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#! /usr/bin/env python
# coding: utf-8
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__ _____ ____ /\/| ___ ____ ___ __ __ ____ _ _ _____ _ ____ ___ ___ _ _ _ _
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### VISAO COMPUTACIONAL - 03/10/2016 - Convolução ###
Acadêmico: Gabriel Kirsten Menezes RA: 148298
- Descrição:
Produzir um software que implemente as seguintes funcionalidades:
- Abrir um arquivo de imagem escolhida pelo usuário;
- Converte para tons de cinza;
- Ler uma matriz 7x7 contendo os valores de uma matriz de convolução (como um recurso extra, o software poderá também deixar que o usuário escolha o tamanho da matriz);
- Realizar a convolução da matriz com a imagem, mostrando passo a passo as matrizes intermediárias resultantes, destacando o valor central (a meta aqui é possibilitar ao usuário a visualização do que acontece internamente durante uma convolução, para cada pixel da imagem);
- Permitir que a matriz seja salva e lida de um arquivo (o usuário deve ter a flexibilidade de usar e entrar com diferentes matrizes e portanto, para não ter que ficar digitando todos os elementos toda vez que precisar usar uma mesma matriz, o software precisa oferecer a opção de salvar e ler do disco rídigo);
- Mostrar a imagem resultante da convolução ao lado da imagem original;
- Requisitos e informações adicionais:
- Como bibliotecas de apoio para processamento de imagens poderão ser utilizadas a ImageJ ou a OpenCV, no entanto, a convolução deve ser implementada completamente (não é válido apenas utilizar a operação de convolução disponível nas bibliotecas);
- Releia as instruções sobre procedimentos e critérios de avaliação disponíveis no Planejamento Educacional da Disciplina (principalmente as que se referem à geração de código).
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
import cv2 # importacao da biblioteca do OpenCV
from Tkinter import * # biblioteca para selecao do arquivo
from tkFileDialog import * # biblioteca para selecao do arquivo
from PIL import Image # interface para imagem
from PIL import ImageTk # interface para imagem
from skimage.exposure import rescale_intensity # biblioteca para normalização
# Variaveis globais #
imgOrig = img = img_greyScale = filename = img_conv = root = gui = None
tamx = cancel = x1 = y1 = acumulador = acumuladorM = 0
oldx = oldy = 0
class Step:
"""
# Classe Step #
Classe utilizada para exibir uma interface que mostra o processo de convolução passo a passo
"""
def __init__(self, parent):
#utilização de variaveis globais
global x1, y1, oldx, oldy
# cria uma nova janela
self.top = Toplevel(parent.master)
self.top.title("Step")
# cria os componentes de interface
# frame que armazena os componentes da matriz
containerMatrizPrincipal = LabelFrame(self.top, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="10", pady="10", text="Convolution Matrix * Pixel")
containerMatrizPrincipal["pady"] = 10
containerMatrizPrincipal.pack(expand="yes", side="top")
# matriz que armazena os valores da matriz
containerMatriz = []
# valores da matriz
m = [[[]]]
# imprime os valores da matriz de convolução multiplicada pelos valores dos pixels
for x in range(-int((tamx + 1) / 2), int((tamx) / 2)): # Linhas
# cria um novo elemento que posicionará todos elementos da linha
containerMatriz.append(Frame(containerMatrizPrincipal, pady="10"))
containerMatriz[x + int((tamx + 1) / 2)].pack(side="top", expand="no")
# cria uma nova linha na matriz
m.append([])
for y in range(-int((tamx + 1) / 2), int((tamx) / 2)): # Colunas
#cria uma nova coluna na matriz
m[x + int((tamx + 1) / 2)].append([])
# tenta exibir o valor, se não for possivel, exibe zero
try:
saida = str(int(parent.m[int((tamx + 1) / 2) + x + 1][int((tamx + 1) / 2) + y + 1][0].get()) * img_greyScale.item((x1 + x + 1), (y1 + y + 1)))
m[int((tamx + 1) / 2 + x)][int((tamx + 1) / 2) + y].append(Label(containerMatriz[int((tamx + 1) / 2) + x], text=saida))
except:
