Bài giảng xử lý ẢNH

1/13/14 1 ÁNH SÁNG & MÀU SẮC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CNTT & TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN KHOA HỌC MÁY TÍNH Bài giảng Xử lý ảnh 2 Ánh sáng ! Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (từ 380nm đến 780nm) [1] ! Lý thuyết lượng tử coi ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt: ! Tính chất hạt: ánh sáng là dòng chuyển động của các hạt photon (quang tử). ! Các hạt photon dao động tạo ra sóng. Tần số dao động của các hạt photon tạo nên tần số ánh sáng. Ánh sáng lan truyền dưới dạng sóng. [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Light 3 Ánh sáng ! Nguồn sáng sơ cấp: là các nguồn sáng có khả năng tự phát ra sóng ánh sáng [1] (mặt trời, bóng đèn, ) ! Khi quan sát một nguồn sáng sơ cấp, màu sắc mà mắt người quan sát được chính là màu của ánh sáng mà nguồn sáng phát ra. ! Nguồn sáng thứ cấp: là nguồn sáng phát ra ánh sáng bằng cách phản xạ lại ánh sáng từ nguồn sáng sơ cấp ! Khi quan sát nguồn sáng thứ cấp, màu sắc quan sát được là màu mà nguồn sáng thứ cấp không có khả năng hấp thụ từ nguồn sáng [1] http://www.fotech.org/forum/index.php?showtopic=9414 4 Ví dụ về 2 loại nguồn sáng ! Khi quan sát ánh sáng đỏ phát ra từ đèn led, chúng ta có cảm nhận màu đỏ vì ánh sáng từ đèn led phát ra có bước sóng nằm trong vùng ánh sáng đỏ. [1] ! Khi quan sát một tờ giấy màu đỏ, ta có cảm nhận màu đỏ bởi tờ giấy đã hấp thụ hầu hết các bước sóng khác (xanh, tím, vàng ) từ nguồn sáng sơ cấp, chỉ có màu đỏ là không hấp thụ được và truyền đến mắt chúng ta. Ví dụ về nguồn sáng thứ cấp [2] [1] http://www.fotech.org/forum/index.php?showtopic=9414 [2] http://www.vietphotoshop.com/plugins/p2_news/printarticle.php?p2_articleid=764 1/13/14 2 Phân biệt nguồn sáng sơ cấp và thứ cấp ! Nguồn sáng sơ cấp: !   Thiên nhiên: mặt trời, ngôi sao !   Nhân tạo: đèn cầy, sợi tóc bóng đèn ! Nguồn sáng thứ cấp ! Cái bàn, cái ghế, bảng,… khi được ánh sáng chiếu vào ! “Mặt trăng” là nguồn sáng thứ cấp hay sơ cấp? 6 Ánh sáng và Màu sắc ! Ánh sáng với độ dài sóng khác nhau khi tác động lên mắt người sẽ tạo nên các ý niệm màu sắc khác nhau. 7 Màu sắc !   Con người cảm nhận màu sắc thông qua các tế bào thần kinh thị giác. ! Tế bào thần kinh thị giác ở mắt người gồm: ! Tế bào hình que: có nhiệm vụ cảm thụ ánh sáng đơn sắc (monochromatic) độ sáng yếu (low-brightness). Các tế bào này đáp ứng tốt với các sóng ánh sáng có bước sóng từ 490-495nm. ! Tế bào hình nón: có nhiệm vụ cảm thụ màu sắc của ánh sáng có độ sáng trung bình và độ sáng mạnh (medium- and high-brightness color vision). [1] http://en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space 8 Màu sắc ! Tế bào thần kinh thị giác hình nón gồm 3 loại [1] : ! Loại S đáp ứng tốt nhất với ánh sáng có bước sóng ngắn (420-440nm). ! Loại M đáp ứng tốt nhất với ánh sáng có bước sóng trung bình (530-540nm). ! Loại L đáp ứng tốt nhất với ánh sáng có bước sóng dài (560-580nm). !  