BÁO CÁO "TÌM HIỀU THÔNG TIN VỀ BIỂU DIỄN ẢNH" doc

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP BÁO CÁO "TÌM HIỀU THÔNG TIN VỀ BIỂU DIỄN ẢNH" Mục Lục: BÁO CÁO TỐT NGHIỆP 1 BÁO CÁO 1 "TÌM HIỀU THÔNG TIN VỀ BIỂU DIỄN ẢNH" 1 Mục Lục: 2 LỜI NÓI ĐẦU 4 Sinh viên thưc hiện 5 Giáo viên hướng dẫn 5 PHẦN I : MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6 1.1 Khái Niệm về ảnh 6 1.2 Pixel (Picture Element): phần tử ảnh 6 1.3 Gray level: Mức xám 6 PHẦN II : CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH CƠ BẢN 7 2.1 Khái niệm chung 7 2.1.1 Mào đầu tệp(Header): 8 2.1.2 Dữ liệu ảnh(Data Image): 8 2.1.3 Bảng màu(Palette Color): 8 2.1.4 Quy trình đọc một tệp ảnh 8 2.2 Định dạng ảnh IMG 8 2.3 Định dạng ảnh PCX 9 2.4 Định dạng ảnh BMP(Bitmap) 11 2.4.1 Data of Image 11 2.4.2 Color Palette (Bảng màu) 12 2.4.3 Header 13 Windows 3 Bitmap Header 13 2.5 Định dạng ảnh GIF(Graphics Interchanger Format) 14 2.6 Định dạng ảnh JPEG (Joint Photographic Experts Group) 17 2.7 Định dạng ảnh PNG 18 2.7.3 Thành phần cơ bản 19 PHẦN III : PHÂN LOẠI ẢNH 20 3.1 Định nghĩa ảnh số (Digital Image) 20 3.2 Ảnh nhị phân, ảnh đa mức xám 20 3.2.1 Ảnh nhị phân 20 3.2.2 Ảnh đa mức xám 21 3.3 Ảnh màu 21 3.4 Các loại ảnh khác 22 3.4.1 Raster Image 22 3.4.2 Vector Image 22 PHẦN IV : CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỔI ẢNH MÀU  ẢNH ĐA MỨC XÁM HOẶC ẢNH NHỊ PHÂN 23 4.1 Xác định vào – ra 23 4.2 Thiết kế form 24 4.3 Thiết kế các modul 25 4.4 Thuật toán 25 4.4.1 Thuật toán chuyển đổi từ file ảnh màu  ảnh đa mức xám 25 4.4.2 Thuật toán chuyển đổi từ file ảnh màu(Đa mức xám) ảnh nhị phân 27 4.5 Xây dựng chương trình 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 LỜI NÓI ĐẦU Khoảng hơn mười năm trở lại đây, phần cứng máy tính và các thiết bị liên quan đã có sự tiến bộ vượt bậc về tốc độ tính toán, dung lượng chứa, khả năng xử lý v.v và giá cả đã giảm đến mức máy tính và các thiết bị liên quan đến xử lý ảnh đã không còn là thiết bị chuyên dụng nữa. Khái niệm ảnh số đã trở nên thông dụng với hầu hết mọi người trong xã hội và việc thu nhận ảnh số bằng các thiết bị cá nhân hay chuyên dụng cùng với việc đưa vào máy tính xử lý đã trở nên đơn giản. Xử lý ảnh là một ngành khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác. Hiện nay nó đang là một trong những lĩnh vực được quan tâm và đã trở thành môn học chuyên ngành của sinh viên hệ kỹ sư, cử nhân ngành Công nghệ thông tin Với đề tài “Tìm hiểu thông tin về biểu diễn ảnh”, sau một thời gian nghiên cứu về đề tài này, em đề cập đến một số vấn đề về biểu diễn, các loại file ảnh, thông tin định dạng một số loại file ảnh thông dụng Tài liệu báo cáo gồm 4 chương: Chương I: Một số khái niệm cơ bản. Chương II: Các định dạng ảnh thông dụng. Chương III: Phân loại ảnh. Chương IV: Chương