m[int((tamx + 1) / 2 + x)][int((tamx + 1) / 2) + y].append(Label(containerMatriz[int((tamx + 1) / 2) + x], text="0"))
# configura os parâmentros do elemento
m[int((tamx + 1) / 2) + x][int((tamx + 1) / 2) + y][0]["width"] = 5
m[int((tamx + 1) / 2) + x][int((tamx + 1) / 2) + y][0].pack(side="left", padx="10")
# adiciona os botões
frameBtn = Frame(self.top)
frameBtn.pack(side="bottom")
b = Button(frameBtn, text="NEXT STEP >", command=self.nextStep).pack(side="right", pady=5, padx=5)
b2 = Button(frameBtn, text="RESUME", command=self.endR).pack(side="left", pady=5, padx=5)
frameBottom = Frame(self.top)
frameBottom.pack(side="bottom")
# aciciona as labels com os valores de ACC e Auto Divisor
containerAcc = LabelFrame(frameBottom, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="2", pady="2", text="ACC")
containerAcc.pack(expand="yes", side="left")
acc = Label(containerAcc, text=str(parent.acumulador))
acc["width"] = 10
acc.pack(side="left", padx="10")
containerAccM = LabelFrame(frameBottom, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="2", pady="2", text="Auto Divisor")
containerAccM.pack(expand="yes", side="left")
# condição para realizar o fator de divisão quando a somatoria dos valores presentes na matriz de convolução for diferente de zero
if parent.acumuladorM != 0:
accM = Label(containerAccM, text=str(parent.acumuladorM))
containerACCN = LabelFrame(frameBottom, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="2", pady="2", text="New ACC")
containerACCN.pack(expand="yes", side="left")
accN = Label(containerACCN, text=str(parent.acumulador / parent.acumuladorM))
accN["width"] = 10
accN.pack(side="left", padx="10")
else:
accM = Label(containerAccM, text="0")
# posiciona o elemento Label
accM["width"] = 10
accM.pack(side="left", padx="10")
# calcula as coordenadas para posicionamento da janela
w = 300 + (48 * tamx) # width da interface
h = 110 + (48 * tamx) # height da interface
ws = self.top.winfo_screenwidth() # width da tela
hs = self.top.winfo_screenheight() # height da tela
# calcula as coordenadas da tela
if oldx != 0:
x = oldx
else:
x = (ws / 2) - (w / 2)
if oldy != 0:
y = oldy
else:
y = (hs / 2) - (h / 2)
# exibe a janela com o tamanho definido e no centro da tela
self.top.geometry('%dx%d+%d+%d' % (w, h, x, y))
self.top.wm_attributes("-topmost", 1)
self.top.focus_force()
# Método para prosseguir a convolução
def nextStep(self):
global oldx, oldy
# obtêm os valores de posicionamento da janela, para a mesma ser posicionada no mesmo lugar no proximo step
oldx = self.top.winfo_x()
oldy = self.top.winfo_y() - 28
self.top.destroy()
# Método para encerrar a convolução passo a passo
def endR(self):
global gui
gui.cancel = 1
self.top.destroy()
## ------ FIM CLASSE STEP ------ ##
class DialogMatrix:
"""
# Classe DialogMatrix #
Classe utilizada para exibir uma interface para entrada do tamanho da matriz
"""
def __init__(self, parent):
# cria um novo objeto de interface
top = self.top = Toplevel(parent)
self.top.title("Matrix Size")
Label(top, text="Set the matrix size...").pack(pady="10")
self.entrada = Entry(top)
Label(top, text="Size: ").pack(side="left", padx=5, pady=5)
self.entrada.pack(side="left", padx=5, pady=5)
b = Button(top, text="OK", command=self.ok)
b.pack(pady=5, padx=5)
w = 300 # width da interface
h = 80 # height da interface
ws = self.top.winfo_screenwidth() # width da tela
hs = self.top.winfo_screenheight() # height da tela
# calcula as coordenadas para posicionamento da interface
x = (ws / 2) - (w / 2)
y = (hs / 2) - (h / 2)
self.top.geometry('%dx%d+%d+%d' % (w, h, x, y))
self.top.wm_attributes("-topmost", 1)
self.top.focus_force()
# metodo ok que valida e entrada e salva na variavel global
def ok(self):
try:
int(self.entrada.get())
except ValueError:
print "ERROR - matrix size (input)"
else:
global tamx
tamx = self.entrada.get()
self.top.destroy()
## ------ FIM CLASSE DIALOGMATRIX ------ ##
class Gui:
"""
# Classe Gui #
Classe utilizada para exibir uma interface principal, que contém as opções e imagens.