Cần 3 tham số (S,M,L) để mô tả ý niệm về màu sắc ở người !  Nguyên lý 3 màu cơ bản (primary colors). [1] http://en.wikipedia.org/wiki/CIE_1931_color_space 1/13/14 3 9 Màu sắc [1] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ánh_sáng Độ hấp thụ ánh sáng theo bước sóng của ba tế bào thần kinh hình nón (các đường màu) và của tế bào cảm thụ ánh sáng yếu (đường gạch) ở mắt người. [1] 10 Màu sắc ! Ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. [1] Dùng lăng kính để phân tích ánh sáng trắng thành ánh sáng đơn sắc. [1] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ánh_sáng 11 Màu sắc và nhận thức Tầm quan trọng của màu sắc đối với sự nhận thức của con người. [1] [1] Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. 2004. 12 2 nguyên tắc phối màu ! Nguyên tắc phối màu phát xạ: là hình thức phối màu sử dụng cho các nguồn sáng sơ cấp. [1] ! Cơ chế của phối màu phát xạ là cộng màu. ! Mô hình màu được xây dựng dựa trên cơ chế phối màu phát xạ: RGB (Red Green Blue) ! Nguyên tắc phối màu hấp thụ: là hình thức phối màu sử dụng cho các nguồn sáng thứ cấp. ! Cơ chế của phối màu hấp thụ là trừ màu. ! Mô hình màu được xây dựng dựa trên cơ chế phối màu hấp thụ: CMY (Cyan Magenta Yellow) [1] http://www.fotech.org/forum/index.php?showtopic=9414 1/13/14 4 13 Mô hình màu RGB - Phối màu phát xạ ! Màu sắc khác nhau được tạo ra từ việc cộng 3 màu cơ bản: Đỏ, Xanh lá, Xanh dương. ! Đỏ + Xanh lá = Vàng ! Đỏ + Xanh dương = Đỏ hồng ! Xanh dương + Xanh lá = Xanh lam ! Đỏ + Xanh dương + Xanh lá = Trắng ! Không có đèn = Đen Sự cộng màu RGB [1][2] [1] http://en.wikipedia.org/wiki/RGB_color_model [2] Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. 14 Mô hình màu RGB !   Mỗi màu sắc được biểu diễn bởi bộ ba số (R,G,B). Mỗi thành phần R,G,B là số thực có giá trị từ 0 đến 1. !   Màu đỏ █ (1.0, 0.0, 0.0) !   Màu xanh lá █ (0.0, 1.0, 0.0) !   Màu xanh dương █ (0.0, 0.0, 1.0) !   Màu vàng █ (1.0, 1.0, 0.0) !   Màu xanh lam █ (0.0, 1.0, 1.0) !   Màu đỏ hồng █ (1.0, 0.0, 1.0) !   Màu đen █ (0.0, 0.0, 0.0), Trắng (1.0, 1.0, 1.0) Sự cộng màu RGB [1] [1] http://en.wikipedia.org/wiki/RGB_color_model 15 Mô hình màu RGB !   Được biểu diễn bởi một hình khối hộp có cạnh là 1. Mô hình màu RGB [1] [1] Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. 2004. 1/13/14 5 17 Mô hình màu RGB Tổng hợp ảnh màu từ 3 lớp màu R,G,B [1] 18 Mô hình màu RGB ! Màn hình máy tính, TV, … sử dụng mô hình màu RGB ! Màn hình CRT: sử dụng hùynh quang để hiển thị hình ảnh. Một ống phóng CRT sẽ tạo ra các tia điện tử đập vào màn hình huỳnh quang để thể hiện các điểm ảnh mong muốn. Mà trong đó mỗi một màu được xác định bằng cách ghép ba màu cơ bản là đỏ, xanh lá và xanh dương. 19 Mô hình màu CMY - phối màu hấp thụ ! Màu sắc khác nhau được tạo ra từ việc trừ ánh sáng trắng với 3 màu: Xanh lam, Đỏ hồng, Vàng. (1,1,0) removes (0,0,1) (1,0,1) removes (0,1,0) (0,1,1) removes (1,0,0) Image White Light Sự trừ màu CMY [1] [1] Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. 20 Mô hình màu CMYK ! Trong máy in thường sử dụng thêm thành phần mực đen (K). !   Do đặc tính của các hạt màu của mực màu, nên màu Đen được tạo bằng cách phối hợp các màu CMY thực sự không bao giờ được đen đậm như ý muốn. ! Mực in màu Đen cải thiện độ sắc nét và chiều sâu của hình ảnh. [1] ! Tiết kiệm mực màu. Sự trừ màu CMY [1] [1] http://www.vietphotoshop.com/plugins/p2_news/printarticle.php?p2_articleid=764 1/13/14 6 21 Mô hình màu HSV ! Sử dụng 3 thành phần: !   H (hue): sắc thái màu (đỏ, xanh, vàng, …) !   S (saturation): độ bão hòa màu (đỏ tươi, đỏ nhạt, …) !   V (value): độ sáng tối của màu S=1, V=1: màu thuần khiết S=0 và V= 1: màu trắng ! Gần gũi với cách suy nghĩ pha màu của con người. Mô hình màu HSV [1] [1] Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. 2004. 22 Mô hình màu HSV Source : 19263.gel.ulaval.ca Ảnh gốc Giảm 20% độ bão hòa màu Tăng 20% độ bão hòa màu 23 Mô hình màu HSV Source : 19263.gel.ulaval.ca 24 Một số công thức chuyển đổi màu sắc 1/13/14 7 25 Một số công thức chuyển đổi màu sắc !   Ví dụ: chuyển ảnh màu về ảnh mức xám. Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B 9/3/14 1 Chương 1 ẢNH SỐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CNTT & TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN KHOA HỌC MÁY TÍNH Bài giảng Xử lý ảnh 2 Nguồn tài liệu !   Tài liệu tham khảo: !   Slide Introduction à l'image, bài giảng Xử lý ảnh. Alain Boucher. IFI. 2010. !   Tài liệu đề nghị đọc: ! Chương 1, Digital Image Processing, 2 nd edition. Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. Prentice-Hall. 2002. !   Wikipedia: image processing, image resolution, binary image, grayscale, quantification. 3 Quá trình thu nhận ảnh ! Quá trình thu nhận ảnh ở mắt người !   … và ở máy ảnh 4 Quá trình thu nhận ảnh Máy ảnh Bộ số hoá !   Quá trình thu nhận ảnh ở máy ảnh số 9/3/14 2 5 Quá trình thu nhận ảnh số !   Cảm biến hình ảnh [1] http://www.sggp.org.vn/trithuccongnghe/2009/10/206025/ [2] http://www.tin247.com/tim_hieu_cam_bien_may_anh_so-19-21477648.html Willard S.Boyle và George E.Smith Nobel vật lý 2009 cho phát minh cảm biến hình ảnh CCD [1] Cảm biến ở máy Canon EOS 5D Mark II [2] 6 Quá trình thu nhận ảnh số ! Năng lượng của ánh sáng đến được chuyển thành tín hiệu điện. ! Hiệu điện thế ra tỷ lệ thuận với lượng ánh sáng đến. Source : Gonzalez and Woods. Digital Image Processing. Prentice-Hall, 2002. 7 Quá trình thu nhận ảnh số Source : Gonzalez and Woods. Digital Image Processing. Prentice-Hall, 2002. 8 Quá trình thu nhận ảnh số Source : Gonzalez and Woods. Digital Image Processing. Prentice-Hall, 2002. 