XỬ LÝ ẢNH SỐ

Chương Xử lý ảnh Xử lý ảnh số Xử lý ảnh số trình biến đổi ảnh số máy tính (PC) Ảnh số tạo số hữu hạn điểm ảnh, điểm ảnh nằm vị trí định có giá trị định Một điểm ảnh ảnh gọi pixel Tại cần xử lý ảnh số? • Tại phải nén tín hiệu? – Ảnh sủ dụng lúc, nơi – Hạn chế không gian lưu trữ tốc độ đường truyền • Lý phải xử lý ảnh – Ảnh bị lỗi q trình thu ảnh, truyền dẫn hiển thị (hồi phục, nâng cao chất lượng ảnh, nội suy) – Ảnh mang nội dung nhạy cảm (vd, chống lại copy không hợp pháp, giả mạo lừa đảo) – Tạo ảnh có hiệu ứng nghệ thuật • Lý phải phân tích ảnh – Dạy máy tính có khả “nhìn” (nhận dạng) Các giai đoạn hệ thống xử lý ảnh Các giai đoạn hệ thống xử lý ảnh • + Thu nhận ảnh: - Qua camera (tương tự, số) - Từ vệ tinh qua cảm ứng (Sensors) - Qua máy qt ảnh (Scaners) • + Số hóa ảnh: Biến đổi ảnh tương tự thành ảnh rời rạc để xử lý máy tính: Thơng qua q trình lấy mẫu (rời rạc mặt khơng gian) lượng tử hóa(rời rạc mặt biên độ) • + Xử lý số: tiến trình gồm nhiều cơng đoạn nhỏ: Tăng cường ảnh (Enhancement), khôi phục ảnh (Restoration), phát biên (Egde Detection), phân vùng ảnh (Segmentation), trích chọn đặc tính (Feature Extraction) • + Hệ định: Tùy mục đích ứng dụng mà chuyển sang giai đoạn khác hiển thị, nhận dạng, phân lớp, truyền thông… Các thành phần hệ thống xử lý ảnh Ứng dụng xử lý ảnh  Trong y học  Trong lĩnh vực địa chất, hình ảnh nhận từ vệ tinh phân tích để xác định cấu trúc bề mặt trái đất Kỹ thuật làm đường biên (image enhancement) khơi phục hình ảnh (image restoration) cho phép nâng cao chất lượng ảnh vệ tinh tạo đồ địa hình 3-D với độ xác cao  Trong ngành khí tượng học, ảnh nhận từ hệ thống vệ tinh theo dõi thời tiết xử lý, nâng cao chất lượng ghép hình để tạo ảnh bề mặt trái đất vùng rộng lớn, qua thực việc dự báo thời tiết cách xác  Xử lý ảnh sử dụng nhiều hệ thống quản lý chất lượng số lượng hàng hóa dây truyền tự động, ví dụ hệ thống phân tích ảnh để phát bọt khí bên vật thể đúc nhựa, phát linh kiện không đạt tiêu chuẩn (bị biến dạng) trình sản xuất hệ thống đếm sản phẩm thơng qua hình ảnh nhận từ camera quan sát  Xử lý ảnh sử dụng rộng rãi lĩnh vực hình hệ thống bảo mật kiểm sốt truy cập  Ngồi ra, kể đến ứng dụng quan trọng khác kỹ thuật xử lý ảnh tĩnh ảnh động đời sống tự động nhận dạng, nhận dạng mục tiêu qn sự, máy nhìn cơng nghiệp hệ thống điều khiển tự động, nén ảnh tĩnh, ảnh động để lưu truyền mạng viễn thơng v.v Số hóa ảnh • Phương pháp chung để số hóa ảnh lấy mẫu theo hàng mã hóa hàng Nguyên tắc số hóa ảnh Ảnh vào f(x,y) fi(m,n) Lấy mẫu Lượng hóa u(m,n) Máy tính • Ảnh vào ảnh tương tự • Tiến trình lấy mẫu thực công việc sau: Quét ảnh theo hàng, lấy mẫu theo hàng Đầu rời rạc mặt không gian, liên tục mặt biên độ • Tiến trình lượng hóa: lượng tử hóa mặt biên độ (độ sáng) cho dòng ảnh vừa rời rạc hóa Lấy mẫu • u cầu tín hiệu có dải phổ hữu hạn fx  fxmax • Ảnh thỏa mãn điều kiện trên, lấy mẫu lưới hình chữ nhật, với bước nhảy(chu kỳ lấy mẫu) x, y cho  f x max , x  f y max y • Thực tế ln tồn nhiễu ngẫu nhiên ảnh, nên có số kỹ thuật khác dùng là: lưới khơng vng, lưới bát giác Lượng tử hóa • Lượng hóa ảnh nhằm ánh xạ từ biến liên tục u(biểu diễn giá trị độ sáng) sang biến r r , r , ,hữu rời rạc u* với giá trị thuộc tập hạn • Cơ sở lý thuyết lượng hóa chia dải độ sáng biến thiên từ Lmin đến Lmax thành số mức (rời rạc nguyên)- Phải thỏa mãn tiêu chí độ nhậy mắt Thường Lmin=0, Lmax số nguyên dạng B (Thường chọn B=8, điểm ảnh mã hóa bít) L Ảnh tương tự Ảnh số hóa Các tiêu chuẩn lấy mẫu • Các tiêu chuẩn lấy mẫu video thành phần: có nhiều tiêu chuẩn lấy mẫu theo thành phần, điểm khác chủ yếu tỷ lệ tần số lấy mẫu phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói tín hiệu màu (hoặc hiệu màu): • tiêu chuẩn 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1 Tiêu chuẩn 4:4:4 • Tiêu chuẩn 4:4:4: Tín hiệu chói màu lấy mẫu tất điểm lấy mẫu dịng tích cực tín hiệu video Cấu trúc lấy mẫu trực giao Tiêu chuẩn 4:4:4 • ví dụ số hóa tín hiệu video có độ phân giải 720x576 (hệ PAL), bít lượng tử /điểm ảnh, 25 ảnh/s luồng liệu số nhận có tốc độ : 3x720x576x8x25= 249Mbits/s Tiêu chuẩn 4:2:2 • Tín hiệu chói lấy mẫu tất điểm lấy mẫu dịng tích cực tín hiệu video Tín hiệu màu dịng lấy mẫu với tần số nửa tần số lấy mẫu tín hiệu chói Tiêu chuẩn 4:2:0 • Tín hiệu chói lấy mẫu tất điểm lấy mẫu dòng tích cực tín hiệu video Cách điểm lấy mẫu tín hiệu màu Tại dịng chẵn lấy mẫu tín hiệu màu CR, dịng lẻ lấy mẫu tín hiệu CB Như vậy, tần số lấy mẫu tín hiệu chói fD, Thì tần số lấy mẫu tín hiệu màu fD/2 Tiêu chuẩn 4:1:1 • Tín hiệu chói lấy mẫu tất điểm lấy mẫu dịng tích cực tín hiệu video Tín hiệu màu dịng lấy mẫu với tần số phần tư tần số lấy mẫu tín hiệu chói Như vậy, tần số lấy mẫu tín hiệu chói fD, tần số lấy mẫu tín hiệu màu CR CB fD/4 Biểu diễn tín hiệu ảnh số  f  0,0    f 1,0  f  x, y       f  M  1,0   S (m , n)  f  0,1 f  0, N  1   f 1,1 f 1, N  1      f  M  1,1 f  M  1, N  1     S ( k , l ) ( m  k , n  l ) k   l   Với  m, k  M  1,  n, l  N  Các phương pháp xác định dự đoán biên ảnh • Đường biên đường nối điểm ảnh nằm khu vực ảnh có thay đổi đột ngột độ chói, đường biên thường ngăn cách hai vùng ảnh có mức xám gần khơng đổi