6. Методика проведения лабораторной работы
6.1. Домашнее задание
В этом разделе приводится пример варианта домашнего задания к лабораторной работе.
1. Изучить внешний вид лабораторного стенда, конспект лекций и рекомендуемую литературу.
2. Зарисовать основные Вейвлет-функции: Хаара, Добеши, Койфлет и биортогональные вейвлеты. Описать различия.
3. Сформировать матрицу 4*4 и подсчитать информационную энтропию по Шеннону.
Матрица вида:
NN+1 N+2 N-1
N+3N-1 N-2 N
N-3N+2N+1 N+2
N+1 N+2 N+3 N+1
где N – номер по списку журнала преподавателя (для 1-го и 2-го варианта брать значения по модулю)
4
.
Провести расчет двумерного преобразования
Хаара для составленной матрицы по
формуле:
и обратного преобразования:
Пример выполнения пункта 4:
Выполнив обратное преобразование сравните матрицу с исходной, если совпала, то замените 3-4 элемента нулями и подсчитайте новую информационную энтропию и коэффициент сжатия (отношение исходной энтропии к полученной).
Лабораторное задание
Изучение Вейвлет-преобразования.
1. Запустите программу, нажав ярлык WTна рабочем столе.
2. Установите параметр «Число бит квантования» в области настройки Вейвлет-преобразования в значение 8. Установите Вейвлет Хаара переключателем «Вид Вейвлета». Значение параметра «Число уровней преобразования» должно быть равным 1. Убедитесь, что при этих настройках, когда казалось бы изображение полностью восстановлено, коэффициент сжатия не равен 1, а индекс SSIM также отличен от 1. Объясните это явление.
Переключателем «вид Вейвлета» изменяйте Вейвлет-функцию и наблюдайте её изображение, зарисуйте вейвлеты Хаара, Добеши (2 и 14 порядка), Симмлет, Койфлет-1 и Биортогональный 3-1 и 5-5. Для каждого выбранного Вейвлета переключателем «Число уровней преобразования» изменяйте параметр масштабирования и наблюдайте изменения текущей Вейвлет-функции, сделайте выводы о характере ее изменения.
3.Установите Вейвлет Хаара, установите число уровней преобразования равным 1. В левой верхней части лицевой панели кликните на меню «Параметры» и выберите пункт «Просмотр дерева преобразования». Число бит квантования может быть любым. В появившемся окне просмотрите на какие составляющие разложено изображение. Закройте окно. Повторяйте эти операции при других уровнях преобразования. Посмотрите все уровни разложения для других Вейвлетов. Сделайте выводы о характере изменения уровня LL, в зависимости от уровней глубины преобразования.
4. В соответствии с таблицей бригадных заданий установите вид Вейвлет-функции, соответствующий номеру бригады, число уровней преобразования – 1. Выберите изображение «Портрет» переключателем «Вид изображения». При изменении числа бит квантования (от 8 до 1) посмотрите на то, как изменяется изображение и его структура, а также посмотрите на показания вычисленных характеристик. Постройте зависимость этих характеристик от числа бит квантования коэффициентов разложения.
5. Выберите другие виды вейвлет-функции и выполняйте те же операции, что и в пункте 4. Проследите, осталась ли динамика изменения характеристик реконструированного изображения.
6. Вновь выберите вейвлет-функцию по таблице бригадных заданий, число бит квантования – 8. Изменяйте число уровней глубины вейвлет-преобразования от 1 до 8 и наблюдайте изменения в структуре изображения, а также показания характеристик. Объясните причину таких результатов. Сравните их с полученными в пункте 4.
7. Изменяйте все используемые параметры ВП и занесите в таблицу наиболее характерные случаи. (возможные критерии: наилучшее качество с субъективной точки зрения, наибольший коэффициент сжатия, SSIM, PSNR)
Таблица 2
Вид изображения |
Вид Вейвлета |
Число уровней преобразования |
Число бит квантования |
Субъективная оценка |
Объективная оценка |
||
Коэффициент сжатия |
PSNR |
SSIM |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Во всплывающем меню WebCam нажмите пункт «Включить». В появившемся окне нажать кнопку «Openvideo», дождаться появления изображения с Веб-камеры и СВЕРНУТЬ окно. На лицевой панели программы изменить вид изображения на WebCam и наблюдать изменения характеристик в динамическом режиме.
Изучение Дискретного Косинусного преобразования
9. Переключите вид изображения в соответствии с таблицей бригадных заданий. Установите параметры ВП в соответствии с пунктом 2. В области настроек Дискретного косинусного преобразования нажать на световой индикатор под надписью «Включить ДКП», он должен загореться ярко красным и в окне просмотра изображения, реконструированного после ДКП должно появиться исходное изображение. Число бит квантования коэффициентов ДКП установите в значение 8.
10. Методом сканирования зигзагом отключайте коэффициенты, начиная с высокочастотных. Отметьте промежуточные точки, в которых чисто субъективно, на ваш взгляд изображение отличается от оригинала (2-3 точки). Запишите характеристики в этих точках.
11. Переключите вид изображения на «Пейзаж». Убрав коэффициенты ДКП наполовину, и включив преобразование Хаара с помощью переключателя «Вид Вейвлета», с числом уровней глубины 1, сравните реконструированные изображения и их характеристики (оцените качество изображений, в чем они похожи и чем различаются чисто субъективно, а также посмотрите на характеристики PSNR, SSIM и коэффициента сжатия). Посмотрите на эти же характеристики при уменьшенном числе бит квантования (значение должно быть одинаковым и для ДКП, и для ВП).
12. Переключая различные настройки ВП и ДКП, виды изображения, посмотрите на изменения в структуре изображений и сделайте выводы об этих изменениях.
Таблица бригадных заданий
№ бригады |
Вид Вейвлета |
Вид изображений |
1 |
Добеши 8 |
Текст |
2 |
Койфлет 1 |
Пейзаж |
3 |
Койфлет 5 |
Портрет |
4 |
Симлет 4 |
Пейзаж |
5 |
Биортогональный 5-5 |
Текст |