Xử lý ảnh (nguyễn thị hoàng lan viện CNTT)
N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 1 ®¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi khoa c«ng nghÖ th«ng tin Xử lý ảnh NguyễnThị Hoàng Lan Email : lannth@it-hut.edu.vn N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 2 Chương 1 Giớithiệu chung về xử lý ảnh (Digital Image Processing) N.T. Hong Lan - HBK HN 3 Cỏc khỏi nim ả nh : thông tin về vật thể hay quang cảnh đợc chiếu sáng m à con ngời quan sát và cảm nhận đợc bằng mắt và hệ thống thần kinh thị giác. Đối tợng của xử lý ảnh là xử lý các ảnh tự nhiên (Natural Image) - ảnh chụp, dữ liệu ảnh có nguồn gốc từ tín hiệu ảnh đặc trng bởi biên độ và dải tần số. Có sự phân biệt giữa xử lý ảnh với đồ họa (graphic), mục đích của đồ họa là vẽ ảnh bằng máy tính với đối tợng xử lý của đồ họa là ảnh vẽ - ảnh nhân tạo. Hệ thống xử lý ảnh thu nhận (capture) khung cảnh hoặc ảnh ở đầu vào, thực hiện các phép xử lý để tạo ra một ảnh ở đầu r a thỏa mãn các yêu cầu về cảm thụ (hiệu chỉnh sửa chữa, cải thiện) và thực hiện quá trình phân tích rút ra các đặc trng của ảnh để cho phép hiểu đợc nội dung khung cảnh ảnh . N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 4 Khái niệm: ảnh tĩnh và chuỗi ảnh y x y x t Ảnh đơn (Image): biểudiễn bởihàmđộ chói của các biến tọa độ trong mặtphẳng ảnh I(x,y) Chuỗi ảnh (Sequence Image): Hàm độ chói của các biến tọa độ mặtphẳng và biến thời gian I(x,y,t) N.T. Hong Lan - HBK HN 5 Khỏi nim nh tnh, cỏc phộp x lý ảnh số Biểu diễn : ma trận số liệu - ảnh nhị phân : 1 bit/pixel - ảnh xám : 8 bits/pixel - ảnh màu : 16, 24 bits/pixel RGB, YUV, HSL, YCbCr Xử lý : Hiển thị soạn thảo (Editing), các phép toán điểm ảnh (Point operations), các loại bộ lọc (Filtering), phân vùng ảnh (segmentation), xử lý hình học, (Geometric transform) N.T. Hong Lan - HBK HN 6 Khỏi nimchui nh ng (sequence image) v video Video : chuỗi các frame ảnh (khung hình), quan hệ thời gian giữa các frame biểu diễn ảnh động Tần số và độ phân giải - NTSC ( US, Japon) : 525 lines, 60 frames/s, 30 images/s - PAL (EU ): 625 lines, 50 frames/s, 25 images/s - SECAM (France ): 625 lines, 50 frames/s, 25 images/s - Film : 24 images/s time N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 7 Cácvídụ về tín hiệu ảnh số và biểudiễn ảnh số Ảnh số: Tín hiệusố 2D pixel or pel colors: combination of RGB x y t x y t x y t Video số: Tín hiệu ảnh số 3D N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 8 Cácvídụ về biểudiễn ảnh số N.T. Hong Lan - HBK HN 9 Skhih thng x lý nh Khung cảnh, đối tợng, ảnh quang học Bộ cảm biến (camera) Số hóa ảnh Tín hiệu ảnh ả nh liên tục Quang học Dữ liệu ảnh ả nh số Xử lý phân tích ảnh Nén, lu trữ và truyền ảnh ả nh đ xử lý Miêu tả ảnh, đôi tợng ảnh, đặc trng ảnh. N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 10 Các vấn đề chủ yếucủaxử lý ảnh • Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hóa ảnh -Hệ thống chụp ảnh (camera) và tín hiệu ảnh -Hệ thống số hóa ảnh: lấymẫu, lượng tử hóa - Phân tích ảnh và thị giác máy -Cảithiệnnângcấp ảnh, sửalỗi, khôi phục ảnh - Phân tách đặctrưng : tách biên, phân vùng ảnh -Biểudiễnvàxử lý đặctrưng hình dạng đốitượng ảnh -Nhậndạng đốitượng ảnh, phân tích cảnh và hiểu ảnh. - Mã hóa, nén ảnh Các phương pháp nén và các chuẩnnén [...]... nâng cấp ảnh - Cải thiện tăng cờng độ cảm thụ : thay đổi độ tơng phản, hiệu chỉnh, sửa chữa, phục chế ảnh - Cải thiện nâng cao chất lợng ảnh : lọc nhiễu, lọc tăng độ nét - Xử lý phân tích và thị giác máy Phát hiện và tách biên (cạnh) ảnh Phân vùng ảnh ứng dụng trong nhận dạng và phân tích cảnh - Biểu diễn đối tợng ảnh nhị phân và xử lý ảnh nhị phân Biểu diễn và mã hoá ảnh nhị phân Các phép xử lý hình... đối tợng ảnh và làm mảnh Các biểu diễn tham số hình dạng N.T Hong Lan - HBK HN 11 Cỏc ng dng ca x lý nh Thông tin ảnh, truyền thông ảnh Xử lý ảnh vệ tinh, viễn thám Thiên văn, nghiên cứu không gian, vũ trụ, Địa chất thăm dò Ngời máy, tự động hoá Máy thông minh, thị giác máy nhân tạo Sinh học, y học Vật lý, Hoá học Giám sát kiểm soát, Quân sự Xử lý ảnh phục vụ cuộc sống N.T Hong Lan - HBK... sống N.T Hong Lan - HBK HN 12 Cỏc ng dng ch yu ca x lý chui nh ng Nộn