Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GTVT KHOA CNTT BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH Đề Tài : Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh Giáo viên hướng dẫn: TRẦN VĨNH HẠNH Người thực hiện: NGUYỄN MINH HÀ Lớp59CDT1 Lời Nói Đầu    Khoảng mười năm trở lại đây, phần cứng máy tính thiết bị liên quan có tiến vượt bậc tốc độ tính toán, dung lượng chứa, khả xử lý v.v giá giảm đến mức máy tính thiết bị liên quan đến xử lý ảnh không thiết bị chuyên dụng Khái niệm ảnh số trở nên thông dụng với hầu hết người xã hội việc thu nhận ảnh số thiết bị cá nhân hay chuyên dụng với việc đưa vào máy tính xử lý trở nên đơn giản Trong hoàn cảnh đó, xử lý ảnh lĩnh vực quan tâm trở thành môn học chuyên ngành sinh viên ngành công nghệ thông tin nhiều trường đại học nước.Trong nâng cao chất lượng ảnh bước quan trọng, tạo tiền đề cho xử lý ảnh Mục đích nhằm làm bật số đặc tính ảnh thay đổi độ tương phản, lọc nhiễu, biên, làm trơn biên ảnh, khuyếch đại ảnh, Tăng cường ảnh khôi phục ảnh trình khác mục đích Tuy nhiên, tài liệu giáo trình điều khó khăn Hiện có số tài liệu tiếng Anh tiếng Pháp, tài liệu tiếng Việt Vì vậy, hoàn thành đề tài : Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh giúp cho sinh viên hiểu rõ nắm bắt kỹ thuật xử lý ảnh NỘI DUNG ĐỀ TÀI   Đề tài giúp sinh viên nắm vấn đề nâng cao chất lượng ảnh.Các công cụ toán tử sử dụng Đề tài gồm phần sau: 1.Các kỹ thuật không phụ thuộc trung gian +) Các phép toán không phụ thuộc không gian phép toán không phụ thuộc vị trí điểm ảnh Ví dụ: Phép tăng giảm độ sáng , phép thống kê tần suất, biến đổi tần suất v.v +) Một khái niệm quan trọng xử lý ảnh biểu đồ tần suất (Histogram) Biểu đồ tần suất mức xám g ảnh I số điểm ảnh có giá trị g ảnh I Ký hiệu h(g) +) Ví dụ: NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.Các kỹ thuật phụ thuộc trung gian Các phép toán phụ thuộc không gian phép toán phụ thuộc vị trí điểm ảnh Ví dụ: Phép nhân chập mẫu ,các phép lọc ,mặt nạ gờ sai phân làm nhẵn v.v 2.Các phép toán hình thái học Hình thái thuật ngữ nghiên cứu cấu trúc hay hình học topo đối tượng ảnh Phần lớn phép toán "Hình thái" định nghĩa từ hai phép toán phép "giãn nở" (Dilation) phép "co" (Erosion) I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 1.1 Tăng giảm độ sáng Giả sử ta có I ~ kích thước m × n số nguyên c Khi đó, kỹ thuật tăng, giảm độc sáng thể for (i = 0; i < m; i + +) for (j = 0; j < n; j + +) I [i, j] = I [i, j] + c; Nếu c > 0: ảnh sáng lên Nếu c < 0: ảnh tối 1.2 Tách ngưỡng Giả sử ta có ảnh I ~ kích thước m × n, hai số Min, Max ngưỡng θ đó: Kỹ thuật tách ngưỡng thể for (i = 0; i < m; i + +) for (j = 0; j < n; j + +) I [i, j] = I [i, j] > = θ? Max : Min; * Ứng dụng: Nếu Min = 0, Max = kỹ thuật chuyển ảnh thành ảnh đen trắng ứng dụng quét nhận dạng văn xảy sai sót thành ảnh ảnh thành dẫn đến ảnh bị đứt nét dính I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 1.3.Tách nhiễu phân ngưỡng Tách nhiễu trường hợp đặc biệt dãn độ tương phản hệ số góc α= γ=0 Tách nhiễu ứng dụng có hiệu để giảm nhiễu biết tín hiệu vào khoảng [a, b] Phân ngưỡng trường hợp đặc biệt tách nhiễu a=b=const Trong trường hợp này, ảnh đầu vào ảnh nhị phân (có mức) Phân ngưỡng thường dùng kỹ thuật in ảnh màu ảnh gần nhị phân không cho ảnh nhị phân quét ảnh có nhiễu từ cảm biến biến đổi ví dụ trường hợp lọc nhiễu ảnh vân tay 1.4.Kỹ thuật cắt theo mức Kỹ thuật dùng phép ánh sạ khác cho trường hợp có không Nó có tác dụng nhiều đặc tính khác ảnh nằm nhiều miền mức xám khác I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 1.5.Bó cụm Kỹ thuật nhằm giảm bớt số mức xám ảnh cách nhóm lại số mức xám gần thành nhóm Nếu có nhóm kỹ thuật tách ngưỡng Thông thường có nhiều nhóm với kích thước khác 1.6 Trừ ảnh Trừ ảnh dùng đẻ tách nhiễu khỏi Người ta quan sát ảnh thời điểm khác nhau, so sánh chúng để tìm khác Người ta dóng thẳng ảnh trừ thu ảnh Ảnh khác Kỹ thuật hay dùng dự báo thời tiết, y học 1.7 Nén dải độ dài sáng I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 1.8 Kỹ thuật tìm tách ngưỡng tự động Ngưỡng θ kỹ thuật tách ngưỡng thường cho người sử dụng Kỹ thuật tìm tách ngưỡng tự động nhằm tìm ngưỡng θ cách tự động dựa vào histogram theo nguyên lý vật lý vật thể tách làm phần tổng độ lệnh phần tối thiểu 1.9 Biến đổi âm Âm nhận phép biến đổi âm Phép biến đổi có nhiều hữu ích phim ảnh dùng ảnh y học 1.10 Biến đổi cấp xám tổng thể Nếu biết ảnh hàm biến đổi ta tính ảnh kết ta có histogram ảnh biến đổi Nhưng thực tế nhiều ta biết histogram ảnh gốc hàm biến đổi, câu hỏi đặt liệu ta có histogram ảnh biến đổi Nếu có ta hiệu chỉnh hàm biến đổi để thu ảnh kết có phân bố histogram mong muốn 1.11 Cân histogram I.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN Gồm kỹ thuật sau:         Phép nhân chập mẫu Lọc trung vị Lọc trung bình Lọc trung bình theo k giá trị gần Lọc thông thấp, lọc thông cao, lọc dải thông Mặt nạ gờ sai phân làm nhẵn Khuyếch đại nội xuy ảnh Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.1 Lọc thông thấp, thông cao lọc dải thông Toán tử trung bình không gian lọc thông thấp Nếu hLP(m, n) biểu diễn lọc thông thấp FIR (Finite Impulse Response) lọc thông cao hHP(m, n) định nghĩa: hHP(m, n) = δ(m, n) - hLP(m, n) Như vậy, lọc thông cao cài đặt cách đơn giản hình sau: Bộ lọc dải thông định nghĩa sau: HHP(m, n)= hL1(m, n) – hL2(m, n) với hL1 hL2 lọc thông thấp Bộ lọc thông thấp thường dùng làm trơn nhiễu nội suy ẩnh Bộ lọc thông cao dùng nhiều trích chọn biên làm trơn ảnh, lọc dải thông có hiệu làm cạnh II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.2 Mặt nạ gờ sai phân làm nhẵn Mặt nạ gờ sai phân dùng phổ biến công nghệ in ảnh để làm đẹp ảnh Với kỹ thuật này, tín hiệu đầu thu tín hiệu lọc gradient hay lọc dải cao bổ sung thêm đầu vào: v(m,n) = u(m,n) + λg(m,n) với λ>0, g(m, n) gradient điểm (m, n) Hàm gradient dùng hàm Laplace G(m,n) = u(m,n) – {u(m-1,n) + u(m+1,n) + u(m,n+1)}/2 2.3 Khuyếch đại nội xuy ảnh Có nhiều ứng dụng cần thiết phải phóng đại mọt vùng ảnh Có nghĩa lấy vùng ảnh cho cho lên ảnh lớn Có phương pháp dùng lặp (Replication) nội suy tuyến tính (Linear Interpolation) Gồm phương pháp: +)Phương pháp lặp +)Phương pháp nội xuy tuyến tính II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.4 Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân Với ảnh nhị phân, mức xám có giá trị hay 1, Do vậy, ta xét phần tử ảnh phần tử logic áp dụng toán tử hình học dựa khái niệm biến đổi hình học ảnh phần tử cấu trúc Phần tử cấu trúc mặt nạ dạng mà phần tử tạo nên mô-típ Người ta tiến hành rê mặt nạ khắp ảnh tính giá trị điểm ảnh điểm lân cận với mô-típ mặt nạ theo cách lấy hội hay lấy tuyển Dựa vào nguyên tắc trên, người ta sử dụng kỹ thuật: dãn ảnh (Dilatation) co ảnh (Erosion) Có kỹ thuật: +)Dãn ảnh +)Co ảnh  x∈X Bx II.CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI HỌC 3.1 Các phép toán hình thái Hình thái thuật ngữ nghiên cứu cấu trúc hay hình học topo đối tượng ảnh Phần lớn phép toán "Hình thái" định nghĩa từ hai phép toán phép "giãn nở" (Dilation) phép "co" (Erosion) Các phép toán định nghĩa sau: Giả thiết ta có đối tượng X phần tử cấu trúc (mẫu) B không gian Euclide hai chiều Kí hiệu Bx dịch chuyển B tới vị trí x Định nghĩa (DILATION) Phép "giãn nở" X theo mẫu B hợp tất Bx với x thuộc X Ta có: X⊕B= Định nghĩa (EROSION) Phép "co" X theo B tập hợp tất điểm x cho Bx nằm X Ta có: X  B = {x : Bx ⊆ X}  x∈X Bx II.CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI HỌC 3.1 Các phép toán hình thái Đình nghĩa (OPEN) Phép toán mở (OPEN) X theo cấu trúc B tập hợp điểm ảnh X sau co giãn nở liên liếp theo B Ta có: OPEN(X,B) = (X  B) ⊕ B Định nghĩa (CLOSE) Phép toán đóng (CLOSE) X theo cấu trúc B tập hợp điểm ảnh X sau giãn nở co liên B Ta có: CLOSE(X,B) = (X ⊕ B)  B  Bx x∈X III.TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình :Xử Lý Ảnh Tác giả:TS.