bài tập lớn môn xử lý ảnh cảm nhận và biểu diễn màu sắc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Công Nghệ Thông Tin - - - - -o0o- - - - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN XỬ LÝ ẢNH ĐỀ TÀI:Cảm Nhận Và Biểu Diễn Mầu Sắc Giáo viên hướng dẫn : Trần Hùng Cường Sinh viên thực hiện : Nhóm 8 Nguyễn Tân Thành Nguyễn Trường Tam Nguyễn Thị Hạ Đào Minh Thưởng Lớp : Tin6_k11 Hà Nội:04/01/2012 Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 4 1. Ánh sáng, màu sắc 5 1.1 Ánh sáng 5 1.1.1 Khái niệm 5 1.1.2 Tính chất của ánh sáng 6 1.2. Màu sắc 6 2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động 7 2.1. Cấu tạo mắt 7 2.2 Vì sao ta nhìn thấy màu sắc các vật 12 2.3 Cảm nhận chuyển động 14 3. Các hệ biểu diễn màu 16 3.1 Mô hình màu RGB 16 3.1.1 Khái niệm 16 3.1.2 Cơ sở sinh học 17 3.1.3. Biểu diễn trên máy tính 17 3.2. Mô hình màu CMY 20 3.2.1. Mô hình màu CMY 20 3.2.2 Mô hình màu CMYK 22 3.3 Mô hình HSI – Hue-Saturation-Intensity 23 Nhóm 8_Tin6_k11 Page 2 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 3.4. Các hệ biểu diễn màu khác 24 3.4.1. Mô hình HSB 24 3.4.2. Mô hình YUV 25 3.4.3 Mô hình màu YIQ 26 3.4.4. Mô hình CIE L*a*b 27 4. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu. Lập trình mô phỏng 28 4.1. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu 28 4.1.1. Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK) 28 4.1.2. Chuyển đổi RGB – HSI 29 4.1.3. Chuyển đổi RGB với các hệ màu khác 30 4.2. Chương trình mô phỏng 31 4.1.1 Các chức năng của chương trình 31 4.2.2 Đánh giá chương trình 34 5. Lời kết 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 Nhóm 8_Tin6_k11 Page 3 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường LỜI MỞ ĐẦU Có người đã từng nói thực chất thì con người đang cảm nhận thế giới chứ không phải quan sát thế giới và những cảm nhận thường mang nặng tính chủ quan phụ thuộc vào từng cá nhân. Xét về mặt sinh lý điều đó cũng có nhiều điểm đúng. Khi chúng ta nhận thế giới thì thực chất các xúc giác chúng ta thu tín hiệu rồi từ đó truyền lên não để não xử lý tùy theo “kinh nghiệm” có được trước đó vì thế mới có chuyện cùng 1 hình ảnh nhưng người này bảo màu này nhưng người kia lại nói nó mang màu sắc khác. Trong nội dung của bài tập lớn này chúng em ngoài việc giới thiệu về cơ quan cảm nhận hình ảnh chính của con người: con mắt cùng với việc miêu tả khả năng cảm nhận của nó như thế nào còn giới thiệu thêm về các “cách nhìn nhận” hình ảnh ở đây thực chất là các hệ biểu diễn màu khác nhau. Từ đó đem lại cái nhìn từ mặt kỹ thuật về sự cảm nhận và biểu diễn màu sắc. Cảm ơn thầy Trần Hùng Cường đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện bài tập lớn này! Nhóm 8_Tin6_k11 Page 4 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 1. Ánh sáng, màu sắc 1.1 Ánh sáng 1.1.1 Khái niệm 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 (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học. Nhóm 8_Tin6_k11 Page 5 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 1.1.2 Tính chất của ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua mọi vật sẽ truyền một năng lượng nhiệt trên bề mặt của vật. Năng lượng hấp thụ của vật tùy thuộc vào màu sắc của vật. Vật có màu sáng dễ hấp thụ năng lượng ánh sáng hơn những vật có màu tối. Khi ánh sáng truyền qua hai môi trường không đồng nhất sẽ chịu ảnh hưởng của hiện tượng khúc xạ. Ánh sáng bị bẻ cong hay đi lệch hướng do có thay đổi vận tốc di chuyển. Khi ánh sáng đi qua tinh thể trong suốt sẻ phân tán thành ánh sáng màu của các sắc thể đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, tím Trong chân không, ánh sáng đi với vận tốc không đổi, thường được ký hiệu là c = 299.792.458 m/s Ánh sáng mắt người nhìn thấy được gọi là ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng 380- 750 nm. Ánh sáng bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia cực tím; ánh sáng có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia hồng ngoại. Màu sắc của anh sáng mắt người nhìn thấy được là một màu trộn lộn từ ba màu sắc chính đỏ, xanh lá cây và xanh dương. 