Chiếu sáng trong ảnh và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT  - LÊ THỊ ĐÌNH CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 Thái Nguyên, năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN Phần ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu tổng quan đề tài Lý chọn đề tài Bố cục luận văn Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH 1.1 Một số khái niệm xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh 1.1.2.Quá trình thu nhận ảnh, biểu diễn ảnh lƣu trữ ảnh 1.1.2.1 Quá trình thu nhận ảnh 1.1.2.2 Biểu diễn ảnh 1.1.2.3 Lƣu trữ ảnh 10 1.1.3 Các mô hình biểu diễn màu 12 1.1.3.1 Hệ màu chuẩn RGB 12 1.1.3.2 Hệ màu CMY 13 1.1.3.3.Hệ màu YIQ 14 1.1.3.4.Hệ màu L*a*b 14 1.1.3.5.Hệ màu HSI(Hue- Saturation- Itensity) 14 1.2 Ánh sáng chiếu sáng ảnh 16 1.2.1 Khái quát chiếu sáng ảnh 16 1.2.2 Một số ứng dụng chiếu sáng ảnh 16 1.2.3 Một số hình ảnh chiếu sáng 17 Chƣơng 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ẢNH 20 2.1 Kỹ thuật Phong Shading 21 2.2 2.3 2.4 2.5 Kỹ thuật phản chiếu ngƣợc Phong Shading 23 Kỹ thuật Gouraud Shading 24 Phép nội suy Phong 26 Tính bất biến màu sắc với RETINEX 27 2.6 So sánh kỹ thuật chiếu sáng: Phong Shading, phản chiếu ngƣợc Phong Shading, Gouraud Shading 35 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 37 3.1 Bài toán chiếu sáng ảnh 37 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” 3.2 Chƣơng trình thử nghiệm 38 3.2.1 Các khối Modul chƣơng trình 38 3.2.1.1 Khối Modul thực mở ảnh 38 3.2.1.2 Khối Modul thực xử lý thêm nguồn sáng vào ảnh 39 3.2.1.3 Khối Modul thực thêm nguồn sáng 40 3.2.1.4 Khối Modul thực thiết lập thông số nguồn sáng 41 3.2.1.5 Khối Modul thực kiện thay đổi nguồn sáng 45 3.2.1.6 Khối Modul thực hiển thị kết xử lý ảnh 50 3.2.2 Giao diện chƣơng trình 51 3.2.2.1 Giao diện chƣơng trình chiếu sáng ảnh 51 3.2.2.2 Giao diện thực mở ảnh 52 3.2.2.3 Giao diện thiết lập màu, tọa độ nguồn sáng, kiểu chiếu sáng,… 52 3.2.2.4 Giao diện xử lý chiếu sáng ảnh kết 53 3.2.2.5 Giao diện thêm nhiều nguồn sáng đồng thời 54 Phần PHẦN KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” công trình nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Thị Hồng Minh Các số liệu, hình ảnh đƣợc sử dụng luận văn nhƣ kết nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn trung thực LÊ THỊ ĐÌNH Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô trƣờngĐại học CNTT&TT-Đại học Thái Nguyên nhƣ thầy giáo Viên Công Nghệ Thông Tin hết lòng truyền đạt kiến thức quý báu cho suốt thời gian học Cao học vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Nguyễn Thị Hồng Minh tạo điều kiện, trực tiếp hƣớng dẫn, động viên giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cán viên chức trƣờng Dự bị đại học dân tộc Nội trú Sầm Sơn tạo điều kiện cho thân học viên lớp cao học CNTT K8B hoàn thành khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn học Viên lớp Cao học CNTTK8B động viên, chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức, tài liệu cho thân trình học tập thực đề tài luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” Phần ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu tổng quan đề tài Chiếu sáng ảnh trình thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh Với việc thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh làm cho ảnh sáng sủa, lãng mạn ngƣợc lại làm cho ảnh trở nên tối tăm, ảm đạm Chiếu sáng ảnh chỉnh sửa đƣợc màu sắc ánh sáng, thêm vào nhiều kiểu ánh sáng cách đa dạng, thay đổi chất lƣợng bề mặt ảnh, thêm vào nhiều loại hiệu ứng ánh sáng bao quanh Mô hình ánh sáng sắc thái mô hình chiếu sáng ảnh đƣợc phát triển nhanh chóng phổ biến Việc sử dụng mô hình ánh sáng sắc thái nhằm tạo hình ảnh thực cách tái tạo lại vẻ bên bề mặt nhiều điều kiện sáng khác Từ thu đƣợc phản chiếu từ điểm bề mặt Các mô hình chiếu sánh ảnh phổ biến gồm có mô hình Phong shading Gouraud shading Phong shading dùng để tập hợp kỹ thuật đồ họa máy tính 3D Phong shading bao gồm mô hình phản chiếu ánh sáng từ bề mặt phƣơng pháp ƣớc tính màu sắc điểm ảnh dạng bình thƣờng bề mặt nội suy đa giác định dạng Mô hình phản chiếu “mô hình phản chiếu Phong – Phong refection model”, “Phong illumination” hay “Phong lighting” Cũng gọi “Phong shading” bóng điểm ảnh nơi mà tính toán ánh sáng gọi “shading - bóng” Phong refection mô hình thực nghiệm chiếu sáng cục Nó mô tả cách mà bề mặt phản xạ ánh sáng nhƣ kết hợp phản xạ khuếch tán bề mặt thô ráp với phản xạ phản chiếu cá bề mặt sáng bóng Nó dựa quan sát BUI TUONG PHONG là: bề mặt sáng bóng có điểm phản chiếu cƣờng độ nhỏ, bề mặt mờ đục có điểm phản chiếu lớn giảm từ từ Gouraud shading, phƣơng pháp đƣợc sử dụng đồ họa máy tính để mô hiệu ứng khác ánh sáng màu sắc bề mặt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” đối tƣợng Trong thực tế, Gouraud shading đƣợc sử dụng để đạt đƣợc ánh sáng mịn bề mặt đa giác thấp (low polydon) mà yêu cầu nặng nề tính toán chiếu sáng cho điểm ảnh Gouraud công bố lần kỹ thuật vào năm 1971, sau phát minh Le Sapot Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh mẽ số loại hình nghệ thuật, văn hóa đòi hỏi có ảnh sống động rõ nét phản ảnh đủ thời kỳ, thời điểm định Để đáp ứng đƣợc yếu tố đòi hỏi ảnh phải đƣợc điều phối mầu sắc, ánh sáng,… cho phù hợp với yêu cầu thực tế Vì để hỗ trợ thêm cho việc tạo ảnh nhƣ mong muốn nhƣ nêu ta nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng ảnh Với việc thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh làm cho ảnh sáng sủa, lãng mạn hơn, rực rỡ ngƣợc lại làm cho ảnh trở nên tối tăm, ảm đạm Chính lý nêu định chọn đề tài “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” Bố cục luận văn  Phần mở đầu: Nêu lý chọn đề tài bố cục luận văn  Nội dung: CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH 1.1 Một số khái niệm xử lý ảnh 1.2 Ánh sáng chiếu sáng ảnh 1.2.1 Khái quát chiếu sáng ảnh 1.2.2 Một số ứng dụng chiếu sáng ảnh 1.2.3 Một số hình ảnh chiếu sáng Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ẢNH 2.1 Kỹ thuật Phong Shading 2.2 Kỹ thuật phản chiếu ngƣợc Phong Shading 2.3 Kỹ thuật Gouraud Shading Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” 2.4 Phép nội suy Phong 2.5 Tính bất biến màu sắc với RETINEX 2.6 So sánh kỹ thuật chiếu sáng: Phong Shading, phản chiếu ngƣợc Phong Shading, Gouraud Shading Chương 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán chiếu sáng ảnh 3.2 Chƣơng trình thử nghiệm 3.2.1 Các khối Modul chƣơng trình 3.2.2 Giao diện chƣơng trình Phần kết luận: Tóm tắt kết đạt đƣợc, hƣớng phát triển tiếp  Tài liệu tham khảo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” Phần NỘI DUNG Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH 1.1 Một số khái niệm xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh Xử lý ảnh (Image Proceessing) lĩnh vực có quan hệ mật thiết với nhận thức ảnh ngƣời Hay nói cách khác “thị giác máy” dựa phép xử lý ảnh phân