TÌM HIỂU TỔNG QUAN về xử lý ẢNH số GRAYSCALE

TÌM HIỂU TỔNG QUAN về xử lý ẢNH số GRAYSCALE .............................. TÌM HIỂU TỔNG QUAN về xử lý ẢNH số GRAYSCALE .............................. TÌM HIỂU TỔNG QUAN về xử lý ẢNH số GRAYSCALE .............................. TÌM HIỂU TỔNG QUAN về xử lý ẢNH số GRAYSCALE ..............................

TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ GRAYSCALE MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ GRAYSCALE 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ẢNH TRONG XỬ LÝ ẢNH SỐ 1.2.1 Ảnh số .1 1.2.2 Điểm ảnh 1.2.3 Độ phân giải ảnh 1.2.4 Mức xám ảnh 1.2.5 Ảnh index 1.2.6 Ảnh grayscale 1.2.7 Ảnh nhị phân .3 1.2.8 Ảnh RGB 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI 1.4 CHỨC NĂNG CÁC KHỐI .5 1.4.1 Mở ảnh 1.4.2 Thêm nhiễu ảnh 1.4.3 Lọc nhiễu ảnh 1.4.4 Ảnh lọc nhiễu 1.4.5 Xử lý ảnh 1.4.6 Hiện ảnh sau xử lý 1.4.7 Lưu ảnh .6 CHƯƠNG LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 2.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 2.1.1 Nguyên lý hoạt động 2.2 TÌM HIỂU VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ .8 2.2.1 Xử lý ảnh 2.2.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh 2.3 THÊM NHIỄU .9 2.3.1 Nhiễu salt & peper 2.3.2 Nhiễu Gaussian 2.4 LỌC ẢNH 2.4.1 Lọc trung bình 2.4.2 Lọc trung vị .10 2.5 DỊ TÌM CẠNH GĨC 11 2.5.1 Lọc sobel 11 2.5.2 Lọc prewitt 12 2.5.3 Lọc robert 13 2.6 TĂNG CƯỜNG ẢNH 13 2.6.1 Histogram .14 2.6.2 Cân histogram 14 2.6.3 Làm mờ ảnh 15 2.6.4 Sắc nét ảnh 16 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 17 3.1 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 17 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .17 CHƯƠNG KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .21 4.1 KẾT LUẬN 21 4.1.1 Ưu điểm 21 4.1.2 Nhược điểm .21 4.1.3 Ứng dụng 21 4.1.4 Hướng phát triển .21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 PHỤ LỤC 23 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Ảnh index[1] Hình 1-2: Ảnh grayscale[1] .3 Hình 1-3: Ảnh nhị phân[1] Hình 1-4: Ảnh RGB[1] Hình 2-1: Biểu đồ histogram[1] 15 Hình 2-2: Ảnh sau cần xám[1] .16 Hình 2-3: Ảnh gốc 16 Hình 2-4: Ảnh làm mờ 16 Hình 3-1: Mơ hình xử lý ảnh 18 Hình 3-2: Ảnh gốc, ảnh nhiễu salt & pepper, lọc trung bình, cân xám 19 Hình 3-3: Ảnh gốc, nhiễu Gaussian, lọc trung vị,làm mờ 19 Hình 3-4: Ảnh lọc Robert 20 Hình 3-5: Ảnh lọc Sobel 20 Hình 3-6: Ảnh lọc Prewitt 20 Hình 3-7: Ảnh làm mờ………………………………………………………… 21 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Mặt nạ lọc theo X .12 Bảng 2-2: Mặt nạ lọc theo trục Y .12 Bảng 2-3: Mặt nạ lọc theo trục X .13 Bảng 2-4: Mặt nạ lọc theo trục Y .13 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RBG: Red Green Blue GIF: Graphics Interchange Format PNG: Portable Network Graphics JPEG: Joint Photographic Expects Group TIFF: Tagged Image Format File Trang 1/23 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ GRAYSCALE 1.1 Giới thiệu Sự đời xử lý ảnh ứng dụng cần thiết cho sống Xử lý ảnh có từ lâu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác dân sự, quận sự, y tế, viễn thông, kỹ thuật tự động, giao thông thông minh, kỹ thuật y sinh … Tuy nhiên, khoảng thập niên trở lại đây, kiến thức xử lý ảnh đưa vào giảng dạy vài trường đại học Việt Nam dành cho số ngành học định Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu ứng dụng nằm nâng cao chất lượng phương pháp phân tích nghiên cứu giai doạn thiết bị phần cứng bị hạn chế, chẳng hạn nâng cao độ sáng độ phân giải hình ảnh… Về sau xuất phát triển mạnh mẽ máy tính tạo diều kiện cho thuật toán xử lý ảnh Đặc biệt thiết bị ln có hình hiển thị lôn ưu tiên phần tài ngyên cho xư lý ảnh:máy tính xách tay, camera kĩ thuật số, điện thoại thông minh, tivi thông minh.Xử lý ảnh chia làm lĩnh vực là: tạo lập ảnh, biểu diễn, phân tích, quản lý 1.2 Khái niệm phân loại ảnh xử lý ảnh số 1.1.1 Ảnh số Là tập hợp nhiều điểm ảnh, hay gọi pixel Mỗi điểm ảnh biểu diễn màu định (hay độ sáng với ảnh trắng đen) điểm nhất, xem điểm ảnh chấm nhỏ ảnh màu Ảnh biểu diễn dạng hai chiều với pixel xác định cặp tọa độ (x,y) 1.1.2 Điểm ảnh Là phần ảnh số tọa độ(x,y) với độ xám màu định Kích thước khoảng cách điểm ảnh chọn thích hợp cho mắt người cảm nhận liên tục không gian mức xám (hoặc màu) ảnh số gần ảnh thật Mỗi phần tử ma trận gọi phần tử ảnh 1.1.3 Độ phân giải ảnh Xử Lý Ảnh Grayscale Trang 2/23 Độ phân giải ảnh mật độ điểm ảnh ấn định ảnh số hiển thị 1.1.4 Mức xám ảnh Là cường độ sáng gán giá trị số điểm Là kết biến đổi tương ứng giá trị độ sáng điểm ảnh với giá trị nguyên dương Thông thường xác định [0, 255] tuỳ thuộc vào giá trị mà điểm ảnh biểu diễn Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 1.1.5 Ảnh index Ảnh biểu diễn hai ma trận, ma trận liệu ảnh X ma trận màu (còn gọi đồ màu) map Ma trận liệu thuộc kiểu uint8, uint16 double Ma trận màu ma trận kich thước m x gồm thành phần thuộc kiểu double có giá trị khoảng [0 1] Mỗi hàng ma trận xác định thành phần red, green, blue màu tổng số m màu sử dụng ảnh Giá trị phần tử ma trận liệu ảnh cho biết màu điểm ảnh nằm hàng ma trận màu Hình 1-1: Ảnh index[1] 1.1.6 Ảnh grayscale Mỗi ảnh biểu diễn ma trận hai chiều, giá trị phần tử cho biết mức độ sáng (hay mức xám) điểm ảnh Ma trận kiểu uint8, uint16 double Ảnh biểu diễn theo kiểu gọi ảnh “trắng đen” Xử Lý Ảnh Grayscale Trang 3/23 Hình 2-2: Ảnh grayscale[1] 1.1.7 Ảnh nhị phân Ảnh biểu diễn ma trận hai chiều thuộc kiểu logical Mỗi điểm ảnh bit xác nhận hai trạng thái đóng mở hay giá trị (đen) (trắng) Do đặc trưng nên ảnh nhị phân sử dụng thực tế Hình 3-3: Ảnh nhị phân[1] 1.1.8 Ảnh RGB Còn gọi ảnh “truecolor” tính trung thực Ảnh biểu diễn ma trận ba chiều kích thước m x n x 3, với m x n kích thước ảnh theo pixels Ma trận định nghĩa thành phần màu R, G, B cho điểm ảnh, phần tử thuộc kiểu uint8, uint16 double Hình 4-4: Ảnh RGB[1] Xử Lý Ảnh Grayscale Trang 4/23 1.3 Sơ đồ khối Mở ảnh Thêm Lọc nhiễu nhiễu ảnh ảnh Ảnh lọc nhiễu Hiện Lưu ảnh ảnh sau xử lý Xử lý ảnh 1.4 Chức khối 1.1.9 Mở ảnh Chức năng: Sẽ đọc file ảnh có máy tính chuyển