Pokročilé metody interaktivní editace obrazu

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra počítačové grafiky a interakce

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 atraktivní aplikace proniknout k hlubším teoretickým základům a ty následně aplikovat k řešení podobných problémů v praxi i mimo oblast zpracování obrazu.

Požadavky:

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

A4B01DMA Diskrétní matematika

A0B01LAG Lineární Algebra

A4B01MA2 Matematická analýza

A0B01PSI Pravděpodobnost, statistika a teorie informace

A4B01NUM Numerické metody

A4B33OPT Optimalizace

A4B33ALG Algoritmizace

A0B36PR1 Programování 1

A0B36PR2 Programování 2

A4M33DZO Digitální obraz

A4M33PAL Pokročilá algoritmizace

A4M39APG Algoritmy počítačové grafiky

A4M35KO Kombinatorická optimalizace

A4M33MPV Metody počítačového vidění

A4M39DPG Datové struktury počítačové grafiky

A4M33TZ Teoretické základy vidění, grafiky a interakce

http://dcgi.felk.cvut.cz/~sykorad/a4m39aim

Osnova přednášek:

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)

Cíle studia:

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.

Studijní materiály:

[1] Agarwala et al.: Interactive digital photomontage, 2004.

[2] Agarwala: Efficient Gradient-Domain Compositing Using Quadtrees, 2007.

[3] An & Pellacini: AppProp: All-Pairs Appearance-Space Edit Propagation, 2008.

[4] Bae et al.: Two-scale Tone Management for Photographic, 2006.

[5] Bai & Sapiro: A Geodesic Framework for Fast Interactive Video Segmentation and Matting, 2007.

[6] Bai et al.: Video SnapCut: Robust Video Object Cutout Using Localized Classifiers, 2009.

[7] Bhat et al.: GradientShop: A Gradient-Domain Optimization Framework for Image and Video Filtering, 2009.

[8] Bookstein: Principal Warps: Thin-Plate Splines and the Decomposition of Deformations, 1989.

[9] Boykov & Funka-Lea: Graph Cuts and Efficient N-D Image Segmentation, 2006.

[10] Chen et al.: Real-Time Edge-Aware Image Processing With the Bilateral Grid, 2007.

[11] Chen et al.: Variational Harmonic Maps for Space Deformation , Ben2009.

[12] Criminisi et al.: Geodesic Image and Video Editing, 2011.

[13] Durand et al.: Fast bilateral filtering for the display of high-dynamic-range images, 2002.

[14] Eisemann et al.: Flash photography enhancement via intrinsic relighting, 2004.

[15] Elder & Goldberg: Image Editing in the Contour Domain, 2001.

[16] Farbman et al.: Coordinates for Instant Image Cloning, 2009.

[17] Farbman et al.: Edge-preserving decompositions for multi-scale tone and detail manipulation, 2008.

[18] Fattal et al.: Gradient domain high dynamic range compression, 2002.

[19] Floater: Mean Value Coordinates, 2003.

[20] Gastal & Oliveira: Domain Transform for Edge-Aware Image and Video Processing, 2011.

[21] Grady & Sinop: Fast Approximate Random Walker Segmentation Using Eigenvector Precomputation, 2008.

[22] Grady & Tasdizen: A Geometric Multigrid Approach to Solving the 2D Inhomogeneous Laplace Equation with Internal Dirichlet Boundary Conditions, 2005.

[23] Grady: Multilabel RandomWalker Image Segmentation Using Prior Models, 2005.

[24] Grady: Random Walks for Image Segmentation, 2006.

[25] He et al.: Single Image Haze Removal Using Dark Channel Prior, 2009.

[26] Igarashi et al.: As-rigid-as-possible shape manipulation, 2005.

[27] Jacobson et al.: Bounded Biharmonic Weights for Real-Time Deformation, 2011.

[28] Jeschke et al.: A GPU Laplacian Solver for Diffusion Curves and Poisson Image Editing, 2009.

[29] Jia et al.: Drag-and-Drop Pasting, 2006.

[30] Joshi et al.: Harmonic Coordinates for Character Articulation, 2007.

[31] Kass et al.: Smoothed local histogram filters, 2010.

[32] Kopf et al.: Joint Bilateral Upsampling, 2007.

[33] Levin et al.: A Closed Form Solution to Natural Image Matting, 2008.

[34] Levin et al.: Colorization using optimization, 2004.

[35] Levin et al.: Spectral Matting, 2008.

[36] Li et al.: Lazy snapping, 2004.

[37] Lipman et al.: Green Coordinates, 2008.

[38] Lischinski et al.: Interactive Local Adjustment of Tonal Values, 2006.

[39] Liu et al.: Paint Selection, 2009.

[40] McCann & Pollard: Real-time Gradient-domain Painting, 2008.

[41] Muller et al.: Meshless deformations based on shape matching, 2005.

[42] Neumann et al.: An Efficient Perception-based Adaptive Color to Gray Transformation, 2007.

[43] Orzan et al.: Diffusion Curves: A Vector Representation for Smooth-Shaded Images, 2008.

[44] Perez et al.: Poisson image editing, 2003.

[45] Petschnigg et al.: Digital photography with flash and no-flash image pairs, 2004.

[46] Raskar et al.: Image Fusion for Context Enhancement and Video Surrealism, 2004.

[47] Rivers & James: FastLSM: Fast Lattice Shape Matching for Robust Real-Time Deformation, 2007.

[48] Rother et al.: GrabCut: Interactive Foreground Extraction using Iterated Graph Cuts, 2004.

[49] Schaefer et al.: Image Deformation Using Moving Least Squares, 2006.

[50] Singaraju et al.: P-Brush: Continuous Valued MRFs with Normed Pairwise Distributions for Image Segmentation, 2009.

[51] Summa et al.: Interactive Editing of Massive Imagery Made Simple: Turning Atlanta into Atlantis, 2011.

[52] Sumner et al.: Embedded Deformation for Shape Manipulation, 2007.

[53] Sýkora et al.: Adding Depth to Cartoons Using Sparse Depth (In)equalities, 2010.

[54] Sýkora et al.: As-Rigid-As-Possible Image Registration for Hand-drawn Cartoon Animations, 2009.

[55] Sýkora et al.: LazyBrush: Flexible Painting Tool for Hand-drawn Cartoons, 2009.

[56] Sýkora et al.: TexToons: Practical Texture Mapping for Hand-drawn Cartoon Animations, 2011.

[57] Wang et al.: Soft Scissors: An Interactive Tool for Realtime High Quality Matting, 2007.

[58] Weber et al.: Complex Barycentric Coordinates with Applications to Image Deformation, 2009.

[59] Weber et al.: Controllable Conformal Maps for Shape Deformation and Interpolation, 2010.

[60] Weber et al.: Parallel Algorithms for Approximation of Distance Maps on Parametric Surfaces, 2008.

[61] Weiss: Fast Median and Bilateral Filtering, 2006.

[62] Winnemoller et al.: Real-Time Video Abstraction, 2006.

[63] Yatziv et al.: Fast Image and Video Colorization using Chrominance Blending, 2006.

Poznámka:

čeština (výhledově angličtina)

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: