XỬ LÍ ẢNH

XỬ LÝ ẢNH Trần Quang Đức Thông tin giảng viên •  Thông tin liên hệ ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  Phòng B1-801 (2 pm - pm – Thứ Ba Hàng Tuần) Bộ môn Truyền Thông Mạng Máy Tính Viện Công Nghệ Thông Tin Truyền Thông Đại học Bách Khoa Hà Nội E-mail: ductq@soict.hust.edu.vn Điện thoại: (+84) (4) 38682596 Nội dung •  •  •  •  •  •  •  •  •  Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Hình thành biểu diễn ảnh Chương 3: Thu nhận số hóa ảnh Chương 4: Cơ sở lý thuyết xử lý ảnh Chương 5: Cải thiện nâng cấp ảnh Chương 6: Phát tách biên ảnh Chương 7: Phân vùng ảnh Chương 8: Xử lý ảnh nhị phân Chương 9: Mã hóa nén ảnh Tài liệu tham khảo •  R.C Gonzalez, and R E Woods, “Digital Image Processing,” vol 2, Prentice Hall, 2002 •  A K Jain, “Fundamentals of Digital Image Processing,” vol 3, Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1989 •  L M Bá, N T Thủy, “Nhập môn xử lý ảnh,” Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2008 •  R.C Gonzalez, R E Woods, “Digital Image Processing using Matlab,” GIỚI THIỆU CHUNG Trần Quang Đức Các khái niệm •  Ảnh: Thông tin vật thể hay quang cảnh chiếu sáng mà người quan sát cảm nhận mắt hệ thần kinh thị giác •  Đối tượng xử lý ảnh xử lý ảnh tự nhiên, ảnh chụp, liệu ảnh có nguồn gốc từ tín hiệu ảnh đặc trưng biên độ dải tần số Có phân biệt xử lý ảnh với đồ họa •  Hệ thống xử lý ảnh thu nhận khung cảnh ảnh đầu vào, thực phép xử lý để tạo ảnh đầu thỏa mãn yêu cầu cảm thụ trích rút đặc trưng ảnh Ảnh tĩnh chuỗi ảnh •  Ảnh tĩnh (Still Image): Biểu diễn hàm độ chói biễn toạn độ mặt phẳng ảnh I(x,y) •  Chuỗi ảnh (Sequence of Images): Hàm độ chói biến tọa độ mặt phẳng biến thời gian I(x,y,t) x x y t y Ảnh tĩnh •  •  •  •  Ảnh nhị phân: bit/pixel Ảnh xám: bits/pixel Ảnh màu: 16-24 bit/pixel RGB, YUV, HSL, YCbCr Pixel (RGB) Chuỗi ảnh •  Video: Chuỗi ảnh (khung hình), quan hệ thời gian khung hình biểu diễn ảnh động •  Tấn số Độ phân giải ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  NTSC (525 dòng, 30 khung hình/giây) PAL (625 dòng, 25 khung hình/giây) SECAM (625 dòng, 25 khung hình/giây) Phim (24 khung hình/giây) HDTV (16:9, 720 dòng, 60 khung hình/giây) SVGA: 72 khung hình/giây, 1024x720 pixel Các ví dụ ảnh số Đường díc dắc -26 -3 -6 2 -1 0 -26 -3 -6 2 -1 0 -2 -4 1 0 0 -2 -4 1 0 -3 -1 -1 0 -3 -1 -1 0 -4 -1 0 0 -4 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 •  Tất hệ số nằm đường díc dắc Các thành phần tần số thấp (thường khác 0) xếp trước thành phần tần số cao DPCM Mã loạt dài •  Các thành phần DC khối ảnh lân cận có tính tương quan cao Vì vậy, mã hóa sai khác thành phần làm tăng tính hiệu trình nén DCi-1 DCi DIFF = DCi - DCi-1 •  Mã loạt dài sử dụng để mã hóa thành phần AC DPCM Mã loạt dài •  Thành phần DC: +3 à (2),(3) •  Thành phần AC: ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  (0,2) (-3) (1,2) (-3) (0,2) (-2) (0,3) (-6) (0,2) (2) … (0,0) à EOB -26 -3 -6 2 -1 0 -2 -4 1 0 -3 -1 -1 0 -4 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 •  Các thành phần AC mô tả cặp ký hiệu (loạt dài, kích thước) (biên độ) Loạt dài tính số lượng hai thành phần khác Kích thước biểu diễn số lượng bit dùng để mã hóa giá trị biên độ Mã Huffman •  Thực tăng hiệu nén việc thay chuỗi ký tự dài từ mã ngắn •  Độ dài từ mã xác định dựa tần suất xuất ký tự •  JPEG cung cấp bảng mã Huffman chuẩn, bảng mã Huffman định nghĩa riêng tùy thuộc vào ứng dụng đặc trưng ảnh sử dụng ứng dụng Mã Huffman Category Values Bits for the value -1,1 0,1 -3,-2,2,3 00,01,10,11 -7,-6,-5,-4,4,5,6,7 000,001,010,011,100,101,110,111 -15, ,-8,8, ,15 0000, ,0111,1000, ,1111 -31, ,-16,16, 31 00000, ,01111,10000, ,11111 -63, ,-32,32, 63 000000, ,011111,100000, ,111111 -127, ,-64,64, ,127 0000000, ,0111111,1000000, ,1111111 -255, ,-128,128, ,255 -511, ,-256,256, ,511 10 -1023, ,-512,512, ,1023 11 -2047, ,-1024,1024, ,2047 Giá trị số lượng bit cho giá trị Mã Huffman Run, category Code Length Codeword 0,0 1010 0,1 00 0,2 01 … … 0,10 16 1111111110000011 1,1 1100 1,2 11011 … … … 15,10 16 1111111111111110 Bảng mã Huffman chuẩn cho thành phần AC kênh độ chói Mã Huffman Category Code Length Codeword 00 010 011 3 100 101 110 1110 11110 111110 1111110 10 11111110 11 111111110 Bảng mã chuẩn cho thành phần DC kênh độ chói Mã Huffman •  Thành phần DC: +3 à (2),(3) •  Từ mã thành phần DC: 011 11 •  Thành phần AC: (0,2) (-3), (1,2) (-3)… EOB •  Từ mã thành phần AC: 01 00 11011 00 … 00 Minh họa 1.  2.  3.  4.  5.  Q = 100 - 83,2 bytes Q = 50 - 15,1 bytes Q = 25 - 9,5 bytes Q = 10 - 4,7 bytes Q = - 1,5 bytes NÉN ẢNH JPEG2000 Trần Quang Đức Chuẩn nén khác? •  Với tỷ lệ nén cao (ví dụ 0.25 bpp), méo chuẩn JPEG chấp nhận •  JPEG có 44 cách thức, nhiều số không sử dụng mã hóa JPEG •  Chất lượng ảnh giảm rõ rệt xuất lỗi trình truyền ảnh •  JPEG tối ưu hóa cho ảnh tự nhiên không phù hợp với ảnh đồ họa •  JPEG không áp dụng cho ảnh nhị phân Chuẩn JPEG2000 •  Đặc trưng ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  ▫  Biến đổi sóng Wavelet Chất lượng tốt với tỷ lệ nén cao Nén ảnh nhị phân Nén mát không mát thông tin Linh hoạt với lỗi trình truyền Có khả mở rộng Chọn vùng quan tâm ROI •  Một vài ứng dụng ▫  ▫  ▫  ▫  Website Camera kỹ thuật số Ảnh y học Ảnh viễn thám Chuẩn JPEG2000 Lossless 5.2 bpp Lossy Original image b it s t r e a m 1.89 bpp Chuẩn JPEG2000 0.125 bpp JPEG vs JPEG2000 0.25 bpp Chuẩn JPEG2000 •  Nhược điểm ▫  Thiết bị mã hóa giải mã phức tạp, thời gian tính toán lâu ▫  Khi tỷ lệ nén khoảng 1:25, JPEG2000 so với JPEG tạo ảnh nén bị chia ô giảm kể chi tiết ảnh