Оптика

1. Теорія

Система IMG здійснює фрактальне стиснення зображень.

Кодування зображень здійснюється у градаціях сірого з використанням таких алгоритмів:

1. Стандартного фрактального квадродерева кодування
2. Фрактального квадродерева кодування з виділенням особливостей
3. Фрактального квадродерева кодування з виділенням особливостей та нейронною мережею, що самоорганізується, для класифікації доменів.

Ця програма дозволяє:

• Зберігати закодовані зображення як у вигляді текстового так і у вигляді бінарного рангового файлів;
• Декодувати зображення, збережене у вигляді текстового або бінарного рангового файлу;
• Порівнювати декодоване зображення з вихідним та обчислювати похибку шляхом віднімання зображень;
• Виводити зображення у градаціях сірого як двомірна поверхня у тримрному просторі.

За допомогою меню File можна відкрити різні типи вікон. Закодоване зображення знаходиться у файлі зображення в форматі *.bmp. Перед кодуванням кольорові зображення потрібно перевести у градації сірого. Дана програма працює тільки із зображенням у яких однакова ширина та висота (тобто квадратні кадри).

2. Порядок роботи

2.1. Відкрити вікно кодування системи IMG (File→Open Encode Image) та вибрати файл відповідно до поставленого викладачем завдання.

2.2. Скориставшись меню Image подивитися інформацію про дане зображення (його розмір) та усі значення характеристик зображення Show Image Feature. Ці характеристики потім використовуються програмою для створення домених та рангових областей.

2.3. Розтягнути зображення Stretch Bitmap, потім знову його повернути до початкового вигляду.

2.4. Перевести зображення у градації сірого Run→Gray Image. Знову розтягнути та подивитись як воно змінилося. Повернути вихідні розміри зображення.

2.5. Установити необхідні параметри кодування. Setup→Setup Image Encoding. Параметри у діалозі Encode Setup дозволяють керувати виконанням фрактального кодування (як швидкістю кодування, так і якістю декодованого зображення). Значення встановлені за замовчуванням, забезпечують прийнятну продуктивність для зображення у градаціях сірого розміром 256х256 пікселів.

- Спочатку потрібно зробити кодування Run→Encode Image скориставшись встановленими за замовчуванням параметрами та зберегти отриманий файл (у двох форматах: як ранговий та як бінарний ранговий). Побудова квадродерева відображається на екрані.

- Потім слід змінити кількість доменів у рядку та стовпчику Domain Rows, Columns (спочатку збільшити, потім зменшити порівняно з вихідними). Також зберегти отримані файли.

- Усі отримані квадродерева разом із вихідним зображенням внести у звіт, вказавши параметри кодування до кожного із квадродерев.

2.6. Відкрити вікно кодування методом самоорганізації (File→Open Selg Org Encode Image) та вибрати файл відповідно до поставленого викладачем завдання. У цьому вікні реалізується фрактальне кодування, яке використовує нейронну мережу, що самоорганізується, для класифікації доменів. Це вікно містить усі опції кодування, які є у звичайному вікні кодування плюс опції для задавання та навчання нейронної мережі, що самоорганізується.

2.7. Задати нейронную мережу, що самоорганізується. Setup→Setup Self Org Encoding. Подивитися параметри заданої нейромережі можна в меню Weights. Спочатку скористатися заданими за замовчуванням параметрами нейромережі. Потім змінити деякі параметри, наприклад кількість рядків та стовпчиків вагової ґратки (Lattice Rows, Cols). Отримані результати відобразити у звіті.

2.8. Запустити кодування методом самоорганізації. Якщо не обрати раніше навчений ваговий файл, то програма буде навчатись та обирати вагові коефіцієнти на основі файлу, який відкритий у даний момент у вікні. Можна відокремити навчання від кодування, обравши команду Weight→Train and Save Weights ti File. Коли починається процес навчання на екрані з’являється лінійний індикатор, що показує, на якому етапі процесу навчання ми знаходимося.

2.9. Зберегти отримані результати кодування як ранговий та бінарний файли.

2.10. Зробити декодування закодованих зображень, які були збережені як рангові та бінарні рангові файли командами File→Open Range File або File→Open Binary Range File.

- Спочатку подивитись вигляд квадродерева Run→Show Quadtree Partition Only (занести у звіт)

- Потім подивитись результуюче зображення у градаціях сірого Run→Gray Image (занести у звіт)

- Запустити процес декодування в автоматичному режимі Run→Iterate Decoding (результат занести в звіт), кількість ітерацій можна змінювати.

2.11. Змінити установки декодування у діалогу Decode Setup, змінивши наприклад кількість рядків та стовпчиків. Декодер не знає розмірів вихідного зображення, яке було закодоване, тому розмір декодованого зображення не залежить від розмірів закодованого зображення. Декодоване зображення може бути більше або менше, вказавши у цьому діалоговому вікні потрібну кількість рядків та стовпчиків ми відповідно маємо змогу отримати більше або менше за вихідне декодоване зображення. (результат збільшення та зменшення відобразити у звіті).

2.12. Робота із вікном віднімання зображень. У цьому вікні відбувається порівняння декодованого зображення із вихідним. Для того, щоб відкрити вікно віднімання зображень необхідно відкрити вікно кодування та декодування. Зображення у вікні кодування повинно бути перетворене у внутрішній масив градацій сірого (Run→Gray Image). Потім відкриваємо безпосередньо вікно віднімання зображень File→Open Subtraction Window, потім запускаємо процес віднімання зображень Run→Run Image Subtraction. Отримуємо результат віднімання зображень у вікні Image Subtraction Window та чисельні значення середньої піксельної похибки (Average Pixel Erorr) та пікового значення сигнал/шум (PSNR) у діалоговому вікні Image Subtraction. Результат віднімання та отриманні чисельні значення занести у звіт.

2.13. Робота із графічним вікном. У цьому вікні зображення виводиться у вигляді двомірної графіки у тримірному просторі. Графічне вікно працює спільно з вікном кодування.

- Спочатку потрібно відкрити файл растрового зображення у вікні кодування File→Encoding Image та перетворити це зображення у градації сірого Run→Gray Image

- Потім відкриваємо вікно двомірної графіки File→Open 2-D Plot Window та запускаємо процес побудови двомірної поверхні Run→Show Image as 2-D Plot (результат занести у звіт).

2.14. У меню Setup→Setup 2-D Plot змінити параметри установки, які впливають на побудову графіка. Наприклад, Elevation angle – кут нахилу, Rotation angle – кут повороту це кути під яким ми бачимо графік. Результат роботи занести у звіт, вказавши величину змінених параметрів.

2.15. Зробити висновки на основі виконаної роботи.