Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Lý thuyết xử lý ảnh.

1 Lý thuyết xử lý ảnh.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Lưu trữ



Thiết bị thu

nhận ảnh

(camera,

sensor)



Thu nhận

ảnh



Lưu trữ



Số hóa



Nhận

dạng



Phân

tích

ảnh



Hệ quyết

định

HÌNH 2.1 Sơ đồ hệ thống xư lý anh.

Từ hình vẽ 2-1 ta thấy một hệ thống xư lý anh bao gồm: thu nhận anh, số hóa

anh, phân tích anh và cuối cùng là quyết định (tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụthể

mà đưa ra quyết định cho phù hợp).

2.1.1.1 Thu nhận anh và số hóa.

Việc thu nhận anh có thể thông qua camera. Các camera có thể hoặc là tương tự

(loại camera ống kiểu CCIR) hoặc là số (loại camera kiểu CCD_ Charge Coupled

Device). Ảnh cũng có thể được thu qua các thiết bị khác như máy quét v..v .Nếu anh

nhận được là tương tự nó phai được số hóa nhờ quá trình lấy mẫu và lượng tư hóa

trước khi phân tích, xư lý hay lưu trữ anh.

2.1.1.2 Phân tích anh.

Ở giai đoạn này anh được xư lý theo nhiều công đoạn nhỏ như: cai thiện anh,

khôi phục anh để làm nổi bật một số đặc tính chính của anh hay làm anh gần với trạng

thái gốc. Tiếp theo là phát hiện các đặc tính như biên, phân vùng, định vị trí tọa độ anh

trong không gian anh.

2.1.1.3 Hệ quyết định.

Cuối cùng tùy theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng hay các

quyết định khác. Ở đây, hệ thống xư lý anh đưa ra quyết định chọn đối tượng cần làm

việc trong không gian anh, sau đó lấy dữ liệu và làm việc với đối tượng đó

3



2.1.2 Thu nhận anh và lưu trữ anh.

2.1.2.1 Thu nhận anh.

Ảnh có thể được thu nhận qua camera ở dạng tín hiệu tương tự (loại camera ống

chuẩn CCIR) với tần sớ 1/25, mỗi anh 625 dòng hoặc ở dạng tín hiệu số (loại CCD) là

loại photodiode tạo ra cường độ ánh sáng tại mỗi điểm anh. Mặt khác, anh cũng có thể

tiếp nhận từ vệ tinh qua các bộ cam ứng (sensor), có thể quét anh từ anh chụp bằng

máy tính quét anh ( scaner).

Cấu tạo Camera (Webcame).

Webcame ( Web camera) được hiểu như một thiết bị thu nhận anh dưới dạng tín

hiệu số cấu tạo chung như sau:

-



Ống kính(Lens): thường làm bằng vật liệu dẻo, có thể điều chỉnh tiêu cự



của camera bằng cách xoay ống kính.

-



Cam biến hình anh (Image Sensor): có thể là CCD( Charge-Coupled



Device)hay là CMOS( Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).

-



Một số thiết bị khác.



Cam biến hình anh là thiết bị có kha năng chụp và số hóa hình anh dựa trên

nguyên lý tích điện dưới tác dụng của ánh sáng ( hình anh ) thu nhận được sau đó được

số hóa thông qua tín hiệu điện đã được chuyển đổi. Trên nguyên tắc làm việc chung

đó, cam biến hình anh được chia làm hai loại: CCD và CMOS. Tuy nhiên hai cam biến

này được chế tạo theo hai kỹ thuật hoàn toàn khác nhau.

Trong thực tế hiện nay, không ít người trong chúng ta nghĩ rằng camera CCD có

công nghệ tiên tiến hơn camera CMOS. Thực chất, điều này không hẳn đúng bởi vì

mỗi công nghệ đều có ưu nhược điểm, thế mạnh riêng tùy theo nhu cầu và ứng dụng.

