Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Demonstration environment for digital imaging in the frequency domain

Julia Pucińska

Abstract

The subject of my dissertation was a demonstration environment for digital imaging in the frequency domain. The first stage of the study was to get acquainted with the theory of digital image processing and to present the most important theoretical issues in the first chapters of the work. The basic described subjects are two – dimensional filters with finite impulse response (FIR filters), methods of their design, spatial frequency and frequency domain filtration based on two – dimensional Fourier transform. It also presents the possibility of filter conversion between the frequency domain and spatial domain, and backward. It also presents and compares the method of filtering in both these domains. For filtration in the spatial domain, the method of calculating a discrete two – dimensional convolution has been discussed. An important issue/matter was also to acquaint/familiarize yourself. with the MATLAB environment library for image processing (IPT). The primary purpose of the dissertation was to implement algorithms for designing of two - dimensional filters in the MATLAB environment as well as the necessary functions for digital image filtration in the frequency domain and the spatial domain. The program allows you to design the filter directly in the frequency domain, or to determine filter coefficients by designing a two-dimensional FIR filter by windowing or sampling method. Another option is to design first a one dimensional filter and then transform it into two dimensional space. Each of these methods enables the design of a low pass, high pass, band pass and band stop filters. The user can also use typical convolution kernels determined by the ready function of the MATALB environment. A program was designed and created with a graphical interface that allows the user to choose the processing parameters and illustrates the input image and the resulting image of filtration in the frequency domain and filtration in the spatial domain. The program also allows a user to determine and display the amplitude and phase spectra of the input and output images. Additionally, filtration times and two indicators of objective quality assessment (MSE and PSNR) are displayed thanks to it is possible to compare the filtration results in both domains. The user can also add noise to the input image and verify how the filtration of selected filters affect this noise. At the final stage tests of the correctness of the implementation of algorithms and the operation of the application were carried out, and in the fourth chapter, the obtained results are presented. An additional chapter presents an example of using the created program by analyzing several issues related to filter design and filtration in the frequency domain. The final result of the work is a properly working application for digital image processing in the frequency domain, which can be used as an auxiliary tool to demonstrate and educate the basics of this issue.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Julia Pucińska (FM) Julia Pucińska,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Środowisko demonstracyjne dla przetwarzania obrazów cyfrowych w dziedzinie częstotliwości
Supervisor
Beata Leśniak-Plewińska (FM/IMBE) Beata Leśniak-Plewińska,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Inżynieria Biomedyczna (Biomedical Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-06-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Szymon Cygan (FM/IMBE) Szymon Cygan,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Beata Leśniak-Plewińska (FM/IMBE) Beata Leśniak-Plewińska,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
transformata Fouriera, filtry FIR, filtracja w dziedzinie częstotliwości, filtracja w dziedzinie przestrzeni, częstotliwość przestrzenna, cyfrowe przetwarzanie obrazów, miary jakości obrazów
Keywords in English
Fourier transform, FIR filters, filtering in frequency domain, filtering in spatial domain, spatial frequency, digital image processing, image quality measures
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy jest stworzenie środowiska demonstracyjnego dla przetwarzania obrazów cyfrowych w dziedzinie częstotliwości. Pierwszym etapem pracy było zapoznanie się z teorią cyfrowego przetworzenia obrazów i przedstawienie w pierwszych rozdziałach pracy najważniejszych zagadnień teoretycznych. Do podstawowej opisywanej tematyki należą: dwuwymiarowe filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (filtry FIR), metody ich projektowania, częstotliwość przestrzenna oraz filtracja w dziedzinie częstotliwości oparta o dwuwymiarową transformację Fouriera. Zaprezentowano również możliwość konwersji filtrów między dziedziną częstotliwości, a dziedziną przestrzeni i na odwrót oraz przedstawiono i porównano sposób przeprowadzenia filtracji w obu tych dziedzinach. Na potrzeby filtracji w dziedzinie przestrzeni omówiono sposób obliczania dyskretnego splotu dwuwymiarowego. Ważną rolę pełniło również zaznajomienie się z biblioteką środowiska MATLAB do przetwarzania obrazów cyfrowych (Image Processing Toolbox – IPT). Zasadniczym celem pracy było zaimplementowanie w środowisku MATLAB algorytmów projektowania dwuwymiarowych filtrów oraz niezbędnych funkcji do filtracji obrazów cyfrowych w dziedzinie częstotliwości i dziedzinie przestrzeni. Program umożliwia zaprojektowanie filtru bezpośrednio w dziedzinie częstotliwości, bądź wyznaczenie współczynników filtru projektując dwuwymiarowy filtr FIR metodą okien lub metodą próbkowania. Inną możliwość stanowi wpierw zaprojektowanie filtru jednowymiarowego, a następnie przetransformowanie go do przestrzeni 2D. Użytkownik może również korzystać z typowych masek wyznaczanych przez gotową funkcję środowiska MATALB. Zaprojektowano i utworzono program wraz z interfejsem graficznym, który umożliwia użytkownikowi wybór parametrów przetwarzania oraz ilustruje zarówno obraz wejściowy jak i obraz wynikowy filtracji w dziedzinie częstotliwości i filtracji w dziedzinie przestrzeni. Program umożliwia również wyznaczenie oraz wyświetlenie widm amplitudowych i fazowych obrazu wejściowego oraz obrazów wyjściowych. Dodatkowo wyświetlane są czasy realizacji filtracji oraz dwa wskaźniki obiektywnej oceny jakości: MSE oraz PSNR, dzięki czemu możliwe jest porównanie rezultatów filtracji w obu dziedzinach. Użytkownik może również dodać szum do obrazu wejściowego i ocenić na podstawie obrazów wynikowych jak filtracja wybranymi filtrami wpływa na ten szum. Na końcowym etapie pracy przeprowadzono testy poprawności implementacji algorytmów oraz działania aplikacji, a otrzymane wyniki przedstawiono w rozdziale czwartym. W dodatkowym rozdziale przedstawiono przykładowe wykorzystanie utworzonego programu przeprowadzając analizę kilku zagadnień związanych z projektowaniem filtrów oraz z filtracją w dziedzinie częstotliwości i dziedzinie przestrzeni. Efektem końcowym pracy jest poprawnie działająca aplikacja dla przetwarzania obrazów cyfrowych w dziedzinie częstotliwości, która może służyć jako narzędzie pomocnicze do demonstracji i edukacji podstaw tego zagadnienia.
File
  • File: 1
    276797_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 34018

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT7cbabca3586047c78507bc74cf66461b/
URN
urn:pw-repo:WUT7cbabca3586047c78507bc74cf66461b

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page