Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 2: Thu nhận, số hóa ảnh - Hoàng Văn Hiệp

Nội dung text: Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 2: Thu nhận, số hóa ảnh - Hoàng Văn Hiệp

1. Xử lý ảnh Hoàng Văn Hiệp Bộ môn Kỹ thuật máy tính Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông Email: hiephv@soict.hut.edu.vn 1
2. Chương 2. Thu nhận, số hóa ảnh 2.1. Hệ thống thị giác và sự cảm nhận ảnh 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc 2.3. Số hóa ảnh 2.4. Biểu diễn ảnh số 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh 3
3. Cấu tạo mắt người Giác mạc: . Mô có độ dai, trong suốt, phủ trước bề mặt của mắt. . Nối tiếp với giác mạc là màng cứng bao phần còn lại của mắt  Võng mạc . Các hình ảnh sẽ được phản chiếu lên võng mạc . Có 2 loại tế bào cảm nhận trên võng mạc: tế báo hình nón và tế bào hình que 5
4. Mật độ tế bào hình nón và hình que 7
5. Sự cảm nhận và phân biệt độ sáng Cường độ sáng được cảm nhận bởi hệ thống thị giác là hàm logarit của cường độ sáng đi vào mắt 9
6. Sự cảm nhận và phân biệt độ sáng Thí nghiệm phân biệt độ sáng khác nhau của mắt người 11
7. Một số hiệu ứng đặc biệt 13
8. 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu Các thuộc tính của ánh sáng . Độ chói (Radiance - watt): Tổng năng lượng của chùm tia từ nguồn . Đội rọi (Luminance – lumens, lm): Độ đo năng lượng ánh sáng thu nhận từ nguồn sáng o I(x, y, λ): phân bố ánh sáng trong không gian o V(λ): Hàm hiệu suất cảm độ rọi tương đối của hệ thống thị giác o 15
9. 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu Màu sắc . Cảm nhận màu sắc phụ thuộc vào phổ của ánh sáng . Ánh sáng nhìn thấy có dải phổ rất hẹp . Ánh sáng với tất cả các thành phần phổ nhìn thấy có năng lượng bằng nhau sẽ cho ánh sáng trắng 17
10. 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu Biểu diễn màu sắc bằng cách tổng hợp 3 màu cơ bản . R, G, B . Các tế bào nón hấp thụ các phổ Si(λ) có đỉnh tại các bước sóng • Đỏ: 65 % tế báo nón nhạy cảm với ánh sáng đổ (650nm) • Green: 33% tế báo nón nhạy cảm với ánh sáng lục (550nm) • Blue: 2 % tế báo nón nhạy cảm với ánh sáng lam (450nm) 19
11. Các hệ màu cơ bản CMY . Hệ màu trừ 21
12. Ví dụ về cảm nhận trực quan màu 23
13. Chương 2. Thu nhận, số hóa ảnh 2.1. Hệ thống thị giác và sự cảm nhận ảnh 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc 2.3. Số hóa ảnh 2.4. Biểu diễn ảnh số 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh 25
14. 2.3. Số hóa ảnh Analog Image Sensors Sampling Quantization Digital Image 27
15. Sampling (tiếp) Lấy mẫu không gian 2 chiều 29
16. Sampling (tiếp) 31  Đường biểu diễn lát cắt của đoạn thẳng AB
17. Lượng tử hóa (Quantization) Lượng tử hóa đều . Giải giá trị cần lượng tử hóa: tmin – tmax . Chia đều thành N mức lượng tử Lượng tử hóa không đều . Nhiều mức lượng tử hơn ở những vùng có nhiều giá trị tập trung hơn 33
18. Quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa 35
19. 2.4. Biểu diễn ảnh số f(x, y) F(I, j) hay F(m, n) 37
20. Tính toán dung lượng ảnh số L là số cấp xám sử dụng trong ảnh (số bước lượng tử hóa) L = 2k M x N: Kích thước của ma trận ảnh số (số mẫu khi lấy mẫu) Kích thước ảnh số: M x N x k (bít) . M = N thì kích thước: N2 x k 39
21. Độ phân giải không gian và độ phân giải mức xám Quá trình lấy mẫu độ phân giải không gian trong ảnh Quá trình lượng tử hóa độ phân giải mức xám trong ảnh 41
22. Độ phân giải không gian (tiếp) 512 32 64 128 256 Ảnh được lấy mẫu theo các kích thước khác nhau 43 1024
23. Độ phân giải cấp xám Xét ảnh liên tục như hình bên. Chúng ta tiến hành lấy mẫu ảnh cùng một kích thước nhưng với số cấp xám nhỏ dần. • 128 • 64 • 32 • 16 • 8 • 4 45 • 2
24. Độ phân giải cấp xám (tiếp) 47 64 cấp xám 32 cấp xám
25. Độ phân giải cấp xám (tiếp) 49 4 cấp xám 2 cấp xám
26. Phóng to và thu nhỏ ảnh số (Zooming & Shrinking) Bản chất của phóng to và thu nhỏ ảnh cũng giống như sampling . Zooming: oversampling . Shrinking: undersampling Zooming và shrinking: gồm 2 bước . Bước 1. Tạo ra các vị trí điểm ảnh mới . Bước 2. Gán giá trị mức xám cho các điểm ảnh mới 51
27. Zooming: Nearest neighbor interpolation Ví dụ: ảnh 4x4 zoom thành ảnh 7 x 7 . Bước 1: Áp lưới 7 x 7 vào ảnh 4 x4 . Bước 2: Gán giá trị mức xám cho mỗi ô lưới: ô gần nhất được gán . Bước 3. Mở rộng ảnh về 7 x 7 53
28. Zooming: Pixel replication Áp dụng tốt cho các phép zoom ảnh lên một số nguyên lần . Ví dụ: zoom ảnh lên 4 lần o Lặp giá trị pixel ở mỗi cột 2 lần o Lặp giá trị pixel ở mỗi hàng 2 lần 55
29. Chương 2. Thu nhận, số hóa ảnh 2.1. Hệ thống thị giác và sự cảm nhận ảnh 2.2. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc 2.3. Số hóa ảnh 2.4. Biểu diễn ảnh số 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh 57
30. 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh Liền kề (adjacency) . V: tập các giá trị mức xám để xác định liền kề . 2 pixel p, q có giá trị mức xám ∈ V là o 4-adjacency: nếu q ∈ 4(p) o 8-adjacency: nếu q ∈ 8(p) o m-adjacency: i) Nếu q ∈ 4(p), hoặc ii) q ∈ N8(p) và 4 ∩ 4 푞 không có điểm nào có giá trị mức xám ∈ 59
31. 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh Đường đi (path) . Path từ điểm p(x, y) đến q(s, t) được định nghĩa là tập các pixel o Sao cho: (x0, y0) = (x, y); (xn, yn) = (s, t) và (xi, yi) và (xi-1 , yi-1) là các điểm liền kề . Khái nệm: 4-paths, 8-paths, m-paths 61
32. 2.5. Mối quan hệ giữa các điểm ảnh Đường bao (boundary, border, contour) . Đường bao của một region R là tập các điểm thuộc R mà có 1 hoặc nhiều điểm lân cận không thuộc R Chú ý: . Đường bao ≠ đường biên (edge) . Đường bao ≡ đường biên: ảnh nhị phân 63