Acquisire ed elaborare immagini -

Terza parteLuca Capisani

Il Sistema Operativo Linux• E’ composto da tantissimi blocchi, i quali sono sviluppati da

gruppi indipendenti di programmatori volontari

• E’ facilmente programmabile per interfacciarsi con la rete– La configurazione della rete è semplice– Ci sono tanti strumenti che aiutano in caso di problemi

• Offre gratuitamente tanti tool per la programmazione:– Compilatore C, C++, Java …– Editor– Librerie per fare qualunque cosa

• Interagire con l’utente• Accedere alla rete• Convertire le immagini• Leggere e Memorizzare i dati sul disco

Linux: componenti fondamentali• Distribuzioni (Chi mette assieme le componenti fondamentali)

• Kernel (il cuore del sistema operativo)• File system (gestisce i files di sistema e utenti)• Utenti e amministratore (Ciascuno ha le proprie regole!)• Interfaccia grafica (NON è parte fondamentale!)• Terminale (è il modo più diretto per accedere al sistema)

• Sistema di rete (Offre tutti gli strumenti indispensabili e oltre!)• I pacchetti software (sono sempre accessori rispetto al “piccolo

kernel”)

File system

• E’ l’insieme di tutti i programmi e dello spazio di memoria che servono per– Memorizzare i files– Evitare perdita di dati– Ritrovare velocemente i dati

• Lo spazio di memoria di Linux è tipicamente organizzato in 3 partizioni– root, “/”, mantiene l’albero principale delle directory– /home, mantiene i files dell’utente– swap, mantiene i files temporanei

Gli utenti e l’amministratore• In linux, ogni programma

– Può essere creato solo da alcuni utenti– Può essere installato solo dall’amministratore o da chi ne ha il

permesso– Può essere eseguito solo da chi ne ha il permesso

• In linux, ogni file– Può essere letto solo da chi ne ha il permesso– Può essere scritto/cancellato solo da chi ne ha il permesso– Può essere eseguito (se è un programma) solo da chi ne ha il

permesso• In linux, ogni risorsa (rete, periferiche, audio,video, …)

– Può essere utilizzata solo da chi ne ha il permesso

• L’amministratore (root) ha sempre tutti i permessi e può decidere i permessi degli altri

Gli utenti e l’amministratore (2)• Ogni utente:

– Ha una “user name” denominata login– Ha una password

• Ogni utente può:– Cambiare la propria password– Cambiare i permessi dei propri files, dei propri programmi e delle

proprie risorse

• Gli utenti non possono:– Vedere alcuna password– Utilizzare programmi, files, risorse assegnate ad altri

• L’amministratore (root) può:– Modificare le password di chiunque (non le può vedere)– Utilizzare e modificare qualunque programma, files o risorsa

(rischio!!!)

Visualizzazione di un file con CAT

• E’ il modo più veloce per visualizzare un file da terminale– Comando: cat /home/lab/pippo

• Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Visualizzazione di un file esadecimale con HEXDUMP

• E’ il modo più veloce per visualizzare un file in esadecimale– Comando: hexdump /home/lab/pippo

• Visualizza il file pippo nella cartella /home/lab

Rappresentazione delle immagini

• Ciascuna immagine è rappresentata nel computer per mezzo di numeri (01000101110101101…)

• L’area viene suddivisa in tanti piccoli quadrati colorati

• Ci sono metodi efficienti per la memorizzazione

• Vediamone i dettagli!

Come viene rappresentata una immagine? ZOOM!

• Una immagine è una sequenza di tantissimipuntini coloratidetti pixel (PICture ELement)

Dimensioni dell’immagine

• Una immagine è una grande matrice di pixel:– La dimensione è il numero di pixel orizzontali x il

numero di pixel verticali:– 640x480– 800x600– 1024x768– Ecc.

5 colonne

4 rig

he

Colorazione pixel RGB!• Ogni pixel ha un colore unico!

• Il colore del pixel è determinato in base a tre componenti fondamentali:– Rosso – R: 0-255– Verde – G: 0-255– Blu – B: 0-255

• In questo modo si possono ottenere più di 16 milioni di colori diversi (per ciascun pixel dell’immagine)!

• 256*256*256= 16777216

Formati di immagine: cosa sono?

• Considerando il numero di pixels e il numero di colori di ciascun pixel, una immagine occupa tantissimo spazio.

• Una immagine si può memorizzare interamente così com’è– Formato RASTER: occupa molto spazio!– Esempio BMP

• Oppure si può memorizzare in modo da ridurre lo spazio occupato:– Formato lossy. Esempio: JPG

I numeri esadecimali

• Sono rappresentazioni particolari dei numeri binari. • Ogni numero è una cifra da 0 a F che corrisponde ai

numeri da 0 a 15

Rappresentazione RGB esadecimale

• Esempio: il pixel

• È un mix dei colori:• Rosso: 224/255 Verde: 36/255 Blu: 36/255• Si rappresenta su tre bytes RGB.• Una rappresentazione semplice si ha in hex• E02424 (E0 (224), 24 (36), 24(36))

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione

• Ci sono compiti che non dobbiamo risolvere noi programmatori:– Come si invia un dato sulla rete?– Come si scrive un carattere sul video?– Come si scrive un file?

• Risposta?– Non ci interessa!

• Ci sono librerie già fatte per fare queste operazioni, basta saperle usare!

Librerie di sistema: aiuto alla programmazione

• Esempi: – #include <stdio.h>: contiene tutto ciò che ci serve per

gestire la stampa di caratteri a video!

– #include <sys/socket.h>, – #include <arpa/inet.h>, – #include <netdb.h>: contengono tutto ciò che ci serve

per usare la rete!

– #include <string.h>: contiene tutto ciò che ci serve per usare le stringhe!

– Notare le parentesi < e >

Librerie utente: permettono di scrivere il codice una volta per tutte!

• Esempio: Connettersi alla telecamera e richiedere una immagine è un problema ricorrente

• E’ meglio avere un pezzo di codice che lo fa, senza doverci preoccupare ogni volta del problema!

• Si includono con la sintassi– #include “libreria.h”– Notare le virgolette!!!

Blocchi fondamentali di un programma C

• Sezione INCLUDE:– Serve per includere le librerie e altri files .c– #include <stdlib.h> • Con le parentesi < e > si includono le librerie di sistema

– #include “mialib.h”• Con le virgolette si includono le librerie dell’utente

(nella stessa cartella dei programmi)– Inlcudere un file significa mettere il file indicato al

posto della parola include!!!– È come scrivere il codice al posto dell’include

Blocchi fondamentali di un programma C (2)

• Sezione DEFINE:– Serve per definire le costanti– #define imgX 640– #define imgY 480– Hanno lo stesso effetto di sostituire il numero al nome

della costante prima di compilare il codice!• Sezione del codice:– Metodi del programma

• Sono le parti del programma– Metodo main()

• Contiene quella parte di programma che viene chiamata non appena il programma parte

• Al suo interno chiama le altre parti (metodi) del codice

Blocchi fondamentali: metodo main()

int main(int argc, const char ** argv){

//Questo è un commento

leggiDati();calcolaQualcosa();scriviLaRisposta();

return 0; //Non ci sono errori}

E’ la prima porzione di codice che il processore elabora quando si esegue il programma!

Blocchi fondamentali: PRINTF()

• La funzione printf()serve per visualizzare qualcosa all’utente

• Comunicare una informazione all’utente. Esempio:

• printf(“Ciao, come va?”);• Visualizza a video:• Ciao, come va?

Blocchi fondamentali: PRINTF() e i numeri

• printf() può essere usata per stampare delle stringhe che contengono un MIX tra lettere e numeri:

• ESEMPIO:int numero = 3; // Dichiarazione di un numero

printf(“Il numero è %d”, numero)

Il simbolo %d indica a printf che in quella posizione ci deve essere sostituito il numero!

