Image Processing Toolbox 7.0

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あきたけこしの
7 years ago
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1 Image Processing Toolbox 7.0 画像処理解析可視化アルゴリズム開発 Image Processing Toolbox は画像処理解析可視化およびアルゴリズム開発のための包括的な参照標準アルゴリズムやグラフィカルツールを提供します画像の強調ボケの修正特徴検出ノイズ除去画像分割空間変換画像のレジストレーションを実行することができます Image Processing Toolbox に含まれる関数の多くはマルチスレッドに対応しておりマルチコアコンピューターやマルチプロセッサコンピューターのメリットを活かすことが可能です Image Processing Toolbox はハイダイナミックレンジ画像ギガピクセル解像度を持つ画像 ICC に準拠した色を含む画像断層画像などさまざまな種類の画像をサポートしますグラフィカルツールにより画像の調査ピクセル領域の調査コントラストの調整コンターまたはヒストグラムの作成関心領域 (ROI) の操作を行うことができますまた劣化した画像の復元特徴の検出と測定形状やテクスチャの解析画像のカラーバランスの調整を行うアルゴリズムが用意されています主な機能画像の強調フィルタリングおよびボケの修正画像分割形態学的演算特徴抽出測定などの画像解析空間変換画像のレジストレーション FFT DCT ラドンファンビーム投影法などの画像変換任意の大きい画像を処理表示およびナビゲーションするためのワークフロー関心領域 ROI 選択やヒストグラム距離測定のための対話的なモジュラーツール ICC カラーマネージメント多次元画像処理画像シーケンスおよび動画の表示 DDICOM インポートおよびエクスポート画像のインポートとエクスポート Image Processing Toolbox はデジタルカメラ衛星用センサー空中センサー医療用画像機器顕微鏡望遠鏡など幅広い科学機器によって生成された画像をサポートしていますこれらの画像は単精度または倍精度浮動小数点や符号付きまたは符号なしの 8 ビット 16 ビット 32 ビット整数などさまざまなデータタイプで可視化解析処理を行うことが可能です画像を MATLAB 環境にインポートまたは MATLAB 環境からエクスポートして処理する方法もいくつか用意されています Image Acquisition Toolbox を使用して Web カメラフレームグラバー DCAM 対応カメラなどの機器からライブ画像を取り込むことができますまた Database Toolbox を使用すると ODBC/JDBC に準拠したデータベースに格納された画像にアクセスすることができます MATLAB は JPEG JPEG-2000 TIFF PNG HDF HDF-EOS FITS Microsoft Excel ASCII バイナリファイルなどの標準的なデータフォーマットおよび画像フォーマットをサポートしていますま 1

2 た LANDSAT などで使用されているマルチバンド画像フォーマット (BIP と BIL) もサポートしています低水準 I/O 関数とメモリマッピング関数を使用すれば任意のデータフォーマットに対応するカスタムルーチンの開発が可能です Image Processing Toolbox は多くの特殊な画像ファイルフォーマットをサポートします医療用画像に関しては関連メタデータや Analyze7.5 および Interfile フォーマットの解析を含む DICOM ファイルフォーマットをサポートしていますまた NITF フォーマットによる地形画像や HDR フォーマットによる高ダイナミックレンジ画像の読み込みが可能です一連の DICOM ファイルからの MRI 断層画像の表示これにより MATLAB で医療用画像の可視化と調査が可能画像の表示と調査 Image Processing Toolbox は MATLAB のグラフィック機能を拡張し高度にカスタマイズ可能な画像表示機能を提供します単一のウィンドウに複数の画像を表示したりテキストやグラフィックで注釈を付けたりヒストグラム断面図コンタープロットなどの特殊な表示を作成することができます表示関数に加えて画像の調査や GUI の構築を行うための対話的なツールセットも提供されます画像情報の表示画像のズームとパンピクセル領域の精密な調査を行うことができます点線矩形ポリゴン省略自由曲線などにより関心領域 ROI を対話的に指定操作することが可能ですまた切り抜きコントラストの調整距離の測定を対話的に行うこともできますこれらの 2

