un 15%.

· Prova escrita final individual (recuperable): sobre aspectes teòrics i exercicis similars als realitzats als seminaris o explicats a les classes teòriques i de seminaris, o relacionats amb les pràctiques de l’assignatura. Per poder fer la prova escrita, s’ha de tenir almenys un 5 a les proves d’execució. Per aprovar l’assignatura, la nota mínima obtinguda en aquesta prova escrita ha de ser de 5. Per altra banda, si l’estudiant ha obtingut una qualificació major que 5 en el control escrit, no caldrà que en la prova escrita final s’examini dels continguts aprovats, i ambdues proves li comptaran un 65%. En cas contrari, l’estudiant haurà d’examinar-se sobre tots els continguts de l’assignatura i aleshores aquesta prova compta un 50%.

· Prova de validació d’execució (recuperable): Prova relacionada amb les pràctiques. Compta un 10%.


A mode de resum, presentem la següent taula:

 ElementsPesRecuperable
Proves d’execució

Pràctiques

*Condició: mínim de 60% aprovades

25%

No recuperable

Productes escrites

Prova individual de seguiment

 15%

No recuperable

Prova escrita

Prova individual escrita

*Condició per fer la prova: nota >=5 en les proves d’execució

*Condició sobre la prova escrita: mínim de >=5

 50%

(veure detalls en el texte)

 Recuperable

Prova de validació
d’execució

Prova relacionada amb les proves d’execució

 10%

  Recuperable

 

Continguts

Bloc de continguts 1. Introducció. El sistema visual humà. Algunes lleis de percepció.

Bloc de continguts 2. Color. Fonaments de color. Sistemes de representació del color.

Bloc de continguts 2. La transformada de Fourier i les seves aplicacions al processament d’imatges. El problema del mostreig. Aliasing. Wavelets.

Bloc de continguts 3. Quantització d’imatges. Equalització d’imatges. Conceptes de probabilitats aplicats a imatges.

Bloc de continguts 4. Morfologia matemàtica i els invariants bàsics per canvis d’il·luminació. Els operadors bàsics de la morfologia matemàtica. Filtres bàsics. Eliminació de soroll. Anàlisi bàsic de formes.

Bloc de continguts 5. Segmentació d’imatges. Introducció al reconeixement de formes.

 

Concreció per competències:

Competències a assolir
en l’assignatura
Indicador
d’assoliment
Procediment
d’avaluació
Temporalització

Capacitat d’anàlisi i síntesi (G1).

Habilitat en la cerca i la gestió de la informació (G4).

Resolució de
qüestions
teòriques i
pràctiques.
Proposta de
solucions a
problemes plantejats.
Consulta de bibliografia

Seminaris, practiques, sessions de teoria i proves individuals.

Tot el trimestre.

Capacitat per a aplicar els coneixements a l’anàlisi de situacions i a la resolució de problemes (G3).

Capacitat d'organització i planificació (G2).

Habilitat en la presa de decisions (G5).

Anàlisi
correcte i
proposta de
solució de
problemes
plantejats.

Seminaris,
practiques i
proves
individuals.

Tot el trimestre.

Capacitat de treball en equip (G8).

Participació
en les
practiques i
en els
seminaris.

Pràctiques i
seminaris.

Tot el trimestre.

Capacitat d’aplicar amb flexibilitat i creativitat els coneixements adquirits i d’adaptar-los a contexts i situacions noves (G11). Treball en
pràctiques i
seminaris.
Pràctiques i
seminaris.

Tot el trimestre.

Capacitat per a progressar en els processos de formació i aprenentatge de manera autònoma i contínua (G12). Qualitat de
les memòries
de les
pràctiques
(proves
d’execució),
del resultat de
seminaris i
revisió del
material de teoria.
Teoria,
Pràctiques i
seminaris.

Tot el trimestre.

Competències
especifiques: E1-E9.
Competències B7-T, AU1,
AU13, AU17-19, AU26.
Realitzar
correctament
les diferents
proves de
l’assignatura.
Pràctiques/proves
d’execució,
Productes escrits
i prova escrita
final

Tot el trimestre.

 

Metodologia

La metodologia d'aquesta assignatura combina sessions presencials, treball individual i treball en grup. Les sessions presencials seran tant sessions magistrals d'explicació del professor com sessions de pràctiques de laboratori i sessions de seminari, amb treball individual i en grup realitzat pels alumnes. Les sessions magistrals i de pràctiques tindran una durada de dues hores, mentres que les de seminari d'una hora. De forma més detallada, el treball dins i fora de l'aula s'ha organitzat de la forma següent:

· Sessions magistrals o de grup gran: es tracta de nou sessions en les que s'introdueixen els conceptes teòrics i es mostren els procediments adequats per a la resolució de pràctiques i problemes. El professor explicarà els conceptes teòrics bàsics i s'encarregarà de proposar i resoldre exemples de problemes tipus per tal de clarificar la teoria i per tal que els alumnes tinguin una primera aproximació a allò que es trobaran a la classe de seminaris. El pes de la sessió el porta el professor i s'espera dels alumnes que participin realitzant preguntes i comentaris.

· Pràctiques amb ordinador: són 5 sessions en grup mitjà, de dues hores de duració. Prèviament els alumnes disposaran de l'enunciat i material necessari per a preparar la sessió. La dinàmica d'aquestes sessions és la següent: En primer lloc, el professor fa una explicació breu de la pràctica a desenvolupar i després els alumnes treballen per a la realització de la pràctica que entregaran a l'acabar la classe.

· Sessions de seminari: són 8 sessions en grup petit, d'una hora o dues de duració. En aquestes sessions es resoldran exercicis pràctics sobre el contingut del temari explicat a les classes de teoria. Prèviament els alumnes disposaran dels enunciats i material necessari per a preparar la sessió.

 

 Activitats a l'aulaHores fora de l'aula
Blocs de
contingut
Grup granGrup mitjàGrup petit 

 Bloc 1

4

2

1

11

 Bloc 2

4

2

2

10

 Bloc 3

3

2

1

10

 Bloc 4

4

2

2

11

 Bloc 5

2

2

1

8

 Bloc 6

1

 

1

6

Prova final individual

     

8

Total:

 18

10

8

64

Total: 100

 

Recursos

Bibliografia bàsica:
· R.C. GONZALEZ and R.E. WOODS, Digital Image Processing, Addison-Wesley, 1992.
· K.R. CASTLEMAN, Digital Image Processing, Prentice Hall, 1996
· A. ROSENFELD and A. KAK. Digital Picture Processing, Academic Press, 1992.
· P. SOILLE, Morphological Image Analysis. Principles and Applications, Springer-Verlag


Bibliografia complementària:
· Jean SERRA, Image Analysis and Mathematical Morphology. Academic Press, 1982
· M. VETTERLI and J. KOVACEVIC. Wavelets and subband coding. Prentice Hall, 1995.
· A. MURAT TEKALP. Digital Video Processing. Prentice hall 1995.
· Stephan MALLAT. A wavelet tour to signal Processing. Academic Press 1999.
· Richard Szeliski, Computer Vision. Algorithms and Applications. Springer, 2011, DOI: 10.1007/978-1-84882-935-0 http://szeliski.org/Book/


Recursos didàctics i material docent:
A cada sessió presencial li correspondrà material docent que els professors posaran a l'abast dels alumnes mitjançant l'aula moodle de l’assignatura. Aquest material anirà des d'apunts, textos complementàries, articles, per a les sessions de teoria, fulls d'exercicis per a les sessions de seminari, guia pràctica i fonts d'informació diversos per a les sessions de pràctiques.