Bài giảng xử lý ảnh chương 2 ths trần thúy hà

BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH CHƯƠNG THU NHẬN ẢNH www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 26 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH       2.1 CÁC THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH 2.2 LẤY MẪU VÀ LƯỢNG TỬ 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ẢNH 2.4 CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH CƠ BẢN 2.5 KỸ THUẬT TÁI NHẬN ẢNH 2.6 KHÁI NIỆM ẢNH ĐEN TRẮNG, ẢNH MÀU www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 27 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH 2.1 CÁC THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH Các thiết bị thu nhận ảnh có loại ứng với loại ảnh thơng dụng Raster, Vector cho ảnh đen trắng ảnh màu Các thiết bị thu nhận ảnh Raster thông thường camera, scanner Các thiết bị thu nhận ảnh Vector thơng thường sensor bàn số hố digitalizer chuyển đổi từ ảnh Raster www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 28 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Nhìn chung hệ thống thu nhận ảnh thực trình: Cảm biến: biến đổi lượng quang học thành lượng điện (giai đoạn lấy mẫu) Tổng hợp lượng điện thành ảnh (giai đoạn lượng tử hóa) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 29 Trang 29 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • 2.2 LẤY MẪU VÀ LƯỢNG TỬ HỐ • 2.2.1 Giai đoạn lấy mẫu Sử dụng cảm biến máy quét để biến tín hiệu quang ảnh thành tín hiệu điện liên tục Máy quét quét theo chiều ngang để tạo tín hiệu điện ảnh, kết cho tín hiệu điện hai chiều f(x,y) liên tục www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 30 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Lấy mẫu scanner Ảnh biểu diễn hàm f(x,y) Để ảnh gốc tái tạo tần số lấy mẫu: fx  2fxmax fy  fymax với fxmax fymax tần số cao tín hiệu vào www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 31 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  2.2.2 Lượng tử hóa Ảnh sau lấy mẫu có dạng f(m,n) với m, n nguyên giá trị f(m, n) giá trị vật lý liên tục Quá trình biến đổi giá trị f(m,n) thành số nguyên thích hợp để lưu trữ gọi lượng tử hoá www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 32 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Q trình lượng tử hóa q trình ánh xạ biến liên tục u vào biến rời rạc u* thuộc tập hữu hạn [u1, u2, uL] xác định trước, L mức lượng tử hố tạo Ví dụ: Tạo ảnh đa cấp xám L=256: f(m,n) = g ∈[0, 255] Tạo ảnh 224 L=224 : f(m, n) = g ∈ [0, 224 −1] www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 33 Trang 33 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ẢNH Q trình lưu trữ ảnh nhằm mục đích: Tiết kiệm nhớ Giảm thời gian xử lý Việc lựa chọn độ phân giải thích hợp để ảnh đẹp mịn tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng đặc trưng ảnh cụ thể, sở ảnh thường biểu diễn theo mơ hình bản: Mơ hình Raster Mơ hình Vector www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 34 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • 2.3.1 Mơ hình Raster Đây cách biểu diễn ảnh thông dụng Ảnh biểu diễn dạng ma trận điểm (điểm ảnh) Ảnh thu nhận qua thiết bị camera, scanner Tuỳ theo yêu cầu thực tế mà điểm ảnh biểu diễn hay nhiều bit www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 35 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • Kỹ thuật nửa cường độ (Halftone) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 54 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Độ phân giải điểm kỹ thuật nửa cường độ tính lpi (lines per inch) Báo thường dùng 85 lpi Tạp in nét với 135 đến 150 lpi Để có chất lượng ảnh chuẩn ảnh gốc phải có độ phân giải gấp 1.5 lần ảnh nửa cường độ, muốn ảnh chất lượng cao số www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 55 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • Khuếch tán lỗi (Error Diffusion) Là dạng nửa cường độ Khuếch tán lỗi thực cách so sánh màu sắc thực tế điểm ảnh với màu sắc gần Đầu tiên phát triển Richard Howland Ranger cho hệ thống gửi ảnh qua điện thoại điện báo www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 56 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Khuếch tán lỗi chiều  Cách đơn giản để chuyển ảnh mầu liên tục sang ảnh halftone (với kênh từ ảnh đa cấp xám): Quét ảnh dòng điểm ảnh So sánh với giá trị xám trung bình Nếu giá trị xám lớn thay điểm ảnh trắng Nếu giá trị xám nhỏ thay điểm ảnh đen Vì điểm ảnh đen trắng nên giá trị bị làm tròn, phần thừa chuyển sang điểm Quá trình tiếp tục lập lại www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 57 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 58 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 59 Trang 59 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • Khuếch tán lỗi chiều  Khuếch tán lỗi chiều thường để lại đường thẳng dọc không mong muốn  Khuếch tán lỗi hai chiều giúp giảm lỗi đặc trưng  Phần dư khuếch tán phần xuống dòng  # 2 1 1 # điểm ảnh xử lý www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 60 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Ma trận khuếch tán tinh chỉnh nữa: – Ma trận Floyd Steinberg:  #  16  1 - # điểm ảnh xử lý –Ma trận J F Jarvis, C N Judice W H Ninke từ Bell Labs:   # 5    48   1 www.ptit.edu.vn - # điểm ảnh xử lý GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 61 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Ví dụ 255 22 200 Ngưỡng = 128 64 180 55 22 < 128  Giá trị pixel = error = old – new = 22 255 200 64 180 55 www.ptit.edu.vn error 3/16 5/16 7/16 255 210 1/16 68 187 56 GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 62 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Những loại khuếch tán khác  Trong ảnh mầu: Thuật tốn sử dụng cho kênh mầu khác Tuy nhiên nên chuyển qua hệ mầu HSV HSL trước Vì khác biệt độ sáng dễ phát mắt người Và hệ thống nên khuếch tán lỗi dựa vào độ sáng sắc độ hay độ nhạt Phần chênh q trình chuyển mầu nên đươc tính toán chuyển sang điểm ảnh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 63 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Với nhiều kênh xám hơn: Khi sử dụng với thiết bị đầu (máy in, hình) có nhiều hai mức sáng Thay sử dụng ngưỡng nhiều ngưỡng sử dụng, giá trị làm tròn tới ngưỡng gần www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 64 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Một số định dạng  BMP (BITMAP) Chuẩn raster dùng MS-Windows  GIF (Graphics Interchange Format) Nhỏ gọn dùng web Ảnh mã hóa theo bước Khi giải mã bước đươc hiển thị Điều giúp việc tải ảnh hiệu người dung dừng việc tải ảnh thấy ảnh khơng thích hợp  IMG Ảnh đen trắng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 65 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  JPEG (Joint Photographic Experts Group) Nén tối đa ảnh (tỷ lệ nén từ 5:1 đến 15:1) : Tối ưu hóa cách lưu trữ liệu Xác định loại bỏ tối đa liệu thừa Vì nén khơng bảo tồn nên chất lượng ảnh bị ảnh hưởng tỷ lệ nén cao  TIFF (Tagged-Image File Format) 6 kiểu mã hóa (khơng nén, Huffman, Pack Bits, LZW, Fax Group 3, Fax Group 4) 3 kiểu mầu (Đen trắng, đa cấp xám, mầu) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 66 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  PNG (Portable Network Graphic) Là phiên mã nguồn mở thay cho GIF Nén có bảo tồn nên phù hợp với ảnh có nhiều mảng đồng mầu lớn Phù hợp với web có khả hiển thị bước Có thêm kênh alpha để thể độ  RAW Xuất số máy ảnh nhiên khơng chuẩn Có thể có nén có bảo tồn www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MƠN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 67 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH SVG (Scalable Vector Graphics) W3C (World Wide Web Consortium) Khơng có nén nhiên cấu tạo XML, SVG nén gzip AI (Adobe Illustrator) CDR (CorelDRAW) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 68