video, truyn thụng video, truyn hỡnh s Giỏm sỏt theo dừi phỏt hin chuyn ng, iu khin lu lng chuyn ng, X lý nh v tinh, nh vin thỏm, Ngi mỏy chuyn ng, Quc phũng an ninh, Y sinh hc Vt lý N.T Hong Lan - HBK HN 13 X Lí NH Chng 2 Quỏ trỡnh hỡnh thnh nh v biu din nh NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 1 Hỡnh thnh nh t nhiờn v cm nhn nh nh sỏng... Thi Hoang Lan - IPH 1 Quỏ trỡnh s húa f(x,y) Tớn hiu nh Ly mu nh lý ly mu X (m,n) E Lng t húa x 1 2Fx X(m,n) nh s: ma trn s liu y 1 2F y v U 0 y um v (b) y 0 x x (a) 1/y 0 u 1/X (c) NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 2 Quỏ trỡnh s húa Lng t húa Nguyờn tc v yờu cu lng t húa Sai s lng t húa Lut lng t húa Cht lng lng t húa valeur numerique 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 noir signal analogique gris max blanc NGUYEN... trỡnh ngu nhiờn Cỏc tiờu chớ x lý: c lp thng kờ, gii tng quan, trc giao NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 17 Cỏc o tng t hay sai khỏc N 1 1 L 2 - norm error : MSE = N E X i X i i =0 1 L1 - norm error : MAD = N E( X N 1 i =0 i Xi {( 2 ) L - norm error : MaxError = max E X i X i i )} M2 PSNR = 10 log10 ; MSE M = maximum peak - to - peak value NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 18 Chng 3 Thu nhn v s... 495 nm Jaune 566 nm NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH TV Radio 5m 1000m Onde Hz m Rouge 627 nm 780 nm 2 Hỡnh thnh nh t nhiờn i tng c chiu sỏng: hp th v phn x ỏnh sỏng Source primaire Source secondaire Lumiốre rộflộchie I(x, y, ), r(x, y, ) Lumiốre incidente I(x, y, ) Chaleur Lumiốre transmise t(x, y, ), r(x, y, ) NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 3 Cu to ca mt NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 4 Quỏ trỡnh hỡnh thnh nh trong... sỏng, chúi Cm th v sc mu Cm nhn v bóo hũa mu nhy cm ph ca mt Cm nhn nh v biu din nh Cm nhn nh n mu, Cm nhn nh mu NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 8 To nh bng camera Phộp chiu t th gii thc trong khụng gian 3 chiu vo khụng gian 2 chiu mt phng nh NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 9 To nh bng camera Cỏc h ta Cỏc h ta Ta tuyt i: Ta im trong th gii thc (x,y,z) Ta camera: Ta biu din im nh trong h thng... mt phng nh NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 10 To nh bng camera Cỏc mụ hỡnh Cỏc mụ hỡnh thu nhn cnh, n camera Camera c nh, vt th c nh : Chp nh tnh Camera c nh, vt th chuyn ng: chui nh ng Camera chuyn ng, vt th c nh: chui nh ng Camera chuyn ng, vt th chuyn ng: chui nh ng Thu nhn cnh stereo, nhiu camera Phộp chiu nhiu tia, khụi phc nh, dng nh t cỏc hỡnh chiu NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 11 Biu din nh s... liu nh s Chiu biu din ta im NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 12 Biu din nh s 1 2 1 9 7 2 8 9 7 8 8 9 8 9 9 9 9 9 M 8 9 i-1, j i, j-1 i+1, j 1 7 7 9 7 9 8 6 1 1 1 9 7 8 7 5 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 3 1 1 3 i-1, j-1 i-1, j i-1, j+1 i, j-1 i, j i, j+1 i+1,j-1 i+1, j i, j+1 i, j N 1 9 9 9 9 9 8 8 i+1,j+1 Quan h lõn cn cỏc im nh s NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 13 Cỏc mụ hỡnh biu din nh Mụ hỡnh tt... ph NGUYEN Thi Hoang Lan - IPH 14 Tớn hiu tt nh, tớn hiu ngu nhiờn Tớn hiu tt nh (Deterministic Signal) Tớn hiu bao gm cỏc giỏ tr ýc xỏc nh týng minh - Vớ d: Tớn hiu hỡnh sin vi chu k l hng s, cỏc tớn hiu mụ phng Tớn hiu ngu nhiờn (Random) Tớn hiu bao gm tp hp cỏc giỏ tr ca bin ngu nhiờn (RV), l cỏc th hin ca quỏ trỡnh ngu nhiờn - Vớ d: cỏc tớn hiu thu õm nhc, ting núi, nh, video Lý thuyt xỏc xut (Probability . lý phân tích ảnh Nén, lu trữ và truyền ảnh ả nh đ xử lý Miêu tả ảnh, đôi tợng ảnh, đặc trng ảnh. N.T. Hoàng Lan - ĐHBK HN 10 Các vấn đề chủ yếucủaxử lý ảnh • Thu nhận ảnh, chụp ảnh và số hóa ảnh -Hệ. xử lý ảnh với đồ họa (graphic), mục đích của đồ họa là vẽ ảnh bằng máy tính với đối tợng xử lý của đồ họa là ảnh vẽ - ảnh nhân tạo. Hệ thống xử lý ảnh thu nhận (capture) khung cảnh hoặc ảnh. thần kinh thị giác. Đối tợng của xử lý ảnh là xử lý các ảnh tự nhiên (Natural Image) - ảnh chụp, dữ liệu ảnh có nguồn gốc từ tín hiệu ảnh đặc trng bởi biên độ và dải tần số. Có sự phân biệt giữa xử