3 ツールセットは Image Tool の内部から使用できるほか GUI のカスタマイズに使用可能な関数からも使用することもできます Image Tool による典型的な対話型操作環境 Image Tool ウィンドウで拡大図を見る際 Overview ウィンドウ左が位置をナビゲートします Pixel Region ウィンドウ右は画像の超拡大図でピクセル値を表示しますパリの LANDSAT 画像は Space Imaging, LLC が提供関心領域ツールを使用してマスクを作成した例元画像の項目 (上) を選択してマスク (下) を作成しています 3

4 動画および画像シーケンスを時間経過に従ってビデオビューアーもしくはイメージモンタージュで表示させる機能が含まれますボリューム可視化ツールにより多次元画像データセットの等値面表示を作成することも可能です動画シーケンスの特定のフレームで一時停止したビデオビューアー画像の前処理と後処理 Image Processing Toolbox は干渉ノイズ低ダイナミックレンジ焦点のずれた光や入出力機器での色彩表現の違いなど頻発するシステム問題を解決するプリ/ポストプロセッシングのための参照標準アルゴリズムを提供します Image Processing Toolbox の画像強調画像強調手法より SN 比を高め色彩や強度を変更することで画像の特徴を強調することができます以下のことが行えます # ヒストグラム平坦化の実行無相関ストレッチの実行ダイナミックレンジの再配置ガンマ値の調整線形フィルターメディアンフィルター適応フィルターの実行 Image Processing Toolbox には専用のフィルタリングルーチンや汎用的な多次元フィルタリング関数が用意されています多次元フィルタリング関数では整数型の画像を扱えるほか複数の境界パディングオプションにより畳み込みや相関を実行することができますまたあらかじめ定義されたフィルターやユーザ定義の線形フィルターを設計実行するための関数も提供されています 4

5 MATLAB と Image Processing Toolbox を使用して不均一な背景強度を持つ画像の連結コンポーネント解析を実行した例 Image Processing Toolbox にはブラインド Lucy-Richardson 法 Wiener 法正則化フィルターによるデコンボリューションなどの画像ボケ修正画像ボケ修正アルゴリズムと点像分布関数および光学伝達関数間の変換機能が含まれていますこれらの関数により焦点のずれた光撮影時のカメラや対象物のブレ大気条件露光時間の短さなどによって生じるぼけを正確に修正します画像のぼけ修正関数はすべて多次元画像に対応しています Iボケ修正アルゴリズムを適用した太陽の画像画像提供は SOHO EIT Consortium Image Processing Toolbox のデバイス非依存カラーデバイス非依存カラーマネージメントマネージメントにより入出力機器の種類を問わず色を正確に表現することが可能になりますこの機能はある特定の機器の特性を解析する場合や色精度を定量的に測定する場合あるいは複数の異なる機器に対するアルゴリズムを開発する場合に有効です専門の関数により srgb XYZ xyy L*a*b* uvl L*ch といった機器依存のない色空間へ画像を変換することが可能です 5

6 さらなる柔軟性および制御のために ICC バージョン 4 をベースとしたカラーマネージメントシステムを用いたプロファイルベースの色空間変換をサポートしています例えば n- 次元 ICC カラープロファイルをインポートし特定の入出力機器に対する既存の ICC カラープロファイルを編集したり表現に対する仕様や対象機器が準拠するすべてのプロファイルを見つめるために新規にプロファイルを作成することが可能です FFT や DCT などの画像変換画像変換は画像の強調解析復元圧縮などの画像処理において重要な役割を果たします Image Processing Toolbox はラドン変換やファンビーム投影法などの画像変換手法を提供します逆ラドン変換を用いて平行ビームおよびファンビーム投影データ断層撮影アプリケーションでは一般的なデータタイプから画像を復元することができます画像変換は MATLAB と Wavelet Toolbox でも使用できます画像処理アプリケーションでは多くの場合データクラス間および画像タイプ間の画像置換画像置換が必要となります Image Processing Toolbox は単精度および倍精度浮動小数点符号付きもしくは符号なしビット整数を含むデータクラスの変更のためのさまざまなユーティリティを提供しますまたバイナリグレースケールカラーインデックスおよびトゥルーカラーといった画像タイプの変更のためのアルゴリズムが提供されています特にカラー画像ではさまざまな色空間 (YIQ HSV YCrCb など) が使用可能でベイヤーパターン符号化画像やハイダイナミックレンジ画像もサポートされています画像の解析 Image Processing Toolbox は包括的な参照標準アルゴリズムや統計解析特徴抽出特性計測などの画像解析のためのグラフィカルツールを提供します統計関数以下の機能を用いて画像の全般的な特徴を解析します平均標準偏差の計算線分に沿った強度値の測定画像ヒストグラムの表示強度値の特徴のプロッティング 6

