Bài giảng xử lý ảnh chương 1 ths trần thúy hà

BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG BÀI GIẢNG MƠN XỬ LÝ ẢNH Giảng viên: ThS Trần Thúy Hà Điện thoại/E-mail: 0912166577 / thuyhadt@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử- Khoa KTDT1 Học kỳ/Năm biên soạn: www.ptit.edu.vn Học kỳ năm 2013 GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  MỤC TIÊU MÔN HỌC  Cung cấp cho sinh viên kiến thức bản:  Các khái niệm ảnh  Phương pháp kỹ thuật xử lý ảnh: Biểu diễn, Lọc nâng cao chất lượng ảnh  Phương pháp phân vùng ảnh  Xác định biên ảnh  Các phương pháp nhận dạng ảnh  Một số kỹ thuật công nghệ nén ảnh số www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • Tài liệu • Học liệu bắt buộc: – [1] Đỗ Năng Toàn, Giáo trình Xử lý ảnh, Học viện CNBCVT, 2010 – [2] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thuỷ, Nhập môn xử lý ảnh số Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1999 • Học liệu tham khảo – [3] John C Russ , The Image Processing Handbook, CRC Press, 2002 – [4] Alan C Bovik , Handbook of Image and Video Processing, Academic Press, 2000 – [5] Rafael C Gonzalez, Richard E Woods, Steven L Eddins, Digital Image Processing Using MATLAB, Prentice Hall, 2003 – [6] Nguyễn Kim Sách Xử lý ảnh Video số Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1997 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH • • • • • Đánh giá Tham gia học tập lớp: Thực hành/Thí nghiệm/Bài tập/Thảo luận: Kiểm tra kỳ: Kiểm tra cuối kỳ: www.ptit.edu.vn 10% 10% 10% 70% GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Chương Nhập môn xử lý ảnh ( tiết) Chương Thu nhận ảnh (4 tiết) Chương Xử lý nâng cao chất lượng ảnh (4 tiết) Chương Các phương pháp phát biên (4 tiết) Chương Phân vùng ảnh (4 tiết) Chương Nhận dạng ảnh (4 tiết) Chương Nén liệu ảnh (2 tiết) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Chương NHẬP MÔN XỬ LÝ ẢNH www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Tổng quan hệ thống xử lý ảnh Những vấn đề xử lý ảnh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH 1.1 Tổng quan hệ thống xử lý ảnh Quá trình xử lý ảnh trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho kết mong muốn Kết đầu q trình xử lý ảnh ảnh “tốt hơn” kết luận www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Ảnh tập hợp điểm ảnh Mỗi điểm ảnh đặc trưng cường độ sáng hay dấu hiệu vị trí đối tượng khơng gian Ảnh xem hàm n biến P(c1, c2, , cn) Do đó, ảnh xử lý ảnh xem ảnh n chiều www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh: www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 10 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  1.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH  1.2.1 Một số khái niệm Pixel (Picture Element): phần tử ảnh Ảnh gồm nhiều điểm nhỏ, gọi pixel Mỗi pixel gồm cặp toạ độ x, y màu Cặp toạ độ x, y tạo nên độ phân giải (resolution) Khi số hố, thường biểu diễn bảng hai chiều I(n,p): n dòng p cột  ảnh gồm n x p pixels www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 11 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH Kí hiệu I(x,y) để pixel Thường chọn n = p = 256 Một pixel lưu trữ 1, 4, hay 24 bit www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 12 Trang 12 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Gray level: Mức xám/Màu Là số giá trị có điểm ảnh ảnh Mức xám cường độ sáng Màu màu điểm ảnh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 13 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  1.2.2 Nắn chỉnh biến dạng  Ảnh thu nhận thường bị biến dạng thiết bị quang học điện tử  Để khắc phục người ta sử dụng phép chiếu, phép chiếu thường xây dựng tập điểm điều khiển www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 14 BÀI GIẢNG MƠN: XỬ LÝ ẢNH 1.2.3 Khử nhiễu Có loại nhiễu trình thu nhận ảnh:  Nhiễu hệ thống: nhiễu có quy luật khử phép biến đổi Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân → khắc phục phép lọc www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 15 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH 1.2.4 Chỉnh mức xám Nhằm khắc phục tính khơng đồng hệ thống gây Thơng thường có hướng tiếp cận: Giảm số mức xám: Thực cách nhóm mức xám gần thành bó Trường hợp có mức xám chuyển ảnh đen trắng Ứng dụng: In ảnh màu máy in đen trắng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 16 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Tăng số mức xám: Thực nội suy mức xám trung gian kỹ thuật nội suy Kỹ thuật nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 17 Trang 17 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  1.2.5 Phân tích ảnh  Các đặc điểm đối tượng trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng q trình xử lý ảnh Có thể nêu số đặc điểm ảnh sau đây:  Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm uốn v.v  Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại trích chọn việc thực lọc vùng (zonal filtering) Các vùng gọi “mặt nạ đặc điểm” (feature mask) thường khe hẹp với hình dạng khác (chữ nhật, tam giác, cung tròn v.v ) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 18 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH • Đặc điểm biên đường biên: Đặc trưng cho đường biên đối tượng  hữu ích việc trích trọn thuộc tính bất biến dùng nhận dạng đối tượng •  Các đặc điểm trích chọn nhờ tốn tử gradient, tốn tử la bàn, toán tử Laplace v.v www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 19 Trang 19 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH  1.2.6 Nhận dạng Có cách nhận dạng khác nhau: Phân loại có mẫu (supervised classification): mẫu đầu vào định danh thành phần lớp xác định Phân loại mẫu (unsupervised classification): mẫu gán vào lớp khác dựa tiêu chuẩn đồng dạng Các lớp thời điểm phân loại chưa biết hay chưa định danh www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 20 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai đoạn chủ yếu sau: Thu nhận liệu tiền xử lý Biểu diễn liệu Nhận dạng, định www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 21 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Bốn cách tiếp cận khác lý thuyết nhận dạng là: Đối sánh mẫu dựa đặc trưng trích chọn Phân loại thống kê Đối sánh cấu trúc Phân loại dựa mạng nơ-ron nhân tạo www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 22 Trang 22 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH 1.2.7 Nén ảnh Nhằm giảm thiểu không gian lưu trữ Nén ảnh có loại nén có bảo tồn nén khơng bảo tồn thơng tin Nén khơng bảo tồn thường có khả nén cao khả phục hồi www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 23 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Có kỹ thuật nén ảnh: Nén ảnh thống kê: dựa vào việc thống kê tần xuất xuất giá trị điểm ảnh Nén ảnh khơng gian: dựa vào vị trí khơng gian điểm ảnh để tiến hành mã hóa Kỹ thuật lợi dụng giống điểm ảnh vùng gần www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 Trang 24 BÀI GIẢNG MÔN: XỬ LÝ ẢNH Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây kỹ thuật tiếp cận theo hướng nén khơng bảo tồn vậy, kỹ thuật thướng nén hiệu Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal (tự đồng dạng) đối tượng ảnh để thể lặp lại chi tiết Kỹ thuật nén tính tốn để cần lưu trữ phần gốc ảnh quy luật sinh ảnh GIẢNG VIÊN: THS TRẦN THÚY HÀ www.ptit.edu.vn BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - KHOA KTDT1 25 Trang 25