Chương 2. Thu nhận và biểu diễn ảnh

Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Giảng viên TS Phạm Việt Hà Email phamviethagmail com ĐT CQ (04) 37544486 Địa chỉ CQ 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 1 Chương 2 Thu nhận và biểu diễn ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2 2 1 Giới thiệu chung 2 2 Mô hình màu sắc 2 3 Thu nhận ảnh 2 4 Lấy mẫu và lượng tử hóa 2 5 Các định dạng file ảnh 2 2 1 Giới thiệu chung Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 3 Ví dụ 3 2 2 Mô hình màu sắc Viện Khoa học Kỹ thuật B.

Xử lý tín hiệu mã hóa (Master program) Giảng viên: TS Phạm Việt Hà Email: phamvietha@gmail.com ĐT CQ: (04).37544486 Địa CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Chương Thu nhận biểu diễn ảnh 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Mơ hình màu sắc 2.3 Thu nhận ảnh 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa 2.5 Các định dạng file ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.1 Giới thiệu chung Ví dụ: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.2 Mô hình màu sắc Cảm nhận màu  Phần nhạy cảm với ảnh: võng mạc (retina) bao gồm hai loại tế bào: rods (dạng hình que) cones (dạng hình nón)  Cone nhạy với màu sắc  Các tế bào que cho hình ảnh chung trường chiếu sáng, khơng nhạy với màu sắc mà nhạy với ánh sáng có mức thấp Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc Mơ hình màu: Là phương pháp diễn giải đặc tính tác động màu ngữ cảnh định  Không có mơ hình màu đầy đủ cho khía cạnh màu • Sử dụng mơ hình màu khác để mơ tả tính chất nhận biết khác màu  Thí dụ • • • Mơ hình màu RGB: ánh sáng Red, Green Blue ứng dụng cho hình, TV Mơ hình HSV: Nhận thức người Mơ hình CMYK: Máy in Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc  Xét cấu tạo mắt việc nhìn tất màu liên kết màu sơ cấp: Đỏ (R), lục (B), lam(G)  Bước sóng màu là: B=435,8nm; G=546,1 nm; R=700nm Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.3 Thu nhận ảnh  Ảnh thu từ thiết bị thu nhận ảnh ảnh tương tự ảnh số Trong trường hợp ảnh tương tự, phải tiến hành q trình số hóa ảnh để xử lý máy tính Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster camera Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Vector sensor bàn số hóa Digitalizer Nhìn chung hệ thống thu nhận ảnh thực q trình: • Cảm biến: biến đổi lượng quang học thành lượng điện (giai đoạn lấy mẫu) • Tổng hợp lượng điện thành ảnh số (giai đoạn lượng tử hóa) Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa Phương pháp chung để số hóa ảnh lấy mẫu theo hàng mã hóa hàng Eg: Quét ảnh theo hàng, lấy mẫu theo hàng mã hóa hàng Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 10 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa Lấy mẫu:  u cầu tín hiệu có dải phổ hữu hạn Ảnh thỏa mãn điều kiện trên, lẫy mẫu lưới hình chữ nhật, với bước nhảy (chu kỳ lấy mẫu) ∆x, ∆y khơi phục lại khơng sai sót Nếu ta chọn ∆x, ∆y cho: Tiến trình lượng hóa: Lượng tử hóa mặt biên độ (độ sáng) cho dịng ảnh vừa rời rạc hóa Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 11 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa Lượng hóa  Lượng hóa ảnh nhằm ánh xạ từ biến liên tục u (biểu diễn giá trị độ sáng) sang biến rời rạc u* với giá trị thuộc tập hữu hạn {r1 , r2 , , rL}  Cơ sở lý thuyết lượng hóa chia dải độ sáng biến thiên từ Lmin đến Lmax thành số mức (rời rạc nguyên)  Thường Lmin=0, Lmax số nguyên dạng Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện (Thường chọn B=8, điểm ảnh mã hóa bít) 12 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa  Cho {tk , k = 1,2, , L +1} tập bước dịch chuyển tk∈u • Với khoảng chia (t1, t2, tk) u∈(ti, ti+1) gán cho u giá trị ri Hay nói cách khác u lượng hố mức i (giá trị ri) • Lượng hóa đều: Lượng hóa kỹ thuật đơn giản, dễ thực • Giả sử biên độ đầu hệ thống thu nhận ảnh nhận giá trị từ đến X Mẫu lượng hóa 256 mức Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 13 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 14 2.5 Các định dạng ảnh Ảnh BMP (Bitmap) Là ảnh mô tả ma trận giá trị số xác định màu bảng màu điểm ảnh tương ứng hiển thị * Ưu điểm ảnh Bitmap tốc độ vẽ tốc độ xử lý nhanh * Nhược điểm kích thước lớn Ảnh JPEG (Joint Photographic Experts Group) Đây định dạng ảnh hỗ trợ nhiều trình duyệt web Ảnh JPEG phát triển để nén dung lượng lưu trữ ảnh chụp, sử dụng tốt cho đồ họa có nhiều màu sắc, ví dụ ảnh chụp scan Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 15 2.5 Các định dạng ảnh Ảnh GIF (Graphics Interchange Format) Ảnh GIF phát triển dành cho ảnh có tính chất thay đổi Nó sử dụng tốt cho đồ họa có màu, ví dụ ảnh hoạt hình vẽ với nhiều đường thẳng Có hai khác ảnh GIF ảnh JPEG: + Ảnh GIF nén lại theo cách giữ nguyên toàn liệu ảnh ảnh JPEG nén lại làm số liệu ảnh + Ảnh GIF bị giới hạn số màu nhiều 256 ảnh JPEG không giới hạn số màu mà chúng sử dụng Ảnh WMF (Windows Metafiles) Là tập hợp lệnh GDI dùng để mô tả ảnh nội dung ảnh Có hai ưu điểm sử dụng ảnh WMF: Kích thước file WMF nhỏ phụ thuộc vào thiết bị hiển thị so với ảnh Bitmap Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 16 2.5.1 Cấu trúc chung file ảnh Ảnh thu sau q trình số hóa thường lưu lại cho trình xử lý hay truyền  Tuy định dạng khác nhau, song chúng tuân theo cấu trúc chung Nhìn chung, tệp ảnh thường bao gồm phần:  Mào đầu tệp (Header)  Dữ liệu nén (Data Compres)  Bảng màu (Palette Color) Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 17 2.5.1 Cấu trúc chung file ảnh Ảnh thu sau trình số hóa thường lưu lại cho q trình xử lý hay truyền  Tuy định dạng khác nhau, song chúng tuân theo cấu trúc chung Nhìn chung, tệp ảnh thường bao gồm phần:  Mào đầu tệp (Header)  Dữ liệu nén (Data Compres)  Bảng màu (Palette Color) Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 18 2.5.1 Cấu trúc chung file ảnh a) Mào đầu tệp Mào đầu tệp phần chứa thông tin kiểu ảnh, kích thước, độ phân giải, số bit dùng cho pixel, cách mã hóa, vị trí bảng màu… b) Dữ liệu nén Số liệu ảnh mã hóa kiểu mã hóa phần Header c) Bảng màu Bảng màu không thiết phải có, ví dụ ảnh đen trắng Nếu có, bảng màu cho biết số màu dùng ảnh bảng màu sử dụng để thị màu ảnh Một số định dạng khác, cấu hình, đặc trưng địng dạng tham số Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 19 2.5.2 Quy trình đọc file ảnh Tiến hành đọc tệp ảnh chuyển vào nhớ máy tính dạng ma trận số liệu ảnh  Trước tiên, ta cần đọc phần mào đầu (Header) để lấy thông tin chung thông tin điều khiển Việc đọc dừng ta không gặp đựợc chữ ký (Chữ ký thường hiểu mã định dạng ảnh đời (version) nó) mong muốn Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 20 2.5.2 Quy trình đọc file ảnh Dựa vào thông tin điều khiển, ta xác định đựợc vị trí bảng màu đọc vào nhớ Cuối cùng, ta đọc phần liệu nén Căn vào phương pháp nén phần Header ta giải mã ảnh Cuối khâu ảnh Dựa vào số liệu ảnh giải nén, vị trí kích thước ảnh, trợ giúp bảng màu ảnh lên hình Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 21 .. .Chương Thu nhận biểu diễn ảnh 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Mơ hình màu sắc 2.3 Thu nhận ảnh 2.4 Lấy mẫu lượng tử hóa 2.5 Các định dạng file ảnh Viện Khoa học Kỹ thu? ??t Bưu điện 2.1 Giới thiệu... Kỹ thu? ??t Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc Viện Khoa học Kỹ thu? ??t Bưu điện 2.2 Mơ hình màu sắc Viện Khoa học Kỹ thu? ??t Bưu điện 2.3 Thu nhận ảnh  Ảnh thu từ thiết bị thu nhận ảnh ảnh tương tự ảnh. .. ảnh số Trong trường hợp ảnh tương tự, phải tiến hành q trình số hóa ảnh để xử lý máy tính Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster camera Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Vector