Đỗ Năng Toàn TS.Phạm Việt Bình Nhà xuất bản: Đại học Thái Nguyên –Khoa Công Nghệ Thông Tin Giáo trình :Xử Lý Ảnh (lưu hành nội bộ) Tác giả:PGS.TS.Nguyễn Quang Hoan Nhà xuất bản: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông [...]... và nội xuy ảnh Có nhiều ứng dụng cần thiết phải phóng đại mọt vùng của ảnh Có nghĩa là lấy một vùng của ảnh đã cho và cho hiện lên như một ảnh lớn Có 2 phương pháp được dùng là lặp (Replication) và nội suy tuyến tính (Linear Interpolation) Gồm 2 phương pháp: +)Phương pháp lặp +)Phương pháp nội xuy tuyến tính II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.4 Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân Với ảnh nhị phân,... theo cách lấy hội hay lấy tuyển Dựa vào nguyên tắc trên, người ta sử dụng 2 kỹ thuật: dãn ảnh (Dilatation) và co ảnh (Erosion) Có 2 kỹ thuật: +)Dãn ảnh +)Co ảnh  x∈X Bx II.CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI HỌC 3.1 Các phép toán hình thái cơ bản Hình thái là thuật ngữ chỉ sự nghiên cứu về cấu trúc hay hình học topo của đối tượng trong ảnh Phần lớn các phép toán của "Hình thái" được định nghĩa từ hai phép toán... nhiễu và nội suy ẩnh Bộ lọc thông cao dùng nhiều trong trích chọn biên và làm trơn ảnh, còn bộ lọc dải thông có hiệu quả làm nổi cạnh II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.2 Mặt nạ gờ sai phân và làm nhẵn Mặt nạ gờ sai phân dùng khá phổ biến trong công nghệ in ảnh để làm đẹp ảnh Với kỹ thuật này, tín hiệu đầu ra thu được bằng tín hiệu ra của bộ lọc gradient hay lọc dải cao bổ sung thêm đầu vào: v(m,n)...II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC KHÔNG GIAN 2.1 Lọc thông thấp, thông cao và lọc dải thông Toán tử trung bình không gian là lọc thông thấp Nếu hLP(m, n) biểu diễn bộ lọc thông thấp FIR (Finite Impulse Response) thì bộ lọc thông cao hHP(m, n) có thể được định nghĩa: hHP(m, n) = δ(m, n) - hLP(m, n) Như vậy, bộ lọc thông cao có thể cài đặt một cách đơn giản như trên hình... xám chỉ có 2 giá trị là 0 hay 1, Do vậy, ta xét một phần tử ảnh như một phần tử logic và có thể áp dụng các toán tử hình học dựa trên khái niệm biến đổi hình học của một ảnh bởi một phần tử cấu trúc Phần tử cấu trúc là một mặt nạ dạng bất kỳ mà các phần tử của nó tạo nên một mô-típ Người ta tiến hành rê mặt nạ đi khắp ảnh và tính giá trị điểm ảnh bởi các điểm lân cận với mô-típ của mặt nạ theo cách lấy... (OPEN) của X theo cấu trúc B là tập hợp các điểm của ảnh X sau khi đã co và giãn nở liên liếp theo B Ta có: OPEN(X,B) = (X  B) ⊕ B Định nghĩa 6 (CLOSE) Phép toán đóng (CLOSE) của X theo cấu trúc B là tập hợp các điểm của ảnh X sau khi đã giãn nở và co liên tiếp theo B Ta có: CLOSE(X,B) = (X ⊕ B)  B  Bx x∈X III.TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình :Xử Lý Ảnh Tác giả:TS.Đỗ Năng Toàn TS.Phạm Việt Bình Nhà xuất... có: CLOSE(X,B) = (X ⊕ B)  B  Bx x∈X III.TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình :Xử Lý Ảnh Tác giả:TS.Đỗ Năng Toàn TS.Phạm Việt Bình Nhà xuất bản: Đại học Thái Nguyên –Khoa Công Nghệ Thông Tin Giáo trình :Xử Lý Ảnh (lưu hành nội bộ) Tác giả:PGS.TS.Nguyễn Quang Hoan Nhà xuất bản: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông