Tìm hiểu sự ra đời của cơ sở xủ lý ảnh phần 8 ppt

Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 36 Các sensor thể rắn có nhiều thuận lợi hơn các sensor quang dẫn. Chúng nhỏ gọn và bền vững hơn. Sensor thể rắn có cấu trúc rõ rệt và vị trí mỗi pixel đợc biết chính xác trong cả không gian và thời gian. Kết quả là, phép xử lý để trích ra màu sắc đơn giản hơn và có thể đạt đợc sự đồng đều màu sắc. Sensor thể rắn cũng có độ nhạy về cảm nhận quang cao hơn nhiều. Tr ong một sensor quang dẫn điển hình, từng pixel một đợc một sensor ánh sáng đơn kiểm tra. Trong ứng dụng truyền hình điển hình thời gian phát hiện ánh sáng đo bằng micro giây và độ nhạy về cảm nhận ánh sáng thấp. Trong cảm biến (sensor) thể rắn điển hình d ùng một mảng các phần tử cảm biến (sensor), ứng với một pixel là một phần tử. Do vậy, với mỗi bức ảnh chỉ cần kiểm tra mỗi phần tử sensor một lần. Năng lợng sáng có thể đợc tích phân suốt thời gian của một khung chứ không phải một pixel, làm tăng tiềm nă ng cảm nhận ánh sáng. Sensor thể rắn cũng có hệ số trễ nhỏ hơn sensor quang dẫn. Sự trễ (lag) là bức xạ còn d của sensor sau khi cờng độ sáng đã thay đổi hoặc nguồn sáng đã dời chỗ. Sensor thể rắn có một số nhợc điểm so với sensor quang dẫn. Một là về đ ộ phân giải không gian: muốn có độ phân giải không gian cao hơn thì số pixel phải lớn hơn, nghĩa là số phần tử sensor cần tích hợp trên một chíp phải nhiều hơn. Hai là tỷ số tín hiệu trên nhiễu thấp. Mặc dù có một số nhợc điểm nhng công nghệ sensor thể r ắn vẫn đang phát triển nhanh chóng, và các sensor thể rắn chắc chắn sẽ thay thế các sensor quang dẫn trong hầu hết các ứng dụng truyền hình trong tơng lai gần. Trong hệ truyền hình quảng bá NTSC, mỗi giây truyền đi 30 khung hình . Mỗi khung gồm 525 dòng q uét ngang, mỗi khung chia thành 2 mành, mành chẵn và mành lẻ. Mỗi mành đều đợc quét từ trái sang phải và từ trên xuống dới, và có 262,5 dòng ngang. Mành chẵn gồm các dòng đánh số chẵn, và mành lẻ gồm các dòng đánh sỗ lẻ. Các đờng ngang trong mành chẵn và lẻ đợc xen vào nhau tạo thành khung. Điều này đợc biểu diễn trong hình 1.27 và đợc gọi là tỷ lệ ken dòng 2:1. Sử dụng tỷ lệ ken dòng 2:1 là để cho độ phân giải dọc bằng 525 dòng trên mỗi khung, với tốc độ 30 khung/giây, nhng tần số nhấp nháy là 60 c hu kỳ/giây, làm cho ta không thấy nháy trên màn hình máy thu. Không có sự ken dòng thì một khung phải hiển thị hai lần để đạt đợc tần số nhấp nháy là 60 chu kỳ/giây. Điều này yêu cầu phải lu trữ khung hoặc hoặc phải có dải thông lớn hơn. Độ phân giải khô ng gian của một khung truyền hình hiển thị một ảnh tĩnh tơng tự nh một ảnh số 512x512 pixel. Trong truyền hình quảng bá, tín hiệu là analo g ở cả máy phát và máy thu. X ử lý số các tín hiệu đó bao gồm việc lấy mẫu khi dùng bộ biến đổi A/D . Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 37 Đầu ra của bộ số hoá là một dãy số. Mặc dù trong hình 1.25 đầu ra đợc biểu diễn bằng một dãy 2 -D là f(n 1 ,n 2 ), trong thực tế đầu ra cũng có thể là 3 dãy f R (n 1 ,n 2 ), f G (n 1 ,n 2 ) và f B (n 1 ,n 2 ), tơng ứng các thành phần đỏ, lục và lam của ảnh mầu. Đầu ra cũng có thể là dãy 3 chiều f(n 1 ,n 2 ,n 3 ), là hàm của hai biến không gian và một biến thời gian đại biểu cho một dãy khung. Các tín hiệu đó đợc xử lý bằng algôrit xử lý ảnh số, có thể thực hiện trên máy tính, vi xử lý hoặc một phần cứng chuyên dụng. Hinh 1.27: Mành chẵn (đờng nét liền) và mành lẻ (đờng nét chấm) trong tỷ lệ ken dòng 2:1. 4.3. Hiển thị. Thiết bị hiển thị thông dụng nhất trong môi trờng xử lý ảnh là CRT. Một CRT bao gồm một súng điện tử và một màn hình phốt pho, nh biểu diễn trên hình 1.28. Súng điện tử tạo ra chùm điện tử đợc hội tụ trên một vùng hẹp của màn hình phốt pho nhờ các thấu kính tĩnh điện, sử dụng cả trờng tĩnh điện và trờng từ. Chùm điện tích kích thích phốt pho phát sáng. Với ống hình đơn sắc, sử dụng một chùm. Với ống hình màu, sử dụng sử dụng ba chùm riêng biệt, mỗi cái kích thích phốt pho ứng với một trong ba màu phốt pho. Màn hình đợc quét từ trái sang phải và từ trên xuống dới. Các chất phốt pho là kim loại nhẹ, nh kẽm, trong dạng sulfide và sulfate. Vật liệu phốt pho đợc xử lý để có những phần tử rất mịn, trát ở phía trong bản thuỷ tinh. Với ống hình đơn sắc, phốt pho phủ một lớp đều. Với ống hình màu, phốt pho đợc lắng đọng thành những điểm hoặc những lớp dọc cho từng màu. Khi các chùm điện tử tốc độ cao kích thích phốt pho, các điện tử trong nguyên tử phốt pho chuyển lên mức năng lợng cao. Khi các chùm điện tử chuyển đến điểm khác 1 3 5 7 521 523 525 Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 38 trên màn hình, thì các điện tử nhảy về mức năng lợng thấp và phát ra ánh sáng. Bức xạ ánh sáng phát ra từ màn hình gọi là sự phát qua ng. Khi ánh sáng bị dập tắt, thì màn hình phát huỳnh quang. Thời gian để ánh sáng màn hình suy giảm xuống còn 1% giá trị cực đại gọi là thời gian d huy của màn hình (screen persistence). Với thời gian d huy trung bình hoặc ngắn, thờng dùng cho màn hình tivi, thời gian suy giảm (decay) khoảng 5 ms. Có những loại phôt pho có thời gian d huy dài, nhng nh vậy có thể gây ra sự chập hai khung, kết quả là sẽ làm nhoè ở mức độ đáng kể chuỗi ảnh có chuyển động . Vì thời gian d huy của màn hình ngắn, nên hầu hết CRT dùng làm hiển thị đều chỉ sáng lên trong một khoảng thời gian rất ngắn khi chùm điện tử quét qua. Để hiển thị ảnh tĩnh hoặc một chuỗi ảnh, màn hình phải đợclàm tơi. Màn hình hiển thị thờng có RAM bán dẫn để phục hồi. Bộ nhớ phục hồi (refresh mem ory) có khả năng giữ trên một khung hình với cỡ thích hợp, đợc dùng để phục hồi màn hình. Màn hiển thị sử dụng trong môi trờng xử lý ảnh là loại chất lợng cao. Một màn hình điển hình có tỉ số cạnh chiều (rộng trên chiều cao) là 1 và đợc định cỡ để hiển thị khung vuông. Cỡ hiển thị chuẩn là 512x512 và 1024x1024, nhng các cỡ khác, chẳng hạn nh 640x480 và 1024x1280 cũng đợc chấp nhận. Tốc độ phục hồi là 30 khung/giây với tỉ lệ ken dòng 2:1, giống truyền hình quảng bá. Các dòng quét đơn trên màn hình chất lợng cao phải sắc nét. Do đó, dòng ngang chỉ có thể xuất hiện trong mành lẻ hoặc trong mành chẵn, và tốc độ nhấp nháy với dòng quét sẽ là 30 chu kỳ/giây. Với tốc độ này, có thể thấy rõ sự nhấp nháy. Để tránh vấn đề này, có những màn hiển thị đợc phục hồi với tốc độ 50 khung/giây hoặc 60 khung/giây không ken dòng. Điều đó làm cho màn hiển thị không nháy và ngời xem dễ chịu hơn. Trong nhiều màn hiển thị, bộ nhớ phục hồi không chỉ dùng phục hòi màn hình mà còn dùng cho xử lý. Hình ảnh đợc hiển thị có th ể đợc phóng to, thu nhỏ, cuộn, hoặc xử lý bằng một bộ lọc đơn trong bộ nhớ phục hồi theo thời gian thực. Vì phần cứng cải tiến liên tục, nên khối hiển thị sẽ có đợc nhiều khả năng tinh tế hơn. Một hình ảnh hiển thị trên màn hình CRT đợc coi là mềm, theo nghĩa là nó chỉ có tính chất nhất thời (temporary). Có một cách tiếp cận đ ể có một bản sao cứng là đem chụp ảnh trên màn hình lên phim nhựa. Điều này có thể thực hiện bằng n hững camêra có gắn thêm bộ phận ngắm hiện h ình lên màn CRT nhỏ . Ngoài ra, cũng còn Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 39 nhiều loại thiết bị phụ khác tạo ra bản sao cứng, kể cả việc tạo ra cùng một lúc nhiều bản. Giải thích thêm về hiện tợng aliasing Theo The IEEE Stand ard Dictionary of Electrical and Electronics Terms (6 th edition, 1996): Aliasing: Sự diễn đạt sai đối với thị giác (visual mispresentation) xẩy ra khi ảnh chứa đựng nhiều chi tiết hơn khả năng d iễn đạt mà độ phân giải của thiết bị hiển thị cho phép. Ghi chú: Kết quả của aliasing là đờng nằm nghiêng hiện ra thành đờng lởm chởm bậc thang. Anti-aliasing: (1) Theo định lý Nyquyst, tần số cao nhất có thể phục hồi đợc bằng nửa tần số lấy mẫu. Aliasing xẩy ra khi tồn tại những tần số cao hơn nửa giá trị tần số lấy mẫu. Kết quả là những tần số cao nầy xuất hiện giả mạo nh những thành phần tần số thấp. Để khắc phục phải cho qua lọc thông thấp để khử hết những tần số cao hơn các thành phần mà tần số l ấy mẫu cho phép phục hồi. (2) Kỹ thuật để khử hiệu ứng thị giác do aliasing gây ra. Theo Prentice Halls Illustrated Dictionary of Computing (2 nd edition, 1995) thi`: Aliasing là Sự xuất hiện (ngoài ý muốn) trên màn hình những đờng mép lởm chởm răng c a viền quanh ảnh khi dùng những tệp đồ hoạ do máy tính tạo ra. Aliasing thể hiện đặc biệt rõ khi ta vạch một đờng chéo mà nó lại hiện ra dới dạng một đờng bậc thang (đờng răng ca) Theo English -Chinese Dictionary of Information Science (1994) Aliasing 1. Hiện tợng tín hiệu giả. 2. Hiệu ứng bậc thang Ch¬ng 1: c¬ së xö lý ¶nh 40 Aliasing effect HiÖu øng chång chÐo (Giao ®iÖp hiÖu øng) 38 bis . đổi A/D . Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 37 Đầu ra của bộ số hoá là một dãy số. Mặc dù trong hình 1.25 đầu ra đợc biểu diễn bằng một dãy 2 -D là f(n 1 ,n 2 ), trong thực tế đầu ra cũng có thể là 3. khác 1 3 5 7 521 523 525 Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 38 trên màn hình, thì các điện tử nhảy về mức năng lợng thấp và phát ra ánh sáng. Bức xạ ánh sáng phát ra từ màn hình gọi là sự phát qua ng. Khi ánh sáng. n hững cam ra có gắn thêm bộ phận ngắm hiện h ình lên màn CRT nhỏ . Ngoài ra, cũng còn Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 39 nhiều loại thiết bị phụ khác tạo ra bản sao cứng, kể cả việc tạo ra cùng một