ESEMPIO: Configurare la telecamera in diretta

• 1 coppia alla volta http://172.16.205.50• Accedere alla telecamera con la userid e la

password di default• Impostare un indirizzo IP e una netmask

ammissibile per la rete• Verificare e cambiare le impostazioni

immagine/video• Controllare che le modifiche abbiano effetto• Non cambiare le password

Esempio: GIMP e le immagini esadecimali

• Aprire GIMP con il comando gimp & da terminale

• Creare una immagine nuova 1x1 pixel

• Immettere un pixel di un certo colore RGB

• Salvare l’immagine in uno dei seguenti formati:– PBM PGM XPM PPM BMP

• Verificare con hexdump che cosa è stato scritto su disco

• Ripetere l’esercizio con una immagine 3x3

Esempio: GIMP e le immagini esadecimali

• Salvare in PPM ASCII• Visualizzare il file con CAT• Modificare l’immagine con GEDIT

• Visualizzare le modifiche con GIMP

• Modificare il colore del pixel centrale con un altro colore (bianco)

• Provare a fare rosso/blu il pixel centrale• Provare a fare una scacchiera

Creare una immagine di pochi pixel

Impostare un colore

Colorare un pixel con quel colore, gli altri in nero

Salvare l’immagine in uno dei formati RASTER

Fare alcune prove confrontando i vari formati RASTER

• Cosa cambia tra i vari formati raster?

• Cosa cambia tra una immagine di 1 pixel e una di 9?

• Cosa si vede salvando l’immagine come jpg?

Salvare tutte le informazioni su un file: fprintf()!

#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

FILE *fptr = fopen(“f.txt","w");int annoNascita = 1982;int eta = 2008 – 1982;fprintf(fptr,“Luca Capisani, età %i”, eta);fclose(fptr);return 0;

}

• Per controllare che il file è corretto: cat f.txt dopo aver eseguito il programma

Cicli FOR• Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!!

• Procedura:– Scrivere 1;– Calcolare 1 + 1 = 2– Scrivere 2;– Calcolare 2 + 1 = 3– Scrivere 3;– Calcolare 3 + 1 = 4– …

• Le istruzioni si ripetono!

• Come possiamo scrivere la stessa cosa più rapidamente???

Cicli FOR• Esempio: comunicare all’utente il conteggio da 1 a 10!!!

• Non voglio ripetere le istruzioni uguali!

• Procedura:

– Imposto a = 0;– Inizio di un ciclo

• a = a + 1• Scrivo (a)

– Mi fermo solo quando ho raggiunto il limite

• Le istruzioni non si ripetono più!

• Come possiamo scrivere la stessa cosa nel linguaggio C???

Esempio: Uso dei cicli#include <stdio.h>int main(int argc, const char ** argv){

int i;

for (i = 0; i<10; ){ i = i+1; printf("i = %d \n" ,i);}

return 0;}

Uso delle librerie di rete

• Richiede di– Includere le librerie di rete

• #include <sys/socket.h>• #include <arpa/inet.h>• #include <stdlib.h>• #include <netdb.h>

– Configurare le impostazioni desiderate per la connesione

– Creare la connessione– Utilizzarla per inviare/ricevere dati– Chiudere la connessione

Configurare la rete…struct sockaddr_in *remote;

int tmpres;

char *ip;

char *get;

char buf[BUFSIZ+1];

char *host;

char *page;

host = "192.168.121.12";

page = PAGE;

sock = create_tcp_socket();

ip = get_ip(host);

remote = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in *));

remote->sin_family = AF_INET;

tmpres = inet_pton(AF_INET, ip, (void *)(&(remote->sin_addr.s_addr)));

if( tmpres < 0) {

perror("Can't set remote->sin_addr.s_addr");

exit(8);