"""
def __init__(self, master):
global tamx
tamx = int(tamx)
# posicionamento dos componentes de interfafce
self.master = master
self.mainContainerEsquerda = Frame(master=self.master, relief=RAISED, borderwidth=1, padx="10", pady="10")
self.mainContainerEsquerda.pack(expand="no", fill="both", side="left")
self.mainContainerDireita = Frame(master=self.master, relief=RAISED, borderwidth=1, padx="10", pady="10")
self.mainContainerDireita.pack(expand="yes", fill="both", side="right")
self.btnAplicarConvolucao = Button(master=self.mainContainerEsquerda, text="> Convolution",command=lambda: self.aplicaConvolucao(1))
self.btnAplicarConvolucao.pack(fill="x", side="bottom")
self.btnAplicarConvolucaoStep = Button(master=self.mainContainerEsquerda, text="> Convolution Step",command=lambda: self.aplicaConvolucao(0))
self.btnAplicarConvolucaoStep.pack(fill="x", side="bottom")
self.imgOrigC = LabelFrame(master=self.mainContainerDireita, text="Original Image")
self.imgConvC = LabelFrame(master=self.mainContainerDireita, text="Convolution Image")
self.mainImg = Label(self.imgOrigC, img=None)
self.mainImg.pack(padx=10, pady=10, fill="both", expand="yes")
self.mainImgC = Label(self.imgConvC, img=None)
self.mainImgC.pack(padx=10, pady=10, fill="both", expand="yes")
self.imgOrigC.pack(expand="yes", side="left", fill="both", padx="10", pady="10")
self.imgConvC.pack(expand="yes", side="right", fill="both", padx="10", pady="10")
self.containerMatriz = []
self.m = [[[]]]
self.containerMatrizPrincipal = LabelFrame(master=self.mainContainerEsquerda, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="10",pady="10", text="Convolution Matrix")
self.containerMatrizPrincipal["pady"] = 10
self.containerMatrizPrincipal.pack(expand="no", side="top")
self.containerOpc = LabelFrame(master=self.mainContainerEsquerda, relief=GROOVE, borderwidth=2, padx="10", pady="10",text="Resize image")
self.containerOpc.pack(fill="x", side="bottom")
# opção para redimensionar, default = selecionada
self.resize = IntVar()
c = Checkbutton(master=self.containerOpc, text="Enable resize image", variable=self.resize)
c.pack()
c.select()
# opção para exibir valores dos pixels, default = selecionada
self.pValue = IntVar()
p = Checkbutton(master=self.containerOpc, text="Display pixel value", variable=self.pValue)
p.pack()
p.select()
# Menu de opções superior
menubar = Menu(master)
imagemenu = Menu(menubar, tearoff=0)
imagemenu.add_command(label="Open Image", command=lambda: self.abrir_imagem())
imagemenu.add_command(label="Save Image as...", command=self.salvar_imagem)
menubar.add_cascade(label="Image Options", menu=imagemenu)
filemenu = Menu(menubar, tearoff=0)
filemenu.add_command(label="Open Matrix", command=self.abrir_matriz)
filemenu.add_command(label="Save matrix as...", command=self.salvar_matriz)
menubar.add_cascade(label="Matrix Options", menu=filemenu)
self.master.config(menu=menubar)
# imprime os indices da matriz
for x in range(0, 1): # linhas
self.containerMatriz.append(Frame(self.containerMatrizPrincipal, pady="10"))
self.containerMatriz[x].pack(side="top", expand="no")
self.m.append([])
for y in range(0, tamx + 1): # colunas
self.m[x].append([])
if y == 0:
self.m[x][y].append(Label(self.containerMatriz[x], text=""))
else:
self.m[x][y].append(Label(self.containerMatriz[x], text=y))
self.m[x][y][0].pack(side="left", padx="15")
# cria os campos de entrada de valores para matriz
for x in range(1, tamx + 1): # linhas
self.containerMatriz.append(Frame(self.containerMatrizPrincipal, pady="10"))
self.containerMatriz[x].pack(side="top", expand="no")
self.m.append([])
self.m[x].append([])
self.m[x][0].append(Label(self.containerMatriz[x], text=x))
self.m[x][0][0].pack(side="left", padx=10, pady=5, fill="both", expand="yes")
for y in range(1, tamx + 1): # colunas
self.m[x].append([])
self.m[x][y].append(Entry(self.containerMatriz[x]))
self.m[x][y][0]["width"] = 2
self.m[x][y][0].pack(side="left", padx="10")
w = 800 + (48 * tamx) # width da interface
h = 300 + (48 * tamx) # height da interface
ws = self.master.winfo_screenwidth() # width da tela
hs = self.master.winfo_screenheight() # height da tela
# calcula as coordenadas da tela
x = (ws / 2) - (w / 2)
y = (hs / 2) - (h / 2)
# posiciona janela no centro da tela
self.master.geometry('%dx%d+%d+%d' % (w, h, x, y))
# metodo para abrir a imagem
def abrir_imagem(self):
global filename, img_greyScale
filename = askopenfilename(filetypes=[("Image Files", '*')])
if len(filename) > 0:
try:
# abrir imagem selecionada em tons de cinza
img_greyScale = cv2.imread(filename.encode('utf-8'), cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
if self.resize.get():
# se a condição de redimensionamento da imagem estiver selecionada, a imagem é redimensionada
height, width = img_greyScale.shape[:2]
img_greyScale = cv2.resize(img_greyScale, (width / 10, height / 10), interpolation=cv2.INTER_AREA)
img = cv2.resize(img_greyScale, (width * 3, height * 3), interpolation=cv2.INTER_AREA)
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
height, width = img.shape[:2]
if (self.pValue.get()):
# se a condição de exibição dos valores dos pixels estiver selecionada, os valores são exibidos
for x in range(0, (width / 30)):
for y in range(0, (height / 30)):
try:
# condição para imprimir o texto na cor oposta ao valor do pixel
if int(img_greyScale.item(y, x)) >= 127:
cv2.putText(img, str(img_greyScale.item(y, x)), ((x * width / (width / 30)), (
y * height / (height / 30)) + height / (height / 20)), font, 0.4, (0, 0, 0), 1,
cv2.LINE_AA) # escreve o valor na imagem
else:
cv2.putText(img, str(img_greyScale.item(y, x)), ((x * width / (width / 30)), (
y * height / (height / 30)) + height / (height / 20)), font, 0.4,
(255, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA) # escreve o valor na imagem
except:
pass
else:
img = img_greyScale
# exibe a imagem na interface
img = Image.fromarray(img)
img = ImageTk.PhotoImage(img)
self.mainImg.image = img
self.mainImg.configure(image=img)
except:
print "ERROR - Image can't be open"
# metodo que salva a imagem apos a convolução
def salvar_imagem(self):
global img_conv
if img_conv != None:
filenameImagem = asksaveasfilename(filetypes=[("Image Files", '*')])
if len(filenameImagem) > 0:
cv2.imwrite(filenameImagem, img_conv)
# metodo para salvar uma matriz
def salvar_matriz(self):
filenameMatriz = asksaveasfilename(filetypes=[("Matrix Files", '*.mtx')])
if len(filenameMatriz) > 0:
arquivoMatriz = open(filenameMatriz.encode('utf-8'), 'wb')
conteudoMatriz = ""
for x in range(1, tamx + 1):
for y in range(1, tamx + 1):
conteudoMatriz += self.m[x][y][0].get()
if y != tamx:
conteudoMatriz += ","
conteudoMatriz += "\n"
arquivoMatriz.write(conteudoMatriz)
arquivoMatriz.close()
# metodo para abrir uma matriz
def abrir_matriz(self):
filenameMatriz = askopenfilename(filetypes=[("Matrix Files", '*.mtx')])
if len(filenameMatriz) > 0:
arquivoMatriz = open(filenameMatriz.encode('utf-8'), 'r')
conteudoMatriz = arquivoMatriz.read().split('\n')
try:
for x in range(0, len(conteudoMatriz) - 1):
conteudoMatrizColuna = conteudoMatriz[x].split(',')
for y in range(0, len(conteudoMatrizColuna)):
self.m[x + 1][y + 1][0].delete(0, END)
self.m[x + 1][y + 1][0].insert(0, conteudoMatrizColuna[y])
arquivoMatriz.close()
except:
print "ERROR - matrix size (on load)"
# metodo que aplica a convolução na imagem
def aplicaConvolucao(self, c):
global x1, y1
self.cancel = c
if filename == None:
print "ERROR - Image not selected"
else:
self.acumulador = self.acumuladorM = 0
img_conv = img_greyScale.copy()
alt = len(img_greyScale)
lag = len(img_greyScale[0])
img_conv = 1.0 * img_conv
# calcula o valor de divisão para normalização da matriz de convolução
for x2 in range(1, tamx + 1):
for y2 in range(1, tamx + 1):
try:
self.acumuladorM += int(self.m[x2][y2][0].get())
except:
pass
# aplica a convolução na imagem
for x1 in xrange(alt):
for y1 in xrange(lag):
self.acumulador = 0
for x2 in range(-int((tamx) / 2), int((tamx + 1) / 2)):
for y2 in range(-int((tamx) / 2), int((tamx + 1) / 2)):
try:
self.acumulador += int(self.m[int((tamx + 1) / 2) + x2][int((tamx + 1) / 2) + y2][
0].get()) * img_greyScale.item((x1 + x2), (y1 + y2))
if (self.cancel == 0):
# se o programa ainda se encontrar no modo de execução passo a passo
if self.resize.get():
# se a opçao de redimensionamento ainda estiver selecionada
if self.acumuladorM != 0:
img_conv.itemset((x1, y1), int(float(self.acumulador / (self.acumuladorM))))
else:
img_conv.itemset((x1, y1), int(float(self.acumulador)))
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
temp_conv = rescale_intensity(img_conv, in_range=(0, 255))
temp_conv = (temp_conv * 255).astype("uint8")
height, width = temp_conv.shape[:2]
temp_conv = cv2.resize(temp_conv, (width * 30, height * 30), interpolation=cv2.INTER_AREA)
height, width = temp_conv.shape[:2]
if (self.pValue.get()):
# se a opçao de exibição do valor do pixel ainda estiver selecionada
if int(img_conv.item(x1, y1)) >= 127:
cv2.putText(temp_conv, str(int(img_conv.item(x1, y1))),
((y1 * height / 10), (x1 * width / 10) + width / 15), font,
0.4, (0, 0, 0), 1, cv2.LINE_AA) # escreve o valor na imagem
else:
cv2.putText(temp_conv, str(int(img_conv.item(x1, y1))),
((y1 * height / 10), (x1 * width / 10) + width / 15), font,
0.4, (255, 255, 255), 1,
cv2.LINE_AA) # escreve o valor na imagem
# converte a imagem para o formato do imageTk
img = Image.fromarray(temp_conv)
img = ImageTk.PhotoImage(img)
# atualiza a imagem
self.mainImgC.image = img
self.mainImgC.configure(image=img)
except:
pass
if self.acumuladorM != 0:
# se houver fator de divisão para normalização da matriz de convolução
img_conv.itemset((x1, y1), int(float(self.acumulador / (self.acumuladorM))))
else:
img_conv.itemset((x1, y1), int(float(self.acumulador)))
if (self.cancel == 0):
# se o metodo de passo a passo ainda estiver ativo
d = Step(self)
self.master.wait_window(d.top)
# normaliza a imagem final
img_conv = rescale_intensity(img_conv, in_range=(0, 255))
img_conv = (img_conv * 255).astype("uint8")
# exibe a imagem final
if self.resize.get():
# se a opção de redimensionamento estiver ativada
height, width = img_conv.shape[:2]
img_conv = cv2.resize(img_conv, (width * 30, height * 30), interpolation=cv2.INTER_AREA)
# converte a imagem para o formato do imageTk
img = Image.fromarray(img_conv)
img = ImageTk.PhotoImage(img)
# atualiza a imagem
self.mainImgC.image = img
self.mainImgC.configure(image=img)
## ------ FIM CLASSE GUI ------ ##
# MAIN
def main():
global gui
root = Tk()
w = 600 # width do Tk root
h = 200 # height do Tk root
ws = root.winfo_screenwidth() # width da tela
hs = root.winfo_screenheight() # height da tela
# calcula as coordenadas da tela
x = (ws / 2) - (w / 2)
y = (hs / 2) - (h / 2)
root.geometry('%dx%d+%d+%d' % (w, h, x, y))
root.title("Convolution - VC")
root.cabecalho = Label(root, text=" Waiting matrix size.. ")
root.cabecalho.pack(expand="yes", padx="10", pady="10")
d = DialogMatrix(root)
root.wait_window(d.top)
root.cabecalho.pack_forget()
gui = Gui(root)
root.mainloop()
if __name__ == "__main__": main()
## ------ FIM MAIN ------ ##