trình ứng dụng chuyển dổi ảnh màu  Ảnh đa mức xám hoặc ảnh nhị Mặc dù rất cố gắng nhưng do đây là lần đầu tiên em đi sâu vào nghiên cứu đề tài này nên tài liệu chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để nhóm hoàn thiện hơn nữa về để tài này tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐÁNH GIÁ VÀ CHO ĐIỂM Hải Phòng, Ngày Tháng Năm 2010 Sinh viên thưc hiện Phạm Văn Hải Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Ngọc Khương PHẦN I : MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN. 1.1 Khái Niệm về ảnh. - Nói về ảnh thì về cơ bản ai cũng đã từng đc xem qua vì vậy khái niệm về ảnh ta có thể hiểu là quá trình sao chụp hoặc phắc hoạ lại các hình ảnh ngoài tự nhiên. - Các file ảnh lưu trữ trên máy tính bao giờ cũng đc tổ chức theo một cấu trúc nào đó (Tương tự các loại file dữ liệu khác). Dựa vào cấu trúc này, các chương trình ứng dụng khác nhau có thể cùng đọc và hiểu thị đc file ảnh. - Có nhiều file ảnh với cấu trúc khác nhau, ví dụ như file ảnh .bmp, .jpeg, .jpg, .gif, .png… 1.2 Pixel (Picture Element): phần tử ảnh - Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng. Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải tiến hành số hoá ảnh. Trong quá trình số hoá , người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lượng hoá thành phần giá trị mà thể về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai điểm kề nhau. Trong quá trình này, người ta sử dụng khái niệm Picture element mà ta quen gọi hay viết là Pixel - phần tử ảnh. ở đây cũng cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ hoạ máy tính. Để tránh nhầm lẫn ta tạm gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị. Khái niệm pixel thiết bị có thể xem xét như sau: khi ta quan sát màn hình (trong chế độ đồ hoạ), màn hình không liên tục mà gồm nhiều điểm nhỏ, gọi là pixel. Mỗi pixel gồm một cặp toạ độ x, y và màu. - Cặp toạ độ x, y tạo nên độ phân giải (resolution). Như màn hình máy tính có nhiều loại với độ phân giải khác nhau: màn hình CGA có độ phân giải là 320 x 200; màn hình VGA là 640 x 350, - Như vậy, một ảnh là một tập hợp các điểm ảnh. Khi được số hoá, nó thường được biểu diễn bởi bảng hai chiều I(n,p): n dòng và p cột. Ta nói ảnh gồm n x p pixels. Người ta thường kí hiệu I(x,y) để chỉ một pixel. Thường giá trị của n chọn bằng p và bằng 256. Một pixel có thể lưu trữ trên 1, 4, 8 hay 24 bit. 1.3 Gray level: Mức xám - Mức xám là kết quả sự mã hoá tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lượng hoá. Cách mã hoá kinh điển thường dùng 16, 32 hay 64 mức. Mã hoá 256 mức là phổ dụng nhất do lý do kỹ thuật. Vì 28 = 256 (0, 1, , 255), nên với 256 mức, mỗi pixel sẽ được mã hoá bởi 8 bit. 1.4 Biểu diễn ảnh - Trong biểu diễn ảnh, người ta thường dùng các phần tử đặc trưng của ảnh là