 Cam biến CCD:

Thành phần cơ ban của Sensor CCD qt dòng là mợt hàng phân tư anh silic

gọi là photosites. Các photo hình anh cho qua một cấu trúc cổng đa tinh thể trong suốt

và được hấp thụ trong tinh thể silic, do đó tạo nên một cặp lỗ electron. Các quang điện

tư tạo ra được tập hợp vào các photosite, lượng điện tích được tập hợp trong mỗi

4



photosite tỷ lệ với cường độ chiếu sáng tại điểm đó. Mợt sensor qt dòng điển hình

gờm mợt hàng các phân tư anh photosite, hai cổng truyền được sư dụng để chốt lại nội

dung của các phần tư hình anh vào các thanh ghi vận chuyển và một cổng nối ra được

sư dụng để chốt nội dung của các thanh ghi vận chuyển vào bộ khuyếch đại, lối ra của

bộ khuyếch đại này là một tín hiệu điện áp tỷ lệ với các nợi dung của hàng photosites.



HÌNH 2.2 Sensor qt dòng CCD

Các mang khới ghép diện tích giớng các sensor quét dòng, ngoại trừ các

photosite được sắp xếp theo dạng ma trận và có một tổ hợp thanh ghi vận chuyển cổng

giữa các cột photosite như trong hình 2-2.Nội dung của các photosite lẻ được chốt

lầnlượt vào các thanh ghi vận chuyển dọc và sau đó lại được chốt vào các thanh ghivận

chuyển ngang. Nội dung của các thanh ghi vận chuyển ngang này được dẫn vào bộ

khuyếch đại, lới ra của bợkhúch đại là mợt dòng lẻ hình anh. Thực hiện tương tự với

các photosite chẵn để hoàn thành trường thứ hai của khung.Cơcấu quét này được lặp

lại 30 lần mỗi giây.

Các camera quét dòng chỉ cho ra mợt dòng hình anh của hình anh lới vào.

Những thiết bị này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng mà các đối tượng chuyển động

qua sensor (như trong các băng truyền). Sự chuyển động của một đối tượng theo

hướng vuông góc với sensor tạo ra hình anh hai chiều. Các sensor qt dòng có đợ

5



phân giai thấp 32x3, trung bình 256x256 và cao 480 phân tư anh và các sensor thí

nghiệm CCD có kha năng đạt được độ phân giai khoang 1024x1024 hay cao hơn.

Ở đây, ta ký hiệu anh lối ra hai chiều của camera hay thiết bị cho anh khác là

f(x,y) trong đó x, y biểu thị toạ độ không gian (ví dụ mặt phẳng anh) và giá trị f tại

điểm (x,y) bất kỳ tỷ lệ với toạ độ (cường độ sáng) của hình anh tại điểm đó. Hình minh

hoạ một điểm anh và quy ước toạ đợ của nó.



HÌNH 2.3 Quy ước tọa đợ cho biểu diễn anh

Để máy tính có thể xư lý, hàm anh (x,y) phai được sớ hố ca về khơng gian lẫn

biên đợ (cường đợ). Việc sớ hố các toạ đợ không gian (x,y) được coi như là việc lấy

mẫu hình anh, trong khi đó việc sớ hố biên đợ được coi là lượng tư hố cường đợ cho

những hình anh đơn sắc và phan anh ban chất của các anh này là biến thiên từ đen tới

trắng theo các mức xám khác nhau. Hai thuật ngữ cường độ sáng và mức xám có thể

dung hốn chủn cho nhau.

Gia sư mợt hình anh liên tục được lấy mẫu đồng nhất cho một mang N hàng và

M cột, ở đây mỗi mẫu cũng được lượng tư hố về biên đợ. Mang này được gọi là anh

số, có thể được viết như sau:

[f(0,0)f(0,1)………………………f(0,M-1)]

F(x,y) =



f(1,0)f(1,1)……………………….f(1,M-1)

…………………………………

6



f(N-1,0)f(N-1,1)………………f(N-1,M-1)

Ở đây các biến rời rạc:x=0, 1, 2 …, N-1 và y= 0, 1, 2, …, M-1

Mỗi phần tư trong mang được gọi là một phần tư anh hay pixel. Từ mang ta

thấy pixel tại gốc của anh được biểu thị là f(0,0), pixel bên phai là f(0,1), v.v. Thông

thường N, M và số mức cường độ rời rạc của mỗi pixel đã lượng tư hoá là luỹ thừa

nguyên của 2.