thành ma trận ảnh Matlab giúp hổ trợ nhiều định dạng đồ hoạ thông dụng chẳng hạn: BMP, GIF, JPEG, PNG, TIFF … 1.1.10 Thêm nhiễu ảnh Chức năng: Thêm loại nhiễu nhiễu trắng,nhiễu muối tiêu, nhiễu Gaussian, nhiễu Poison… vào ảnh sau nhập vào 1.1.11 Lọc nhiễu ảnh Chức năng: Loại bỏ tất loại nhiễu tác động lên ảnh thông qua hỗ trợ lọc nhiễu thường hay sử dụng lọc trung bình, lọc trung vị, lọc thơng Xử Lý Ảnh Grayscale Trang 7/23 Lưu ảnh Kết thúc 1.1.16 Nguyên lý hoạt động Sau khởi động chương trình xử lý ảnh, ta mở file ảnh máy tính để ảnh sau ta lựa chọn loại nhiều (salt & pepper, Gaussian) phù hợp để chèn nhiễu vào ảnh, ta lựa chọn lọc nhiễu (trung bình, trung vị) cho ảnh phù hợp để lọc ảnh Sau ảnh lọc xong ta tiến hành theo tác cân xám, sắc nét, làm mờ ảnh, đồng thời tiến hành thực dò tìm cạnh góc ảnh thơng qua lọc dò cạnh góc (Robert,sobel,prewitt) Cuối ta tiến hành lưu lại ảnh kết thúc chương trình 1.6 Tìm hiểu xử lý ảnh số 1.1.17 Xử lý ảnh Con người thu nhận thông tin qua giác quan, thị giác đóng vai trò quan trọng Những năm trở lại với phát triển phần cứng máy tính, xử lý ảnh đồ hoạ phát triển cách mạnh mẽ có nhiều ứng dụng sống Xử lý ảnh đồ hoạ đóng vai trò quan trọng tương tác người máy Quá trình xử lý ảnh xem trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho kết mong muốn Kết đầu trình xử lý ảnh ảnh tốt kết luận 1.1.18 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh Tiền Trích Hậu xử đoạn Xử lý đặc điểm lý Đối sánh rút kết luận Thu nhận ảnh(scanner,ca mera, Xử Lý Ảnh Grayscale Sensor) Hệ Lưu trữ định Trang 8/23 1.7 Thêm nhiễu 1.1.19 Nhiễu salt & peper Các điểm ảnh bị nhiễu nhận giá trị cực đại cực tiểu khoảng giá trị [0, 255] Với ảnh đa mức xám (gray scale), điểm ảnh có giá trị cực đại (tức cường độ sáng 255) tạo đốm trắng ảnh, trông giống hạt “muối” Và ngược lại điểm ảnh có giá trị cực tiểu (tức cường độ sáng 0) tạo đốm đen, giống “tiêu” Vậy nên gọi ảnh muối tiêu Cấu trúc lệnh: imnoise(biến ảnh,'salt & pepper',hệ số nhiễu); 1.1.20 Nhiễu Gaussian Chịu ảnh hưởng theo hàm Gaussian: Hàm phân bố: p(z) = Trong đó: z biểu diễn mức xám, giá trị trung bình cùa z, độ lệch tiêu chuẩn, phương sai z Trong đó: = = Cấu trúc lệnh: imnoise(biến ảnh,'gaussian',hệ số nhiễu); 1.8 Lọc ảnh 1.1.21 Lọc trung bình 1.1.1.1 Định nghĩa: Với lọc trung bình, điểm ảnh (Pixel) thay trung bình trọng số điểm vùng lân cận Tôi giả sử tơi có ma trận lọc (Kernel) (3x3) qt qua điểm ảnh ảnh đầu vào Isrc Tại vị trí điểm ảnh lấy giá trị điểm ảnh tương ứng vùng (3x3) ảnh gốc đặt vào ma trận lọc (Kernel) Giá trị điểm ảnh ảnh đầu Idst giá trị trung bình tất điểm ảnh ma trận lọc (Kernel) Xử Lý Ảnh Grayscale Trang 9/23 1.1.1.2 Thuật toán Tơi có một ảnh đầu vào với I(x,y) giá trị điểm ảnh điểm (x,y) ngưỡng θ Bước 1: Tính tổng thành phần ma trận lọc (Kernel) Bước 2: Chia lấy trung bình tổng thành phần ma trận tính với số lượng phần tử cửa sổ lọc giá trị Itb(x, y) Bước 3: Hiệu chỉnh: Nếu I(x,y) - Itb(x,y) > θ I(x,y) = Itb(x,y) Nếu I(x,y) - Itb(x,y) θ I(x,y) = Itb(x,y) -Nếu I(x,y) - Itb(x,y)