pixel. Nhìn chung có thể xem một hàm hai biến chứa các thông tin như biểu diễn của một ảnh. Các mô hình biểu diễn ảnh cho ta một mô tả lô gic hay định lượng các tính chất của hàm này. Trong biểu diễn ảnh cần chú ý đến tính trung thực của ảnh hoặc các tiêu chuẩn “thông minh” để đo chất lượng ảnh hoặc tính hiệu quả của các kỹ thuật xử lý. - Việc xử lý ảnh số yêu cầu ảnh phải được mẫu hoá và lượng tử hoá. Thí dụ một ảnh ma trận 512 dòng gồm khoảng 512 x 512 pixel. Việc lượng tử hoá ảnh là chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (Analog Digital Convert) của một ảnh để lấy mẫu sang một số hữu hạn mức xám. - Một số mô hình thường được dùng trong biểu diễn ảnh: Mô hình toán, mô hình thống kê. Trong mô hình toán, ảnh hai chiều được biểu diễn nhờ các hàm hai biến trực giao gọi là các hàm cơ sở. Với mô hình thống kê, một ảnh được coi như một phần tử của một tập hợp đặc trưng bởi các đại lượng như: kỳ vọng toán học, hiệp biến, phương sai, moment… PHẦN II : CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH CƠ BẢN 2.1 Khái niệm chung - Ảnh thu được sau quá trình số hóa thường được lưu lại cho các quá trình xử lý tiếp theo hay truyền đi. Trong quá trình phát triển của kỹ thuật xử lý ảnh, tồn tại nhiều định dạng ảnh khác nhau từ ảnh đen trắng (với định dạng IMG), ảnh đa cấp xám cho đến ảnh màu: (BMP, GIF, JPEG…). Tuy các định dạng này khác nhau, song chúng đều tuân theo một cấu trúc chung nhất. Nhìn chung, một tệp ảnh bất kỳ thường bao gồm 3 phần: + Mào đầu tệp (Header) + Dữ liệu nén (Data Image) + Bảng màu (Palette Color) 2.1.1 Mo u tp(Header): - Mo u tp l phn cha cỏc thụng tin v kiu nh, kớch thc, phõn gii, s bit dựng cho 1 pixel, cỏch mó húa, v trớ bng mu 2.1.2 D liu nh(Data Image): - õy l phn d liu ca nh m ta thy c. 2.1.3 Bng mu(Palette Color): - Bng mu khụng nht thit phi cú vớ d khi nh l en trng. Nu cú, bng mu cho bit s mu dựng trong nh v bng mu c s dng hin th mu ca nh. Mt s cỏc nh dng khỏc, cu hỡnh, c trng ca tng ng dng v cỏc tham s 2.1.4 Quy trỡnh c mt tp nh - Trong quỏ trỡnh x lý nh, u tiờn phi tin hnh c tp nh v chuyn vo b nh ca mỏy tớnh di dng ma trn s liu nh. Khi lu tr di dng tp, nh l mt khi gm mt s cỏc byte. c ỳng tp nh ta cn hiu ý ngha cỏc phn trong cu trỳc ca tp nh nh ó nờu trờn. Trc tiờn, ta cn c phn mo u (Header) ly cỏc thụng tin chung v thụng tin iu khin. Vic c ny s dng ngay khi ta khụng gp c ch ký (Ch ký õy thng c hiu l mt mó ch ra nh dng nh v i (version) ca nú) mong mun. Da vo thụng tin iu khin, ta xỏc nh c v trớ bng mu v c nú vo b nh. Cui cựng, ta c phn d liu nộn. - Sau khi c xong cỏc khi d liu nh vo b nh ta tin hnh nộn d liu nh. Cn c vo phng phỏp nộn ch ra trong phn Header ta gii mó c nh.Cui cựng l khõu hin nh. Da vo s liu nh ó gii nộn, v trớ v kớch thc nh, cựng s tr giỳp ca bng mu nh c hin lờn