9/3/14 3 Quá trình thu nhận ảnh số Ánh sáng -> tín hiệu điện (tín hiệu liên tục) -> số hoá (giá trị rời rạc) 2 bước để số hoá 1 bức ảnh 9 Source : Gonzalez and Woods. Digital Image Processing. Prentice-Hall, 2002. Lấy mẫu Lượng tử hoá 10 Ảnh số ! Là ma trận 2 chiều các số nguyên. Mỗi số biểu diễn cho cường độ sáng (màu) của điểm ảnh tương ứng. Source : Tal Hassner. Computer Vision. Weizmann Institute of Science (Israel). 11 Ảnh số Source : Tal Hassner. Computer Vision. Weizmann Institute of Science (Israel). 12 3 loại ảnh số ! Ảnh nhị phân: chỉ có 2 mức độ sáng (0: đen, 1: trắng) ! Ảnh mức xám: có nhiều mức độ sáng, thông thường gồm 256 mức độ sáng từ 0 (đen) đến 255 (sáng trắng) ! Ảnh màu: được tổng hợp từ 3 màu cơ bản RGB. Ảnh mức xám Ảnh nhị phân Ảnh màu Source : Tal Hassner. Computer Vision. Weizmann Institute of Science (Israel). [...]... 9/3/14 Điểm ảnh – điểm ảnh lân cận Gốc toạ độ Phân loại phép xử lý ảnh x Xử lý điểm ảnh Điểm ảnh (x,y) Các điểm ảnh lân cận của (x,y) y Ảnh f(x,y) Xử lý lân cận (x-1,y-1) (x,y-1) (x+1,y-1) (x-1,y) (x,y) (x+1,y) (x-1,y+1) (x,y+1) (x+1,y+1) Xử lý toàn cục Source : Caroline Rougier Traitement d'images (IFT2730) Univ de Montreal 6 Xử lý ảnh điểm Xử lý ảnh điểm •  Điểm ảnh = point = pixel •  Ảnh âm bản • ... loại phép xử lý ảnh Phân loại phép xử lý ảnh Xử lý điểm ảnh Xử lý điểm T f(x0,y0): mức xám gốc Xử lý lân cận g(x0,y0) = T[f(x0,y0)] T: transformation/biến đổi g(x0,y0): mức xám đã biến đổi Xử lý lân cận Xử lý toàn cục Ảnh gốc Ảnh đã biến đổi Source : Caroline Rougier Traitement d'images (IFT2730) Univ de Montreal 3 1 9/11/14 Lọc ảnh trong miền không gian Lọc ảnh trong miền không gian •  Xử lý dựa trên... Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 2010 Source : Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 2010 13 14 Tích chập trên ảnh Tích chập trên ảnh 1 Trượt bộ lọc/mặt nạ qua từng điểm 1 trong ảnh Tâm của mặt nạ chính là điểm (x,y) cần xử lý trên ảnh O I M 2 Tính toán điểm ảnh mới dựa trên bộ lọc/mặt nạ và thông tin của ảnh: tổng của tích điểm ảnh cũ với bộ lọc/ mặt nạ 3 Lưu trữ các kết quả tại các điểm ảnh tương... độ sâu màu của ảnh mức xám là 256 mức xám, của ảnh màu là 24 bits / pixel Source :Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 13 14 Độ phân giải điểm ảnh Độ sâu màu !  128 x 128 64 x 64 32 x 32 16 x 16 8x8 Ảnh nào có độ sâu màu lớn hơn có khả năng hiển thị nhiều màu sắc hơn, hoặc hiển thị màu sắc “mịn” hơn 4x4 Source :Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI Source :Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 15 16... (Histogram): ảnh màu Số điểm ảnh Nếu số điểm ảnh có cùng mức xám k=200 là 200000? Mức xám Chuẩn hoá tổ chức đồ: Source : Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 21 Tổ chức đồ (Histogram): ảnh màu 22 Tổ chức đồ (Histogram): ảnh màu Source : Phạm Nguyên Khang Bài giảng Xử lý ảnh Khoa CNTT&TT, ĐH Cần Thơ 23 24 6 9/3/14 Tổ chức đồ (Histogram): ảnh màu Biểu diễn cường độ sáng một đường cắt Tổ chức đồ của ảnh trên... (Histogram) Số điểm ảnh h(k) Mức xám k !   