7 画像の赤チャンネルのヒストグラムを表示エッジ検出アルゴリズム画像内の対象物の境界線を特定することができます Sobel Prewitt Roberts Canny ガウスの Laplacian 法が用意されています強力な Canny 手法はノイズの影響を抑え正確に弱いエッジを検出します画像区分けアルゴリズム画像の領域の境界を決定します自動しきい値エッジベース手法 watershed 変換などの接触した対象物の区分けに使用される形態学に基づく手法など様々な画像区分け方法が用意されています分割と形態学的演算を使用して航空機を検出し輪郭を示した例形態学的演算子エッジの検出コントラストの強調ノイズの除去画像の複数領域への区分け領域の細分化領域での細線化の実行を行うことができます Image Processing Toolbox の形態学的関数は以下の通りです 7

8 縮退 Erosion および膨張 dilation オープニング opening およびクロージング closing 結合部位 Connected Component のラベリング watershed 区分け再構成距離変換また Image Processing Toolbox には高度な画像解析アルゴリズムも含まれています以下の機能を含みます面積重心境界などの特定の画像領域の特性の測定線の検知ハフ変換を用いた画像からの線分の抽出テクスチャ解析関数を用いた表面粗度色彩変化などの特性の測定空間変換画像のレジストレーション空間変換とは画像のピクセル間の空間的関係を変更することですこの機能は画像の回転サムネイルの作成幾何学的変形画像のレジストレーションなどに役立ちます Image Processing Toolbox はサイズ変更回転対話的な画像の切り抜きなどの一般的な変換操作に加えて任意次元配列に対する汎用的な変換もサポートしています画像のレジストレーションはリモートセンシングや医療用画像処理をはじめ定量分析や定性的比較のために画像の位置合わせを必要とするアプリケーションにおいて重要な役割を果たします Image Processing Toolbox により 2 枚の画像の中で対となるポイントを対話的に選択し線形等角アフィン射影法多項式区分的線形局所加重平均などの空間的変換を行い画像を並べ替えますまた正規化 2-D 相互相関を用いた画像レジストレーションを実行することも可能です 8

9 コントロールポイントを選択して航空写真を正射写真に位置合わせした例ランドマークポイントの選択と画像の位置合わせには Control Point Selection ツールが役立ちます (結果下) カラーの航空写真 (左上) は mpower3/ Emerge が提供グレースケールの正射写真 (右上) は MassGIS が提供大きい画像の操作サイズの大きい画像は標準的な方法で処理や表示を行うことは困難です Image Processing Toolbox は他の手法では扱えないような大きい画像を操作するための専用のワークフローを提供します大きい画像全体をメモリに読み込まずに画像を空間タイルに分割して異なる解像度レベルでリサンプルする低解像度のデータセット (R セット) を作成することができますこのワークフローにより画像の表示とナビゲーションのパフォーマンスが向上しますまたブロック処理ワークフローを使用して大きい画像の各ブロックに関数を適用することも可能でこの場合はメモリ使用量が大幅に軽減されます大きい画像の操作を Parallel Computing ToolboxTM を使って行うことも可能です 9

10 パリの大きなマルチスペクトル画像画像をブロックに分割して処理することによりメモリ使用量が軽減画像提供は Space Imaging, LLC リソース製品詳細デモ動作環境オンラインユーザーコミュニティ評価版ソフトウェア技術トレーニングサービス営業窓口サードパーティ製品とサービステクニカルサポート世界各地のお問い合わせ先 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders. 10

MATLAB ではじめる画像処理とロボットビジョン ~ 機械学習による物体認識と SLAM~ MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部信号処理通信木川田亘 2015 The MathWorks, 1Inc.

MATLAB ではじめる画像処理とロボットビジョン ~ 機械学習による物体認識と SLAM~ MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部信号処理通信木川田亘 2015 The MathWorks, 1Inc. ロボットビジョンとはロボットに搭載することを目的としたコンピュータービジョン技術の一分野標識認識などさまざまな環境下での物体認識や複雑なシーンの理解未知の領域を探索する際にロボット自身の位置推定と地図作成(SLAM)