trờn mn hỡnh. 2.2 nh dng nh IMG - nh IMG là ảnh đen trắng. Phần đầu của ảnh IMG có 16 bytes chứa các thông tin cần thiết : + 6 bytes đầu: dùng để đánh dấu định dạng ảnh IMG. Giá trị của 6 bytes này viết dới dạng Hexa: 0x0001 0x0008 0x0001. + 2 bytes tiếp theo: chứa độ dài mẫu tin. Đó là độ dài của dãy các bytes kề liền nhau mà dãy này sẽ đợc lặp lại một số lần nào đó. Số lần lặp này sẽ đợc lu trong byte đếm. Nhiều dãy giống nhau đợc lu trong một byte. + 4 bytes tiếp: mô tả kích cỡ pixel + 2 bytes tiếp : số pixel trên một dòng ảnh + 2 bytes cuối: số dòng ảnh trong ảnh. - nh IMG đợc nén theo từng dòng. Mỗi dòng bao gồm các gói(pack). Các dòng giống nhau cũng đợc nén thành một gói. Có 4 loại gói sau: - Loại 1: Gói các dòng giống nhau Quy cách gói tin này nh sau: 0x00 0x00 0xFF Count. Ba byte đầu cho biết số các dãy giống nhau; byte cuối cho biết số các dòng giống nhau. - Loại 2: Gói các dãy giống nhau Quy cách gói tin này nh sau: 0x00 Count. Byte thứ hai cho biết số các dãy giống nhau đợc nén trong gói. Độ dài của dãy ghi ở đầu tệp. - Loại 3: Dãy các pixel không giống nhau, không lặp lại và không nén đợc. Qui cách nh sau: 0x80 Count. Byte thứ hai cho biết độ dài dãy các pixel không giống nhau không nén đợc. - Loại 4: Dãy các pixel giống nhau Tuỳ theo các bit cao của byte đầu đợc bật hay tắt. Nếu bit cao đợc bật (giá trị 1) thì đây là gói nén các bytes chỉ gồm bit 0, số các byte đợc nén đợc tính bởi 7 bit thấp còn lại. Nếu bit cao tắt (giá trị 0) thì đây là gói nén các byte gồm toàn bit 1. Số các byte đợc nén đợc tính bởi 7 bit thấp còn lại. - Các gói tin của file IMG phong phú nh vậy là do ảnh IMG là ảnh đen trắng, do vậy chỉ cần 1 bit cho 1 pixel thay vì 4 hoặc 8 nh đã nói ở trên. Toàn bộ ảnh chỉ có những điểm sáng và tối tơng ứng với giá trị 1 hoặc giá trị 0. Tỷ lệ nén của kiểu định dạng này là khá cao. 2.3 nh dng nh PCX - Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng ảnh cổ điển nhất. Nó sử dụng phơng pháp mã loạt dài RLE (Run-Length-Encoded) để nén dữ liệu ảnh. Quá trình nén và giải nén đợc thực hiện trên từng dòng ảnh. Thực tế, phơng pháp giải nén PCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG. Tệp PCX gồm 3 phần: đầu tệp (header), dữ liệuảnh (image data) và bảng màu mở rộng(xem hình 2.10). Header của tệp PCX có kích thớc cố định gồm 128 byte và đợc phân bố nh sau: + 1 byte : chỉ ra kiểu định dạng. Nếu là kiểu PCX/PCC nó luôn có giá trị là 0Ah. + 1 byte: chỉ ra version sử dụng để nén ảnh, có thể có các giá trị sau: - 0: version 2.5. - 2: version 2.8 với bảng màu. - 3: version 2.8 hay 3.0 không có bảng màu. - 5: version 3.0 có bảng màu. + 1 byte: chỉ ra phơng pháp mã hoá. Nếu là 0 thì mã hoá theo phơng pháp BYTE PACKED, nếu không là phơng pháp RLE. + 1 byte: số bit cho một điểm ảnh plane. + 1 word: toạ độ góc trái trên của ảnh. Với kiểu PCX nó có giá trị là (0,0); còn PCC thì khác (0,0). + 1 word: toạ độ góc phải dới. + 1 word: kích thớc bề rộng và bề cao ảnh. + 1 word: số điểm ảnh. + 1 word: độ phân giải màn hình. + 1 word. + 48 byte: chia thành 16 nhóm, mỗi nhóm 3 byte. Mỗi nhóm này chứa thông tin về một thanh ghi màu. Nh vậy ta có 16 thanh ghi màu. + 1 byte: không dùng đến và luôn đặt là 0. +1 byte: số bit plane mà ảnh sử dụng. Với ảnh 16 màu, giá trị này là 4, với ảnh 256 màu (1 pixel/8 bit) thì số bit plane lại là 1. + 1 byte: số bytes cho một dòng quét ảnh. + 1 word: kiểu bảng màu. + 58 byte: không dùng. - Tóm lại, định dạng ảnh PCX thờng đợc dùng để lu trữ ảnh vì thao tác đơn giản, cho phép nén và giải nén nhanh. Tuy nhiên vì cấu trúc của nó cố định, nên trong một số trờng hợp nó làm tăng kích thớc lu trữ. Và cũng vì nhợc điểm này mà một số ứng dụng lại [...]... gồm 6 ký tự, 3 kí tự đầu chỉ ra kiểu định dạng, 3 ký tự sau chỉ ra version của ảnh - Bộ hình hiển thị: chứa mô tả các thông số cho toàn bộ ảnh GIF: + Độ rộng hình raster theo pixel: 2 byte; + Độ cao hình raster theo pixel: 2 byte; + Các thông tin về bản đồ màu, hình hiển thị, + Thông tin màu nền: 1 byte; + Phần cha dùng: 1 byte - Bản đồ màu tổng thể: mô tả bộ màu tối u đòi hỏi khi bit M = 1 Khi bộ màu... gim rt nhanh vi cỏc h s khỏc Núi cỏch khỏc thỡ lng thụng tin ca 64 pixels tp trung ch yu mt s h s ma trn theo bin i trờn Trong giai on ny cú s mt mỏt thụng tin, bi khụng cú bin i ngc chớnh xỏc Nhng lng thụng tin b mt ny cha ỏng k so vi giai on tip theo Ma trn nhn c sau bin i cosin ri rc c lc bt s khỏc nhau gia cỏc h s õy chớnh l lỳc mt nhiu thụng tin vỡ ngi ta s vt b nhng thay i nh ca cỏc h s Nh th khi... thnh phn mi no 2.7.2 Thụng tin k thut - Mt tp tin PNG bao gm 8-byte kớ hiu (89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A c vit trong h thng cú c s 16, cha cỏc ch "PNG" v 2 du xung dũng [1], gia l sp xp theo s lng ca cỏc thnh phn, mi thnh phn u cha thụng tin v hỡnh nh Cu trỳc da trờn cỏc thnh phn c thit k cho phộp nh dng PNG cú th tng thớch vi cỏc phiờn bn c khi s dng Cỏc "thnh phn" trong tp tin - PNG l cu trỳc nh mt chui... thụng tin ny l cú th chp nhn c v vic loi b nhng thụng tin khụng cn thit c da trờn nhng nghiờn cu v h nhón th ca mt ngi Phn m rng ca cỏc file JPEG thng cú dng jpeg, jfif, jpg, JPG, hay JPE; dng jpg l dng c dựng ph bin nht 2.6.1 Mc nhy cm ca mt ngi - Trong khụng gian mu YUV, nhón th ca con ngi rt nhy cm vi thnh phn Y v kộm nhy cm vi hai loi U v V Phng phỏp nộn JPEG ó nm bt phỏt hin ny tỏch nhng thụng tin. .. định dạng khác mềm dẻo hơn: định dạng TIFF (Targed Image File Format) sẽ mô tả dới đây 2.4 nh dng nh BMP(Bitmap) - Trong ha mỏy vi tớnh, BMP, cũn c bit n vi tờn ting Anh khỏc l Windows bitmap, l mt nh dng tp tin