Advanced Interactive Image Manipulation (A4M39AIM)

(Pokročilé metody interaktivní editace obrazu)

Přednáší: doc. Ing. Daniel Sýkora, Ph.D. Program: Otevřená informatika (magistr PG)
Rozvrh: LS 2015 Jazyk: čeština (výhledově angličtina)
Zakončení: Z / ZK Rozsah: 2p + 1c
Typ: Volitelný (V) Kredity: 4

Anotace

Předmět srozumitelným způsobem prezentuje řadu moderních metod interaktivní editace digitálního obrazu a videa. Důraz je kladen především na algoritmy, které vynikají jednoduchostí implementace, ale zároveň mají zajímavý teoretický základ. Umožňuje tak skrze vizuálně atraktivních aplikace proniknout k hlubším teoretickým základům a ty následně aplikovat k řešení podobných problémů v praxi i mimo oblast zpracování obrazu. Budou probrány algoritmy řešící následující praktické aplikace: editace obrazu respektující hrany, komprese vysokého dynamického rozsahu intenzit, interaktivní mapování tónů, abstrakce, editace v gradientní oblasti, bezešvá fúze, digitální fotomontáž, klonování, konverze barevného obrazu na šedotónový, zvýraznění kontextu, segmentace, kolorizace černobílých snímků, vybarvování ručních kreseb, přidání hloubky, výpočet alfa-kanálu a interaktivní deformace obrazu zajišťující lokální tuhost.

Předmět se dotýká následujících teoretických témat: bilaterální filtr, geodetická vzdálenost, parciální diferenciální rovnice a jejich numerické řešení, (bi)harmonické funkce, lineární a nelineární optimalizace, řešení velkých řídkých soustav lineárních rovnic, kvadratické programování, maximalizace toku v síti, komplexní analýza a konformní zobrazení.

Syllabus

  1. Úvod do interaktivního zpracování obrazu (přehled látky, opakování)
  2. Bilaterální filtr (princip, metody výpočtu)
  3. Bilaterální filtr (aplikace)
  4. Geodetická vzdálenost (princip, metody výpočtu, aplikace)
  5. Homogenní parciální diferenciální rovnice (Laplaceaova a Poissonova, metody výpočtu)
  6. Homogenní parciální diferenciální rovnice (aplikace)
  7. Nehomogenní parciální diferenciální rovnice (Laplace–Beltrami rovnice, metody výpočtu)
  8. Nehomogenní parciální diferenciální rovnice (aplikace)
  9. Interaktivní segmentace obrazu (pokročilé techniky využívající minimální řez v grafu)
  10. Interaktivní segmentace obrazu (zobecnění, aplikace, matting Laplacian)
  11. N-bodové deformace obrazu a prostoru (lineární metody)
  12. N-bodové deformace obrazu a prostoru (nelineární iterativní metody)
  13. N-bodové deformace obrazu a prostoru (pokročilé metody v uzavřeném tvaru)
  14. Rezerva



Osnova cvičení

  1. Seznámení se s úlohami
  2. Zadání úloh
  3. Konzultace - práce s literaturou
  4. Konzultace - implementace
  5. Konzultace - testování úloh
  6. Předvádění implementace úloh (odevzdání písemné zprávy)
  7. Veřejná prezentace úloh (zápočet)

Hodnocení

A 90 a více výborně
B 80 až 89 velmi dobře
C 70 až 79 dobře
D 60 až 69 uspokojivě
E 50 až 59 dostatečně
F méně než 50 nedostatečně
CvičeníBody
Implementace30
Prezentace15
Zpráva15



Udělení zápočtu je limitováno ziskem minimálně 30 bodů ze cvičení.

Zkouška je ústní s písemnou přípravou. Zkoušející položí dvě otázky z probraných témat. Za každou otázku je monžné získat maximálně 20 bodů, přičemž k úspěšnému absolvování zkoušky je třeba v součtu nasbírat minimálně 20 bodů.

Předmět je vyučován v souladu s akademickými pravidly Katedry počítačové grafiky a interakce.

Prerekvizity

Předmět nemá závazné prerekvizity, nicméně se opírá o vybraná témata z následujících předmětů bakalářské a magisterské etapy studia:

A4B01DMA, A0B01LAG, A4B01MA2, A0B01PSI, A4B33RPZ, A4B33OPT, A4M33PAL, A4M35KO, A4M33GVG

Literatura

  1. Agarwala et al.: Interactive Digital Photomontage, 2004.
  2. Bookstein: Principal Warps: Thin-Plate Splines and the Decomposition of Deformations, 1989.
  3. Boykov & Funka-Lea: Graph Cuts and Efficient N-D Image Segmentation, 2006.
  4. Chen et al.: Real-Time Edge-Aware Image Processing with the Bilateral Grid, 2007.
  5. Criminisi et al.: Geodesic Image and Video Editing, 2011.
  6. Durand et al.: Fast Bilateral Filtering for the Display of High-Dynamic-Range Images, 2002.
  7. Floater: Mean Value Coordinates, 2003.
  8. Gastal & Oliveira: Domain Transform for Edge-Aware Image and Video Processing, 2011.
  9. Grady: Random Walks for Image Segmentation, 2006.
  10. Igarashi et al.: As-Rigid-As-Possible Shape Manipulation, 2005.
  11. Jacobson et al.: Bounded Biharmonic Weights for Real-Time Deformation, 2011.
  12. Joshi et al.: Harmonic Coordinates for Character Articulation, 2007.
  13. Levin et al.: Colorization Using Optimization, 2004.
  14. Levin et al.: A Closed Form Solution to Natural Image Matting, 2008.
  15. Lipman et al.: Green Coordinates, 2008.
  16. Müller et al.: Meshless Deformations Based on Shape Matching, 2005.
  17. Pérez et al.: Poisson Image Editing, 2003.
  18. Rother et al.: GrabCut: Interactive Foreground Extraction Using Iterated Graph Cuts, 2004.
  19. Schaefer et al.: Image Deformation using Moving Least Squares, 2006.
  20. Sinop & Grady: A Seeded Image Segmentation Framework Unifying Graph Cuts And Random Walker, 2007.
  21. Sýkora et al.: LazyBrush: Flexible Painting Tool for Hand-Drawn Cartoons, 2009.
  22. Sýkora et al.: As-Rigid-As-Possible Image Registration for Hand-Drawn Cartoon Animations, 2009.
  23. Sýkora et al.: Adding Depth to Cartoons Using Sparse Depth (In)equalities, 2010.
  24. Weber et al.: Biharmonic Coordinates, 2012.