Cam biến CMOS:cũng giống như cam biến CCD, CMOS cũng hấp thụ







ánh sáng thông qua mang diode quang. Tuy nhiên,bên trong mỗi pixel diode này được

tích hợp một mạch khuếch đại, lọc nhiễu,và mạch số hóa để có thể tự đợng dò tìm

photon ánh sáng hấp thụ đượcchủn đổi thành điện áp và trực tiếp truyền tín hiệu đến

ngõ ra. Vì thế tín hiệu điện ở ngõ ra là tín hiệu ở dạng số.

2.1.2.2 Lưu trữ anh.

Ảnh trên máy tính là kết qua thu nhận theo các phương pháp số hoá được nhúng

trong các thiết bịkỹ thuật khác nhau.Quá trình lưu trữ anh nhằm 2 mục đích:

• Tiết kiệm bợ nhớ.

• Giam thời gian xư lý.

Việc lưu trữ thơng tin trong bộ nhớ có anh hưởng rất lớn đến việc hiển thị, in ấn

và xư lý anh được xem như là 1 tập hợp các điểm với cùng kích thước nếu sư dụng

càng nhiều điểm anh thì bức anh càng đẹp, càng mịn và càng thể hiện rõ hơn chi tiết

của anh, người ta gọi đặc điểm này là độ phân giai.

Để lưu trữ anh trên máy tính, một số định dạng anh sau như IMG, PCX, TIFF,

GIF.





Định dạng anh IMG dùng cho anh đen trắng. Phần đầu của anh IMG có



16 byte chứa các thông tin:

-



6 byte đầu: dùng để đánh dấu định dạng anh IMG.



-



2 byte tiếp theo: chứa độ dài mẫu tin. Đó là độ dài của dãy các byte kề



liền nhau mà dãy này sẽ được lặp lại một số lần nào đó. Số lần lặp lại này sẽ được lưu

7



trong byte đếm. Nhiều dãy giống nhau được lưu trong một byte. Đây là một cách lưu

trữ hình anh dưới dạng nén.

-



4 byte tiếp theo: mô ta kích cỡ pixel .



-



2 byte tiếp theo: cho biết sớ pixel trên mợt dòng anh .



-



2 byte ći: cho biết sớ dòng anh trong anh.







Định dạng anh PCX là một trong những định dạng anh cổ điển nhất.



Định dạng này sư dụng phương pháp mã loại dài RLE (Run-Length-Encoded) để nén

dữ liệu anh. Quá trình nén và giai nén được thực hiện trên từng dòng anh. Tệp PCX

gờm 3 phần :đầu tệp(header), dữ liệu anh (image data), và bang màu mở rộng.





Định dạng anh TIFF được thiết kế để làm nhẹ bớt các vấn đề liên quan



đến việc mở rộng tệp anh cố định. Định dạng này cũng gồm 3 phần: IFH, IFD, DE.





Định dạng anh GIF (Graphics Interchange Format). Định dạng này được



đưa ra để khắc phục những vấn đề mà các định dạng anh khác gặp phai khi số màu

trong anh tăng lên.

2.1.3 Phân tích anh.

2.1.3.1 Khái niệm pixel và pixel lân cận.

Pixel là phân tư nhỏ nhất cấu tạo nên hình anh. Mỗi pixel có một toạ độ (x,y) và

màu xác định.

P1



P2



P3



(x-1, y-1)



(x-1, y)



(x-1, y+1)



P4



P



P5



(x, y-1)



(x, y)



(x, y+1)



P6



P7



P8



(x+1, y-1)



(x+1, y)



(x+1, y+1)



HÌNH 2-4 Pixel P và các lân cận của P



8



Một pixel P tại các toạ độ (x, y) có ô pixel lân cận theo chiều dọc và chiều

ngang, và toạ độ tương ứng của các pixel này, như hình trên là:

P2(x-1, y)



P7(x+1, y)



P6(x+1, y-1) .



P5(x, y+1)



Tập các pixel này gọi là lân cận của P và ký hiệu là N4(p). Mỗi pixel lân cận

cách (x, y) một đơn vị và nếu (x, y) ở mép của màn hình thì sẽ có một số pixel lân cận

của p nằm ở ngoài hình anh. Ngoài 4 pixel lân cận của P theo chiều dọc và chiều

ngang, xung quanh P còn có 4 pixel chéo góc có các toạ độ tương ứng là:

P1(x-1, y-1)



P3(x-1, y+1)



P6(x+1, y-1)



P8(x+1, y+1)



Tập các pixel này được ký hiệu là ND(p).Bốn pixel này cùng với 4 pixel ởtrên

tạo thành 8 pixel lân cận của p và được ký hiệu là N8 (p).Tập hợp này cũng sẽ có một

số pixel ở bên ngoài hình anh nếu (x, y) nằm ở mép của hình anh.