hỡnh nh khỏ ph bin Cỏc tp tin ha lu di dng BMP thng cú uụi l BMP hoc DIB (Device Independent Bitmap) Nếu ta hình dung trong một tệp ảnh xếp liên tiếp các byte từ đầu đến cuối và dồn chúng... GIF có rất nhiều u điểm và đã đợc công nhận là chuẩn để lu trữ ảnh màu thực tế (chuẩn ISO 10918-1) Nó đợc mọi trình duyệt Web (Web Browser) hỗ trợ với nhiều ứng dụng hiện đại Cùng với nó có chuẩn JPEG (Joint Photograph Expert Group) GIF dùng cho các ảnh đồ hoạ (Graphic), còn JPEG dùng cho ảnh chụp (Photographic) 2.6 nh dng nh JPEG (Joint Photographic Experts Group) - Phng phỏp nộn nh JPEG (ting Anh,... theo index1 Màu Blue 6 Giá trị màu xanh lơ theo index 0 - Bộ mô tả ảnh: định nghĩa vị trí thực tế và phần mở rộng của ảnh trong phạm vi không gian ảnh đã có trong phần mô tả hình hiển thị Nếu ảnh biểu diễn theo ánh xạ bản đồ màu cục bộ thì cờ định nghĩa phải đợc thiết lập Mỗi bộ mô tả ảnh đợc chỉ ra bởi ký tự kết nối ảnh Ký tự này chỉ đợc dùng khi định dạng GIF có từ 2 ảnh trở lên Ký tự này có giá... 00101100 Căn trái ảnh 1 Ký tự liên kết ảnh () 2,3 Pixel bắt đầu ảnh tính từ trái hình hiển thị Căn đỉnh trên 4,5 Pixel cuối ảnh bắt đầu tính từ đỉnh trên hình hiển thị Độ rộng ảnh 6,7 chiều rộng ảnh tính theo pixel Độ cao ảnh 8,9 chiều cao ảnh tính theo pixel MI000pixel 10 Khi bit M = 0 : sử dụng bản đồ màu tổng thể M = 1 : sử dụng bản đồ màu cục bộ I = 0 : định dạng ảnh theo thứ tự liên tục I = 1 : định dạng... PNG (t vit tt trong ting Anh ca Portable Network Graphics; chớnh thc c nh "pinh") l mt dng hỡnh nh s dng phng phỏp nộn d liu mi - khụng lm mt i d liu gc PNG c to ra nhm ci thin v thay th nh dng nh GIF vi mt nh dng hỡnh nh khụng ũi hi phi cú giy phộp sỏng ch khi s dng PNG c h tr bi th vin tham chiu libpng, mt th vin nn tng c lp bao gm cỏc hm ca C qun lý cỏc hỡnh nh PNG Nhng tp tin PNG thng cú phn m... thể hiện, nó sẽ xác lập ngay bộ mô tả hình hiển thị Số lợng thực thể bản đồ màu lấy theo bộ mô tả hình hiển thị ở trên và bằng 2 m, với m là lợng bit trên một pixel khi mỗi thực thể chứa đựng 3 byte (biểu diễn cờng độ màu của ba màu cơ bản Red-Green-Blue) Cấu trúc của khối này nh sau: Bit Thứ thự byte Mô tả Màu Red 1 Giá trị màu đỏ theo index 0 Màu Green 2 Giá trị màu xanh lục theo index 0 Màu Blue 3 . BÁO CÁO TỐT NGHIỆP BÁO CÁO "TÌM HIỀU THÔNG TIN VỀ BIỂU DIỄN ẢNH" Mục Lục: BÁO CÁO TỐT NGHIỆP 1 BÁO CÁO 1 "TÌM HIỀU THÔNG TIN VỀ BIỂU DIỄN ẢNH" 1 Mục. “Tìm hiểu thông tin về biểu diễn ảnh”, sau một thời gian nghiên cứu về đề tài này, em đề cập đến một số vấn đề về biểu diễn, các loại file ảnh, thông tin định dạng một số loại file ảnh thông dụng. bởi 8 bit. 1.4 Biểu diễn ảnh - Trong biểu diễn ảnh, người ta thường dùng các phần tử đặc trưng của ảnh là pixel. Nhìn chung có thể xem một hàm hai biến chứa các thông tin như biểu diễn của một