}else if(tmpres == 0){

fprintf(stderr, "%s is not a valid IP address\n", ip);

exit(7);

}

remote->sin_port = htons(PORT);

if(connect(sock, (struct sockaddr *)remote, sizeof(struct sockaddr)) < 0){

perror("Could not connect");

exit(4);

}

Un semplice programma per richiedere una immagine alla camera

#include <stdio.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdlib.h>

#include <netdb.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include "netHTTP.h"

#include "mylib.h"

int PORT=80;

char* HOST = "192.168.121.12";

//char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg";

char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

int pktCount=0;void dataRec(void *data, unsigned long int l){

pktCount++;printf("Ricevuto pkt %d

len %d\n", pktCount, l);}int main(int argc, char **argv){ tcpConnect(); sendHTTPRequest(); memset(buf,0,sizeof(buf)); while((tmpres = recv(sock, buf, BUFSIZ, 0)) > 0){ dataRec(buf,tmpres); } closeSock(); return 0;}

Librerie!!– Di sistema

#include <stdio.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <stdlib.h>#include <netdb.h>#include <string.h>#include <unistd.h>

– Utente#include "netHTTP.h"#include "mylib.h"

Parametri!!

• Configurazione!

int PORT=80;char* HOST = "192.168.121.12";

Voglio ricevere il filmato?//char* PAGE = "/mjpg/video.mjpg";

Voglio vedere solo “una foto”?char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

Richiesta HTTP di una immagine• Connessione TCP alla telecamera– Avviene usando – l’indirizzo IP 192.168.x.x– e la Porta 80• tcpConnect();

• Richiesta HTTP di tipo GET alla telecamera– Specifica il file che mi interessa e che cosa sono in

grado di fare (le mie caratteristiche)• sendHTTPRequest();

Arriva l’immagine!!!

• Preparo lo spazio di memoria memset(buf,0,sizeof(buf));• Attendo ciasun “pacchetto” dalla rete e lo

memorizzowhile((tmpres=recv(sock,buf,BUFSIZ,0))> 0){

dataRec(buf,tmpres);

}

Diagramma di flusso di connessione e richiesta

INIZIO

CONNESSIONE TCP

RICHIESTA HTTP

TRASFERIMENTO DI UN PACCHETTO

FINEDATI???

NO!

SI!CHIUSURA

CONNESSIONE

FINE

Dove va a finire la risposta?

• Nel nostro caso la risposta della telecamera va persa!

• Tuttavia si può memorizzare su un file

• Alla fine possiamo visualizzare la foto con un comune programma da disegno!

Esercizio

• Fate un programma che:– Si connetta alla telecamera;– Richieda l’invio di una immagine;– Legga l’immagine inviata dalla telecamera;– Sommando tutte le lunghezze dei pacchetti

ricevuti dalla telecamera, vi dica quanto era lunga l’immagine.

I Buffers

• Sono degli spazi di memoria di una certa dimensione– char buf[1500];

• E’ un’area di memoria denominata buf e di lunghezza 1500 caratteri ASCII

• Può contenere qualsiasi tipo di dato!– Una o più stringhe: “Ciao, come va?”– Uno o più numeri rappresentati in cifre decimali o in

binario– Una immagine

• Il buffer è caratterizzato da un indirizzo di memoria rappresentato dal suo nome: buf

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file senza buffer

#include …

#define PORT 80

#define HOST "192.168.121.12“

char* PAGE = "/jpg/image.jpg";

int pktCount=0;

int main(int argc, char **argv)

{

FILE *outfile = fopen("frame.jpg","w");

tcpConnect();

sendHTTPRequest();

memset(buf,0,sizeof(buf));

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file senza buffer

while((tmpres = recv(sock, buf, BUFSIZ, 0)) > 0){

fwrite(buf, 1, tmpres, outfile);

}

closeSock();

fclose(outfile);

return 0;

}

Richiedere una immagine alla camera e memorizzarla su file con i buffer

…