1.2. Màu sắc Màu sắc là cảm giác mang đến cho hệ thần kinh của người từ sự kết hợp tín hiệu của ba loại tế bào cảm thụ màu ở mắt người. Cảm giác này cũng bị ảnh hưởng "dài hạn" từ trí nhớ lưu lại quá trình học hỏi từ khi lớn lên trong xã hội, và "ngắn hạn" bởi các hiệu ứng ánh sáng của phông nền. Màu sắc của một tia ánh sáng là cảm giác màu mà tia sáng đó gây nên ở mắt người. Màu sắc của các vật thể là màu sắc của ánh sáng do chúng phát xạ ra (nếu là vật nóng sáng) hay phản xạ từ chúng từ một nguồn chiếu sáng (nếu coi vật là không nóng sáng). Nhóm 8_Tin6_k11 Page 6 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động 2.1. Cấu tạo mắt Mắt người là một phần của não hình thành từ tuần thứ 3 của phôi kỳ dưới dạng hai túi thị nguyên thủy, phát triển và lồi dần ra phía trước tạo thành võng mạc, thể thủy tinh và Nhóm 8_Tin6_k11 Page 7 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường các thành phần hoàn chỉnh khác. Cặp mắt là một trong năm giác quan quan trọng, giúp con người quan sát và kiểm soát môi trường chung quanh. Mắt người nằm trong hai lỗ hốc hai bên sống mũi, trên có gò lông mày và trán, dưới giáp xương má. Màng mạc bọc xương của hốc mắt nối tiếp bên sau với màng cứng của não, bọc theo dai dây thần kinh thị giác. Bên ngoài có hai mí mắt khi nhắm lại che kín hốc mắt. Mí trên có lông mi dài cong, lông mi của mí dưới ít hơn và ngắn hơn. Bên trong hốc mắt có các tuyến nước mắt, các bắp thịt di chuyển mắt, trong cùng là các mô mỡ chêm đệm không cho mắt bị kéo vào phía sau bởi các bắp thịt. Nhãn cầu gồm 3 lớp màng có tên gọi là: • Màng ngoài gồm củng mạc và phía trước biến đổi thành giác mạc. • Màng giữa là màng bồ đào, thân bè và mạch lạc mạc, chứa nhiều mạch máu, phía trước dày lên thành cơ thể mi và mống mắt. • Màng trong là võng mạc, chứa các tế bào nhận cảm ánh sáng là tế bào gậy và tế bào nón. Thể thủy tinh giữ vai trò của một thấu kính để hội tụ ánh sáng trên võng mạc. Nó được treo bởi các dây chằng tròn với cơ thể mi. Giữa giác mạc và thể thủy tinh là thủy dịch, giữa thể thủy tinh và võng mạc là dịch kính. Cả hai chất dịch này giữ cho mắt không bị xẹp. Chỗ hõm giữa giác mạc và mống mắt được gọi là tiền phòng, đối lại chỗ hõm đóng kín quanh sau mống mắt và phần thắt ngang thủy tinh thể (thấu kính mắt) được gọi là hậu phòng. Cả hai phòng đều chứa đầy thủy dịch. Lỗ tròn giữa màng mống mắt được gọi là con ngươi. Phần lớn nhất của hõm sau thủy tinh thể chứa đầy một chất trong suốt gọi là dịch kính (corpus vitreum). Cái băng đỡ Nhóm 8_Tin6_k11 Page 8 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường thủy tinh thể được gọi là vùng bè (mi) (zonula ciliaris zinni) căng ra giữa màng ngang thủy tinh thể và thân bè (corpus ciliare). Giác mạc, tiền phòng, con ngươi, thủy tinh thể (thấu kính) và dịch kính có chức năng cho xuyên qua và phản chiếu tia sáng, vì vậy chúng được gọi là môi trường xuyên ánh sáng. Võng mạc và thần kinh mắt tuần tự là những bộ phận tiếp nhận và truyền dẫn xung động ánh sáng. Phần giữa của võng mạc được gọi là hoàng điểm (macula lutea) có chức năng nhạy cảm nhất. Các cơ của mắt cũng tham gia vào một số chức năng của mắt. Các cơ mống mắt giúp điều chỉnh đường kính đồng tử. Cơ thể mi có thể làm thay đổi độ cong của thể thủy tinh. Các cơ ngoài mắt điều khiển mắt quay về phía mục tiêu thị giác. Tế bào nhận cảm gồm ba vùng: đoạn ngoài, đoạn trong và vùng xináp. Đoạn ngoài chứa nhiều đĩa, bên trong chứa quang sắc tố; đoạn ngoài của tế bào gậy mảnh, của tế bào nón dày hơn, hình chóp. Đoạn trong chứa nhiều ty thể. Vùng xináp tiếp xúc với tế bào ngang và tế bào lưỡng cực; chất dẫn truyền thần kinh là glutamat được phóng thích liên tục vào khe xináp. Con ngươi mắt bình thường có đường kính là 3.4 – 4.5 mm, khi đường kính đó hơn 5 mm, người ta nói đó là chứng dãn đồng tử (mydriaso) và khi nó ít hơn 2 mm thì đó là chứng co đồng tử (miozo). Thông thường thì người đàn bà có con ngươi mắt lớn hơn ở đàn ông, người cận thị hơn ở người viễn thị, người trẻ hơn ở người già. Biến thái khác của con ngươi (metamorphocoria) được thấy ở trường hợp con ngươi bị dính (sinekio) hoặc ở trường hợp biến chứng giang mai (metasifilo). Những thay đổi con ngươi đột ngột xảy ra là do phản ứng ánh sáng và phản ứng hội tụ. Khi tia sáng rọi vào mắt, con ngươi bé lại (phản ứng ánh sáng trực tiếp) đồng thời con ngươi kia cũng bé lại (phản ứng ánh sáng gián tiếp). Sự phản ứng con ngươi do tia sáng là hiện tượng cơ bản nhất chỉ rõ những thay đổi bệnh lý khác nhau. Con ngươi Nhóm 8_Tin6_k11 Page 9 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường mất vận động gọi là con ngươi co cứng, ví dụ như chứng thông manh tuyệt đối (amauroza hemianopsia rigideco). Cái gọi là chứng co cứng con ngươi phản xạ (refleksa pupilrigideco), (con ngươi của Argyll Robertson) là trạng thái lạ thường, trong đó con ngươi bé lại, thị lực tương đối tốt, phản ứng hội tụ được giữ lại và chỉ có mất phản ứng ánh sáng và thường thấy biến chứng giang mai được gọi là chứng ta bét lưng (dorsa tabeco) hoặc chứng bại liệt nói chung. Sau khi rời khỏi mắt, các dây thần kinh từ phân nửa võng mạc phía mũi giao thoa tại giao thoa thị. Sau giao thoa thị là các giải thị đến tận cùng tại thể gối ngoài. Từ thể gối ngoài các tia thị đến thùy chẩm vỏ não. Đường chéo các xung động, gọi là đường cảm nhận thị giác là đều đặn nhất. Những sợi quang học giao chéo nhau (kiasmo) dưới đáy não quanh tuyến yên và lên đến trung tâm nhìn thứ nhất (4 mấu lồi và mấu cạnh hình đầu gối). Xuyên qua trung tâm nhìn thứ nhất những sợi thần kinh mới cuối cùng lên đến trung tâm nhìn sau gáy qua các vòng Meyer và các tia nhìn Gratiolet vùng chẩm. Nhóm 8_Tin6_k11 Page 10 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc [...]... thống biểu diễn màu sắc mà mỗi loại tùy vào sự cảm nhận hay chức năng mà có cách biểu diễn khác nhau Và qua đây các thành viên trong nhóm được rèn luyện khả năng tự nghiên cứu học hỏi, làm việc đồng đội: có thể đưa cái nhìn ngoài đời phần nào đó biểu diễn nó trên máy tính Nhóm 8_Tin6_k11 Page 35 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường GVHD: Trần Hùng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng... Page 34 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường GVHD: Trần Hùng 5 Lời kết Thế giới quanh ta thật phong phú và việc cảm nhận được thế giới nhiều lúc mang lại cho ta cảm giác thực sự thú vị và hấp dẫn Qua bài tập lớn này chúng ta biết thêm các tri thức về giác quan quan trọng của con người: thị giác để từ đó khám phá được thực chất việc cảm nhận về hình ảnh xung quanh ta diễn ra... hơn những thuật toán xử lý ảnh vì tiêu chuẩn hóa về ánh sáng và tập trung vào hai tham số về độ hội tụ màu và cường độ màu Hệ thống màu HSI có sự phân chia rõ rệt giữa ánh sáng và màu sắc do đó có khả năng rất lớn được áp dụng cho việc tính đặc trưng và so sánh sự giống về màu sắc của hai ảnh nên thích hợp cho việc tìm kiếm ảnh dựa vào màu Sự giống và khác nhau giữa hai ảnh về màu sắc đối với mắt người... có màu đen Nhóm 8_Tin6_k11 Page 12 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường • Nếu vật hấp thụ đa số bức xạ chính trong quang phổ của ánh sáng trắng, nó sẽ có màu xám Phần lớn các vật thể có màu sắc là do vật có cấu tạo từ những vật liệu xác định và vật hấp thụ một số bước sóng ánh sáng và phản xạ, tán xạ những bước sóng khác Màu sắc các vật còn phụ thuộc vào màu. . .Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường Nhóm 8_Tin6_k11 GVHD: Trần Hùng Page 11 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường 2.2 Vì sao ta nhìn thấy màu sắc các vật GVHD: Trần Hùng Sự kích thích ánh sáng phù hợp với mắt là những tia sáng nhìn được, có nghĩa là có độ sóng dài khoảng 400 đến 700nm (nanomatroj: nanômét) Sự kích thích đó được tiếp nhận trước hết do tế bào... cường độ của màu đỏ, xanh lá cây, xanh lam trong trật tự như thế Ví dụ: − (0, 0, 0) là màu đen Nhóm 8_Tin6_k11 Page 17 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường − (255, 255, 255) là màu trắng GVHD: Trần Hùng − (255, 0, 0) là màu đỏ − (0, 255, 0) là màu xanh lá cây − (0, 0, 255) là màu xanh lam − (255, 255, 0) là màu vàng − (0, 255, 255) là màu xanh ngọc − (255, 0, 255) là màu hồng sẫm... vàng sinh ra màu xanh lá cây và tổ hợp của các màu xanh lơ, hồng sẫm và vàng tạo ra màu đen Nhóm 8_Tin6_k11 Page 22 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường Vì màu 'đen' sinh ra bởi việc trộn các màu gốc loại trừ là không thực sự giống như mực đen thật sự hay màu đen của vật đen tuyệt đối (là vật hấp thụ toàn bộ ánh sáng), việc in ấn trên cơ sở bốn màu (đôi khi... 3.4 Các hệ biểu diễn màu khác 3.4.1 Mô hình HSB Không gian màu HSB, còn gọi là không gian màu HSV, là một không gian màu dựa trên ba số liệu: • H: (Hue) Vùng màu • S: (Saturation) Độ bão hòa màu • B (hay V): (Bright hay Value) Độ sáng Nhóm 8_Tin6_k11 Page 24 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh Cường GVHD: Trần Hùng 3.4.2 Mô hình YUV Mô hình YUV qui định một không gian màu được tạo... Nhóm 8_Tin6_k11 Page 27 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 4 Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu Lập trình mô phỏng 4.1 Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu 4.1.1 Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK) Từ RGB sang CMY: giá trị của từng thành phần trong RGB thuộc khoảng [0,1] được lượng tử hóa 256 mức [0:255] do đó biểu diễn được 256 3=1677216 màu đây cũng chính là cách... qua đối tượng Trong trường hợp này ta cảm nhận được màu sắc tùy thuộc vào bước sóng nào của ánh sáng bị hấp thụ, bước sóng nào xuyên qua Một phần ánh sáng được phản xạ, phần còn lại đi qua Trong trường hợp này màu sắc của ánh sáng được phản xạ và màu của ánh sáng đi xuyên qua sẽ thay đổi Nhóm 8_Tin6_k11 Page 13 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường Những đặc tính . và các tia nhìn Gratiolet vùng chẩm. Nhóm 8_Tin6_k11 Page 10 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường Nhóm 8_Tin6_k11 Page 11 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài. có cảm giác như hình ảnh bị giật và không liên tục. Nhóm 8_Tin6_k11 Page 15 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường 3. Các hệ biểu diễn màu 3.1 Mô hình màu. 0) là màu đen Nhóm 8_Tin6_k11 Page 17 Cảm nhận và biểu diễn mầu sắc Bài tập lớn môn Xử lý ảnh GVHD: Trần Hùng Cường − (255, 255, 255) là màu trắng − (255, 0, 0) là màu đỏ − (0, 255, 0) là màu