tăng cường ảnh trong miền không gian

1 1 CHƯƠNG 3 TĂNG CƯỜNG ẢNH TRONG MIỀN KHÔNG GIAN IMAGE ENHANCEMENT IMAGE ENHANCEMENT IN THE SPATIAL DOMAIN IN THE SPATIAL DOMAIN 2 2 NỘI DUNG BÀI GIẢNG  Kiến thức cơ sở  Một số phép biến đổi cấp xám cơ bản Phủ định ảnh - ảnh âm bản Phép biến đổi log Phép biến đổi lũy thừa Các phép biến đổi tuyến tính từng phần  Xử lý lược đồ xám và cân bằng lược đồ xám  Tăng cường ảnh sử dụng toán tử số học và logic Phép trừ ảnh Trung bình ảnh 3 3 NỘI DUNG BÀI GIẢNG  Các khái niệm cơ bản về lọc không gian  Các bộ lọc không gian làm trơn Lọc tuyến tính Lọc thống kê thứ tự  Các bộ lọc không gian làm nét Kiến thức cơ sở Sử dụng đạo hàm bậc hai – toán tử Laplacian Sử dụng đạo hàm bậc nhất – toán tử Gradient 4 4 MIỀN KHÔNG GIAN VÀ MIỀN TẦN SỐ  Miền không gian: Là tập hợp các điểm ảnh trong ảnh. Phương pháp miền không gian là một thủ tục tác động lên các điểm ảnh trong miền không gian đó.  Miền tần số: Được biểu diễn theo tần số thông qua các phép biến đổi. Phương pháp miền tần số dựa trên phép biến đổi Fourier của ảnh. Tương ứng với các miền này  các phương pháp tăng cường ảnh 5 5 MIỀN KHÔNG GIAN  Các phép xử lý trong miền không gian tác động trực tiếp lên điểm ảnh được ký hiệu là: g(x, y) = T[f(x, y)] f(x, y) là ảnh đầu vào. g(x, y) là ảnh đầu ra. T là toán tử tác động lên f trong lân cận của điểm (x,y). 6 6 MẶT NẠ/BỘ LỌC  Lân cận của điểm (x, y) là hình vuông hoặc hình chữ nhật có tâm là (x, y). Gốc tọa độ Ảnh f(x, y) x y (x, y) Lân cận của điểm (x, y) trong hình vuông 3×3  Tâm của lân cận (x, y) di chuyển theo từng điểm ảnh bắt đầu từ gốc trái phía trên (gốc tọa độ). 7 7 XỬ LÝ ĐIỂM  Toán tử T hoạt động tại mỗi vùng lân cận của vị trí điểm ảnh (x, y) trong ảnh f để cho ảnh đầu ra g tương ứng.  T tác động lên vùng lân cận có kích thước 1×1 (tác động lên điểm đơn)  g chỉ phụ thuộc vào giá trị của f tại điểm (x, y), và T trở thành hàm biến đổi cấp xám có dạng: s = T(r) r = f(x, y) s = g(x, y)  Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật xử lý điểm 8 8 BIẾN ĐỔI ĐỒNG NHẤT  Ví dụ: Hàm biến đổi đồng nhất các điểm ảnh r s=T(r ) m T(r) Tối Sáng Tối Sáng Hàm biến đổi đồng nhất T(r). Ảnh kết quả có độ tương phản giống với ảnh gốc. m 9 9 TĂNG ĐỘ TƯƠNG PHẢN  Ví dụ: Hàm tăng cường độ tương phản của ảnh r s=T(r ) m T(r) Tối Sáng Tối Sáng Hàm tăng độ tương phản T(r). Ảnh kết quả có độ tương phản cao hơn ảnh gốc nhờ làm tối những mức xám nhỏ hơn m và tăng độ sáng những cấp xám lớn hơn m m 10 10 TĂNG ĐỘ TƯƠNG PHẢN  Ví dụ: Hàm tăng cường độ tương phản của ảnh r s=T(r ) m T(r) Tối Sáng Tối Sáng Hàm tăng độ tương phản T(r). Ảnh kết quả có độ tương phản cao hơn ảnh gốc nhờ làm tối những mức xám nhỏ hơn m và tăng độ sáng những cấp xám lớn hơn m m [...]...  Các ảnh có độ tương phản thấp có thể do cường độ ánh sáng kém, hoặc do bộ cảm ứng không tốt  Ý tưởng giản độ tương phản là gia tăng các khoảng cấp xám trong ảnh 31 GIẢN ĐỘ TƯƠNG PHẢN Vị trí của điểm (r1, s1), (r2, s2) sẽ quy định hình dạng của phép biến đổi  Kết quả ảnh đầu ra của phép biến đổi bên: Độ xám trong khoảng (0, 0) đến (r1, s1) giảm Độ xám trong khoảng từ (r1, s1) đến (r2, s2) tăng Độ... ĐỔI ÂM BẢN  Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn [0, 7] Tìm ảnh âm bản của I s = 7 - r 0 5 2 7 2 7 4 2 3 2 2 3 4 3 0 5 1 6 3 5 4 6 1 1 2 6 2 4 6 1 2 0 2 4 3 5 0 7 6 3 4 7 5 4 3 3 7 2 7 5 0 6 5 7 5 0 1 1 6 0 7 6 0 6 3 0 3 2 0 0 2 3 7 4 4 3 5 3 3 7 1 17 PHỦ ĐỊNH ẢNH PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN  0 5 2 7 2 7 4 2 3 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn [0, 7] Tìm ảnh âm bản của I... PHỦ ĐỊNH ẢNH PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN Phủ định của một ảnh với các cấp xám nằm trong phạm vi [0, L-1] có được bằng cách sử dụng phép biến đổi âm bản: s=L-1–r L-1 3L/4 Hình bên mô tả phép biến đổi âm bản Cấp xám đầu ra  Âm bản L/2 L/4 Cấp xám đầu vào 0 L/4 L/2 3L/4 15 L-1 PHỦ ĐỊNH ẢNH PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN  Hình dưới mô tả ảnh gốc và ảnh phủ định bằng cách sử dụng phép biến đổi âm bản 16 PHỦ ĐỊNH ẢNH PHÉP... xám đầu 19 vào 0 L/4 L/2 3L/4 L-1 Phép biến đổi Log ánh xạ một khoảng hẹp các giá trị cấp xám thấp trong ảnh đầu vào thành một khoảng rộng hơn các giá trị cấp xám của ảnh đầu ra  Ngược lại nó ánh xạ một khoảng rộng các giá trị cấp xám cao trong ảnh đầu vào thành một khoảng hẹp hơn các giá trị cấp xám của ảnh đầu ra L-1 3L/4 Cấp xám đầu ra PHÉP BIẾN ĐỔI LOG Log L/2  L/4 Cấp xám đầu vào 0 L/4 L/2 3L/4... ngẫu với phép biến đổi Log Phép biến đổi Log ngược ánh xạ một khoảng rộng các giá trị cấp xám thấp trong ảnh đầu vào thành một khoảng rộng hơn các giá trị cấp xám của ảnh đầu ra L-1  Ngược lại nó ánh xạ một khoảng hẹp các giá trị cấp xám cao trong ảnh đầu vào thành một khoảng hẹp hơn các giá trị cấp xám của ảnh đầu ra 3L/4 Cấp xám đầu ra PHÉP BIẾN ĐỔI LOG NGƯỢC L/2  L/4 Log ngược Cấp xám đầu vào 0 L/4... cho kết quả là ảnh có hai mức xám (ảnh nhị phân) Những điểm ảnh có cấp xám nhỏ hơn m sẽ được quy về màu đen, những điểm ảnh có giá trị lớn hơn r hoặc bằng m được quy về màu trắng 11 XỬ LÝ MẶT NẠ/BỘ LỌC  Đối với những lân cận lớn hơn 1×1 việc xử lý điểm ảnh phức tạp hơn nhiều  Một lân cận có kích thước lớn hơn 1×1 được gọi là một mặt nạ, hoặc bộ lọc, hoặc mẫu, hoặc cửa sổ  Các giá trị trong mặt nạ... tăng Độ xám trong khoảng (r2, s2) đến (L-1, L-1) được L-1 3L/4 Cấp xám đầu ra  (r2, s2) T(r) L/2 L/4 (r1, s1) Cấp xám đầu vào 0 L/4 L/2 3L/4 32 L-1 GIẢN ĐỘ TƯƠNG PHẢN Vị trí của điểm (r1, s1), (r2, s2) sẽ quy định hình dạng của phép biến đổi  Kết quả ảnh đầu ra của phép biến đổi bên: Độ xám trong khoảng (0, 0) đến (r1, s1) tăng Độ xám trong khoảng từ (r1, s1) đến (r2, s2) giảm Độ xám trong khoảng... xám nằm trong đoạn [0, 255] Dùng biến đổi s = r0.3 để tìm ảnh đầu ra 25 26 45 18 90 45 54 42 15 2 25 214 97 54 54 120 18 154 14 201 98 65 54 201 19 254 13 201 48 32 24 12 200 210 254 231 47 201 8 120 21 218 217 120 102 156 58 21 0 236 208 10 12 95 4 36 154 243 201 12 12 65 5 54 28 PHÉP BIẾN ĐỔI LŨY THỪA  Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn [0, 255] Dùng biến đổi s = r0.3 để tìm ảnh đầu... MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI CẤP XÁM CƠ BẢN  Quy ước: Các giá trị điểm ảnh trước khi xử lý ký hiệu là r Các giá trị điểm ảnh sau khi xử lý ký hiệu là s r và s quan hệ với nhau qua biểu thức s = T(r) s L-1 T(r) 0 13 0 L-1 r MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI CẤP XÁM CƠ BẢN  Âm bản Cấp xám đầu ra, s Căn bậc n Ba loại hàm cơ bản thường sử dụng để tăng cường ảnh – Phép biến đổi âm bản và đồng nhất – Phép biến đổi logarit... ĐỔI LOG  Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn [0, 255] Dùng biến đổi s = Log(1+r) để tìm ảnh đầu ra 10 10 10 10 10 10 10 10 10 20 20 20 20 20 20 10 10 20 130 130 130 130 20 10 10 20 130 250 250 130 20 10 10 20 130 250 250 130 20 10 10 20 130 130 130 130 20 10 10 20 20 20 20 20 20 10 10 10 10 10 10 10 10 10 23 PHÉP BIẾN ĐỔI LOG  Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn [0,