2.1.3.2 Mộtsố không gian màu.

 Không gian màu RGB (Red, Green, Bule).

Màu đỏ, lục – xanh lá cây, lam – xanh da trời (RGB) được sư dụng phổ biến

nhất.Những màu gốc RGB được thêm vào những màu gốc khác điều đó tạo nên sự

đóng góp riêng của từng màu gốc được thêm cùng nhau để mang lại kết qua. Tập hợp

màu nhỏ thành phần sắp xếp theo khối lập phương đơn vị. Đường chéo chính của khối

lập phương với sự cân bằng về số lượng từng màu gốc tương ứng với các mức độ xám

với đen là (0,0,0) và trắng (1,1,1).



9



Blue(0,255)

(0, 0, 1)



(0,0,0)

(0,1,0) green



(1,0,0)

Red



HÌNH 2.5 Mơ hình màu RGB

 Mơ hình màu CMY (Cyan, Magenta, Yellow)

Là phần bù tương ứng cho các màu đỏ, lục, lam và cũng được sư dụng như

những bộ lọc loại trừ các màu này từ ánh sáng trắng. Vì vậy CMY còn được gọi là các

phần bù loại trừ của màu gốc. Tập hợp màu thành phần biểu diễn trong hệ tọa độ Đềcác cho mô hình màu CMY cũng giống như cho mô hình màu RGB ngoại trừ màu

trắng (ánh sáng trắng), được thay thế màu đen (không có ánh sáng) ở tại nguồn sáng.

Các màu thường được tạo thành bằng cách loại bỏ hoặc được bù từ ánh sáng trắng hơn

là được thêm vào những màu tới.

Green



Yellow



Cyan



Red



Black



Blue



Magenta



HÌNH 2.6 Các màu gớc bù và sự pha trợn giữa chúng



10



Khi bề mặt được bao phủ bởi lớp mực màu xanh tím, sẽ không có tia màu đỏ

phan chiếu từ bề mặt đó. Màu xanh tím đã loại bỏ phần màu đỏ phan xạ khi có tia sáng

trắng, mà ban chất là tổng của 3 màu đỏ, lục, lam. Vì thế ta có thể coi màu Cyan là

màu trắng trừ đi màu đỏ và đó cũng là màu lam cộng màu lục. Tương tự như vậy ta có

màu đỏ thẫm (Magenta) hấp thụ màu lục, vì thế nó tương đương với màu đỏ cộng màu

lam. Và cuối cùng màu vàng (Yellow) hấp thụ màu lam, nó sẽ bằng màu đỏ cộng với

lục.

Khi bề mặt của thực thể được bao phủ bởi xanh tím và vàng, chúng sẽ hấp thụ

hết các phần màu đỏ và xanh lam của bề mặt. Khi đó chỉ tồn tại duy nhất màu lục bị

phan xạ từ sự chiếu sáng của ánh sáng trắng. Trong trường hợp khi bề mặt được bao

phủ bởi ca 3 màu xanh tím, vàng, đỏ thẫm, hiện tượng hấp thụ xay ra trên ca 3 màu đỏ,

lục và lam. Do đó, màu đen sẽ là màu của bề mặt. Những mới liên hệ này có thể được

miêu ta bởi:



HÌNH 2.7 Sự biến đổi từ RGB thành CMY

 Mô hình màu HSV (Hue, Saturation, Value).

Các mô hình màu RGB, CMY được định hướng cho phần cứng trái ngược với

mô hình màu HSV của Smith hay còn được gọi là mẫu HSB với B là Brightness (độ

sáng), được định hướng người sư dụng dựa trên cơ sở nền tang về trực giác về tông

màu, sắc độ và sắc thái mỹ thuật.

Hệ thống tọa độ có dạng hình trụ và tập màu thành phần của không gian bên

trong mô hình màu được xác định là hình nón hoặc hình chóp sáu cạnh như trong hình.