tích máy Trong thực tế, hai lĩnh vực “xử lý ảnh số” “ thị giác máy” có liên kết chặt chẽ với Tuy nhiên, hai lĩnh vực hoàn thiện đến mức chúng cho phép giải vấn đề cách riêng rẽ, độc lập 1.1.2 Quá trình thu nhận ảnh, biểu diễn ảnh lƣu trữ ảnh 1.1.2.1 Quá trình thu nhận ảnh Ảnh tồn thực tế ảnh liên tục không gian giá trị độ sáng Ảnh đƣợc thu nhận qua Camera, từ vệ tinh nhân tạo qua cảm biến Sensor hay qua máy Scanner Để xử lý ảnh máy tính cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh Số hóa trình rời rạc hóa không gian lƣợng tử hóa thành phần giá trị Quá trình rời rạc hóa không gian trình thu nhận điểm rời rạc từ ảnh liên tục Quá trình việc tìm cách biểu diễn ảnh lớn có vô số điểm, thành ảnh có hữu hạn điểm, mà không làm hay thay đổi tính chất ảnh, để việc lƣu trữ xử lý đƣợc dễ dàng Quá trình lƣợng tử hóa giá trị trình rời rạc hóa mặt giá trị để đơn giản hóa việc tính toán đƣa vào máy tính để xử lý Tùy theo loại ảnh, độ xác yêu cầu khả xử lý máy tính mà ta có mức lƣợng tử thích hợp 1.1.2.2 Biểu diễn ảnh Trong biểu diễn ảnh, có hai khái niệm thƣờng dùng pixel(phần tử ảnh) grey level(mức xám) * Phần tử ảnh (Pixel) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng ảnh ứng dụng” Với tính chất ảnh đƣợc thu nhận nhƣ ảnh đƣợc biểu diễn tín hiệu tƣơng tự tín hiệu số Trong biểu diễn số ảnh đa cấp xám, ảnh thƣờng đƣợc biểu diễn ma trận hai chiều Mỗi phần tử ma trận biểu diễn cho mức xám hay cƣờng độ ảnh vị trí Mỗi phần tử nhƣ ma trận đƣợc gọi phần tử ảnh, thông thƣờng kí hiệu PEL(Picture Element) điểm ảnh(Pixel) Mỗi Pixel gồm cặp tọa độ x,y màu Cặp tọa độ x,y tạo nên độ phân giải ảnh( Resolution) Một ảnh tập hợp điểm ảnh Khi đƣợc số hóa, thƣờng đƣợc biểu diễn bảng hai chiều I(n,p): n dòng p cột Ta nói ảnh gồm (n  p) pixels * Mức xám(Gray level) Mức xám kết mã hóa tƣơng ứng cƣờng độ sáng điểm ảnh với giá trị số- kết trình lƣợng hóa Pixel hay 1.2 Ánh sáng chiếu sáng ảnh PEL Độ sáng trung bình hình chữ nhật = giá trị điểm ảnh Hình 1.1.2.2: a - Biểu diễn mức xám ảnh số Trong hình 1, lƣới chia ô vuông tƣởng tƣợng đƣợc đặt lên ảnh Độ lớn ô vuông lƣới xác định kích thƣớc điểm ảnh Mức xám điểm đƣợc tính cƣờng độ sáng trung bình ô vuông Mắt lƣới nhỏ cho chất lƣợng ảnh cao - Với ảnh đen trắng: Nếu dùng bit(1 byte) để biểu diễn mức xám, số mức xám biểu diễn đƣợc 28 hay 256 Mỗi mức xám đƣợc biểu diễn dƣới dạng số nguyên nằm khoảng từ đến 255, với mức biểu diễn cho mức cƣờng độ đen 255 biểu diễn cho mức cƣờng độ sáng - Với ảnh màu: Cách biểu diễn tƣơng tự nhƣ với ảnh đen trắng, khác số phần tử ma trận biểu diễn cho ba màu riêng rẽ, bao gồm: Đỏ(Red), Lục(Green) Lơ(Blue) Để biểu diễn cho điểm ảnh màu cần 24 bit, 24 bit đƣợc chia thành ba khoảng bit Mỗi khoảng biểu diễn cho cƣờng độ sáng màu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... sỹ: Chiếu sáng ảnh ứng dụng Phần ĐẶT VẤN ĐỀ Giới thiệu tổng quan đề tài Chiếu sáng ảnh trình thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh Với việc thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh làm cho ảnh sáng. .. xử lý ảnh 1.2 Ánh sáng chiếu sáng ảnh 1.2.1 Khái quát chiếu sáng ảnh 1.2.2 Một số ứng dụng chiếu sáng ảnh 1.2.3 Một số hình ảnh chiếu sáng Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ẢNH 2.1 Kỹ thuật... Ánh sáng chiếu sáng ảnh 16 1.2.1 Khái quát chiếu sáng ảnh 16 1.2.2 Một số ứng dụng chiếu sáng ảnh 16 1.2.3 Một số hình ảnh chiếu sáng 17 Chƣơng 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU