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A Arte da Convolução

Propósito

Esse repositório tem como fim unica e exclusivamente o estudo do processo de convolução.

Mas o que é uma convolução?

Segundo a documentação do GIMP:

It's possible to get a rough idea of it without using mathematical tools that only a few ones know. Convolution is the treatment of a matrix by another one which is called “kernel”.

GNU Image Manipulation Program

E onde pode ser aplicado?

O processo de convolução é amplamente aplicado em tratamento de imagens, entretanto, vem sendo aplicado em larga escala na identificação de padrões visuais utilizando aprendizagem profundo. A fundação desse conceito na área de Inteligência Artificial é comumente atribuido a Yann LeCun - um verdadeiro gigante da área da tecnologia.

Instalação

A instalação pode ser realizada através do gerenciado de pacotes PIP.

wall@kalingth:~$ pip install kalinvolution
A lot of characters will appear here.
More letters...
... blah ...
... blah ...
... blah ...
-- Oh no!!!
... blah ...
... blah ...
... blah ...
** Done! **
wall@kalingth:~$ 

Como utilizar esse pacote?

Inicialmente, criarei uma versão para tratamento apenas de imagens. Futuramente, terminarei de processar o módulo para convolução de todos os frames contidos em um vídeo.

Para convolucionar imagens, o método mais simples é instanciando um objeto ImageEffect passando o nome do arquivo de entrada e o nome do arquivo de saída. Posteriormente, basta chamar o método run e o objeto irá convolucionar a imagem, mostrar a saída da convolução por 2 segundos e então exportar o arquivo de saída. O método run pode receber o nome do tipo de convolução desejado.

Caso nenhum parâmetro seja chamado durante a instanciação do objeto, será processada a imagem de um guaxinim (Tanuki!!) presente na biblioteca scipy.

Para melhor exemplificação, vide o código abaixo:

>>> from kalinvolution.Images import ImageEffect 
>>> image = ImageEffect()
>>> image.run('Emboss')

Imagem Original	Imagem Convolucionada

Adicionais

Como o campo do tratamento de imagens é extremamente interessante, pretendo criar outros tratamentos por diversão. Atualmente, um tratamento que me diverti bastante foi o "AhaEffect" onde tento simular o efeito do videoclip Take On Me da banda A-Ha. Daí surgiu o interesse posterior em criar um módulo para tratamento dos frames de vídeos.

Principais Kernels

Abaixo é possível verificar a saída de cada kernel. Neste projeto, realizei a convolução dos três canais de cores: RGB (Red, Green e Blue).

Respectivas Saídas de Cada Convolução
Tanuki Identity	Tanuki Blur
Tanuki Gaussian Blur	Tanuki Gaussian Blur With 5x5 Matrix
Tanuki Box Blur	Tanuki Edge
Tanuki Edge Variation One	Tanuki Edge Variation Two
Tanuki Edge Variation Three	Tanuki Edge Variation Four
Tanuki Scharr	Tanuki Emboss
Tanuki Sharpen	Tanuki Unsharp
Tanuki Sobel	Tanuki Aha Effect

Estrutura de Arquivos do Projeto

Abaixo é possível encontrar a estrutura de arquivos e diretórios desse projeto.

ROOT
│   .gitignore
│   output.png
│   output_AhaEffect.png
│   output_Blur.png
│   output_BoxBlur.png
│   output_Custom.png
│   output_Edge.png
│   output_EdgeFour.png
│   output_EdgeOne.png
│   output_EdgeThree.png
│   output_EdgeTwo.png
│   output_Emboss.png
│   output_GaussianBlur.png
│   output_GBW5x5Kernel.png
│   output_Identity.png
│   output_Scharr.png
│   output_Sharpen.png
│   output_Sobel.png
│   output_Unsharp.png
│   README.md
│   
└───convolution
    │   Images.py
    │   __init__.py
    │   
    ├───Misc
    │       CONSTANTS.py
    │       __init__.py
    │       
    └───Processors
            FrameProcessor.py
            __init__.py

Author

Wallace Rocha - Kalingth.

Licensing

Sou Adepto ao Copyleft :)