Tổ chức đồ biểu diễn sự phân bố mức xám của ảnh !   Trục hoành tương ứng với các giá trị cấp xám k !   Trục tung tương ứng với các giá trị của h(k) : số điểm ảnh có mức xám k !   Được sử dụng để tìm ra các đặc trưng của ảnh Tổ chức đồ (histogram) = biểu đồ mức xám của ảnh Source : Alain Boucher Bài giảng Xử lý ảnh IFI 15 Bài giảng Xử lý ảnh: TS Nguyễn Đăng... ảnh trên ảnh mức xám hoặc ảnh nhị phân !   Ảnh số !  Để xử lý ảnh màu, chúng ta có 2 cách: !  Cách 1: xử lý trên từng thành phần R,G,B rồi ghép 3 thành phần màu lại !  Cách 2: chuyển về không gian màu HSV, tách thành phần H ra xử lý rồi ghép lại với 2 thành phần S,V để cho ra ảnh kết quả !   Chúng ta cũng chỉ nghiên cứu các phép xử lý trong miền không gian !   Các phép xử lý trong miền tần số sẽ được... tương phản cao) Bài giảng Xử lý ảnh: TS Nguyễn Đăng Bình – Đại học Khoa học Huế 31 32 8 9/3/14 Cải thiện độ sáng tối: trượt tổ chức đồ Cải thiện độ sáng tối: trượt tổ chức đồ !   Mục đích: làm thay đổi sự sáng tối của ảnh !  O(x,y) = I(x,y) + c !   Nếu c0 : trượt ảnh về bên phải → ảnh sáng hơn Ảnh tối hơn ảnh kết quả sau khi trượt với c = 50 Ảnh sáng hơn... (tìm sự sai khác của các ảnh X-Quang) hoặc phát hiện chuyển động Source : Eric Favier L'analyse et le traitement des images ENISE 61 62 Một số toán tử logic trên ảnh Phép cộng và trừ 2 ảnh •  Toán tử logic trên ảnh thực hiện trên từng điểm ảnh giữa 2 hay nhiều ảnh •  Phép NOT thực hiện trên 1 ảnh (Ảnh âm bản) •  Toán tử logic thực hiên trên ảnh mức xám, các điểm ảnh được xử lý như các số nhị phân • ... base, bài giảng Xử lý ảnh Alain Boucher IFI 2010 !   Tài liệu đề nghị đọc: Chương 2 ! Chương 2 & 3, Digital Image Processing, 2nd edition Rafael C Gonzalez, Richard E Woods Prentice-Hall 2002 CÁC PHÉP XỬ LÝ CƠ BẢN !   Wikipedia: histogram, brightness, contrast, color balance, histogram equalization, image scaling 2 Quy ước Biểu diễn ảnh số !   Trong chương này, chúng ta chỉ học các phép xử lý ảnh trên ảnh . mức xám của ảnh Mức xám k Số điểm ảnh h(k) Source : Alain Boucher. Bài giảng Xử lý ảnh. IFI. Tổ chức đồ (Histogram) Bài giảng Xử lý ảnh: TS. Nguyễn Đăng Bình – Đại học Khoa học Huế 9/3/14. Phân loại phép xử lý ảnh Xử lý điểm ảnh Xử lý lân cận Xử lý toàn cục Source : Caroline Rougier. Traitement d'images (IFT2730). Univ. de Montreal. Xử lý ảnh điểm •  Điểm ảnh = point =. chuyển ảnh màu về ảnh mức xám. Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B 9/3/14 1 Chương 1 ẢNH SỐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CNTT & TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN KHOA HỌC MÁY TÍNH Bài giảng Xử lý