Đỉnh hình chóp là sáu cạnh khi V= 1 chứa đựng mối quan hệ giữa các màu sáng và

những màu trên mặt phẳng với V= 1 đều có màu sáng.



11



HÌNH 2.8 Mơ hình màu HSV

Sắc màu (Hue) hoặc H được đo bởi góc quanh trục đứng với màu đỏ là 0 o, màu

lục là 120o, màu lam là 240o (xem hình). Các màu bổ sung trong hình chóp HSV ở

180o đối diện với màu khác. Giá trị của S là một tập các giá trị đi từ 0 trên đường trục

tâm (trục V) đến 1 trên các mặt bên tại đỉnh của hình chóp sáu cạnh. Sự bão hòa được

đo tương đối cho gam màu tương ứng với mô hình màu này.

Mô hình màu dạng hình chóp sáu cạnh này đường cao V với đỉnh là điểm gốc tọa

độ (0,0). Điểm ở đỉnh là màu đen có giá trị tọa độ màu V= 0, tại các điểm này giá trị

của H và S là không liên quan với nhau. Khi điểm có S= 0 và V= 1 là điểm màu trắng,

những giá trị trung gian của V đối với S= 0 (trên đường thẳng qua tâm) là các màu

xám. Khi S= 0 giá trị của H phụ thuộc được gọi bởi các quy ước không xác định,

ngược lại khi S khác 0 giá trị của H sẽ là phụ thuộc.

Như vậy một màu nào đó V= 1, S= 1 là giốg như màu thuần khiết trong mỹ

thuật được sư dụng như điểm khởi đầu trong các màu pha trên. Thêm màu trắng phù

hợp để giam S (không có sự thay đổi V) tạo nên sự thay đổi sắc thái của gam màu. Sự

chuyển màu được tạo ra bởi việc giữ S= 1 và giam V tạo nên sự thay đổi về sắc độ và

tông màu tạo thành bởi việc thay đổi ca hai S và V.

 Mô hình màu HLS

Mô hình màu HLS được xác định bởi tập hợp hình chóp sáu cạnh đôi của không

gian hình trụ.Sắc màu là góc quanh trục đứng cau hình chóp sáu cạnh đôi với màu đỏ

tại góc 0o. Các màu sẽ xác định theo thứ tự giống như trong biểu đồ CIE khi ranh giới

12



của nó bị xoay ngược chiều kim đồng hồ: Màu đỏ, màu vàng, màu lục, màu xanh tím,

màu lam và đỏ thẫm. Điều này cũng giống như thứ tự sắc xếp trong mẫu hình chóp sáu

cạnh đơn HSV.



HÌNH 2.9 Mô hình màu HLS

Chúng ta có thể xem mẫu HLS như một sự biến dạng cầu mẫu HSV mà trong

đó mẫu này màu trắng được kéo hướng lên hình chóp sáu cạnh phía trên từ mặt V= 1.

Như với mẫu hình chóp sáu cạnh đơn, phần bổ sung của một màu sắc được đặt ở vị trí

180o hơn là xunh quanh hình chóp sáu cạnh đơi, sự bão hòa được đo xung quanh trục

đứng, từ 0 trên trục tới 1 trên bề mặt. Độ sáng bằng không cho màu đen và bằng một

cho màu trắng.

2.1.3.3 Một số công cụ trợ giúp xư lý anh.

 Kỹ thuật lọc số.

Chất lượng hình anh kém do rất nhiều nguyên nhân như do nhiễm điện tư của

máy thu hay chất lượng bộ số hóa kém. Nhiễu anh số được xem như là sự dịch chuyển

nhanh của tín hiệu thu nhận trên một khoang cách ngắn. Về mặt tần số, nhiễu ứng với

các thành phần tần số cao trong anh.Như vậy, để xư lý nhiễu ta có thể lọc các thành

phần tần số cao. Việc lọc dựa vào tính dư thừa thông tin không gian các pixel lân cận

có thể có cùng hoặc gần cùng một số đặc tính. Kỹ thuật lọc này dùng một mặt nạ và di

chuyển khắp anh gốc. Tùy theo cách tổ hợp điểm đang xét với các điểm lân cận mà ta

có kỹ thuật lọc tuyến tính hay kỹ thuật lọc phi tuyến. Điểm anhchịu tác động của biến

13



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Lý thuyết xử lý ảnh.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×