Nhập môn xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, nhất là trên qui mô công nghiệp, song trong xử lý ảnh đã bắt đầu xuất hiện những máy tính chuyên dụng. Để có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trước hết chúng ta sẽ xem xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh.

Trang 1

BỘ MÔN KHOA HỌC MÁY TÍNH

NHẬP MÔN XỬ LÝ ẢNH

Chương 7:

Các phương pháp thay đổi kích

thước ảnh Biên soạn: Dr Ngo Huu Phuc

Trang 2

Các phương pháp thay đổi kích thước ảnh

Có 3 phương pháp thay đổi kích thước ảnh

Trang 3

Mở rộng ảnh thông qua nắn pixel

Xuất phát từ ảnh trắng có kích thước phóng lên 4 lần so với ảnh gốc Copy các pixel thứ 4 của các hàng thứ 4 sang ảnh mới.

Copy các pixel thứ 4 của các hàng thứ 4 sang ảnh mới.

Trang 4

Minh họa chi tiết cho quá trình copy pixel.

Trang 5

Với mỗi giá trị pixel trên ảnh gốc, lặp lại quá trình trên 15 lần để tạo vùng mới, (“pixel” lớn

Trang 6

Giảm kích thước ảnh thông qua nắn pixel

Ví dụ: giảm kích thước anhr4 lần so với ảnh gốc.

Chia ảnh gốc theo n: lấy các pixel thứ n trên các hàng thứ n.

Trang 7

Trang 8

Giữ lại các pixel

Trang 9

Trang 10

Copy các điểm quan

Trang 11

Trang 12

Phương pháp láng giềng gần nhất là

sự tổng hợp của 2 phương pháp tăng

và giảm kích thước ảnh.

Phương pháp này có thể áp dụng cho

việc thay đổi kích thước ảnh với nhân

tố thập phân p/q, với p và q là số

nguyên.

Phương pháp các láng giềng gần nhất

(Nearest Neighbor)

Trang 13

Phóng to vùng quan tâm

Trang 14

Phóng to vùng

Tỷ lệ 3/7

Trang 15

Tỷ lệ 3/7

Trang 16

Các khối mầu vàng: 3 pixel

Tỷ lệ 3/7

Trang 17

Tỷ lệ 3/7

Trang 18

và không quan

Tỷ lệ 3/7

Trang 19

Tỷ lệ 3/7

Copy các pixel

Trang 20

Tỷ lệ 3/7

Copy sang ảnh mới

Trang 21

Tỷ lệ 3/7

Trang 22

3/7 resize

Trang 23

Tỷ lệ 3/7

Copy sang ảnh

Trang 24

Tỷ lệ 3/7

Trang 25

Trang 28

Tỷ lệ 7/3

Trang 29

Tỷ lệ 7/3

Chi tiết

Mỗi khối 3x3 trên ảnh gốc …

Mỗi khối 3x3 trên

… được kéo thành khối 7x7

Ảnh gốc

Trang 31

Các pixel rỗng được thay

Trang 34

( r , c ) = ( S ⋅ r , S ⋅ c )

Giá trị nguyên để xác định vị trí pixel (r′, c′ ) , trong ảnh I

1

C c

R r

, / 1

, if

, /

R R

C C

C

Sc

if , / 1

, if

, /

Với mỗi pixel (r, c) trong J , tương ứng

với pixel đầu vào tại, (rf, cf ) , trong I:

, , ,

1

C c

R r



=

Trang 36

Pixel đầu vào

Vị trí lấy mẫu, tại trung tâm

Trang 38

Xác định vị trí các pixel được lấy ở ảnh kết quả.

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Trang 42

( ) 1 , 1OUT ↔ ( ) 1 , 1 IN

C R

R

, 1

, 1 2

R

R n

(3,3)IN

Nếu ảnh kết quả nhỏ hơn ảnh đầu vào, R < R’ và C < C’

Đường nằm giữa

Trang 43

(3,3)IN(2,2)OUT

(2,2)OUT nằm giữa 2 điểm (2,2)IN và (3,3)IN vì

R

, 1

, 1 2

R

R n

Trang 44

( ) ↔ ( ) +   ( − ) ( ′ − ) C ′  

C C

R

R R

IN IN

OUT

C R C

và 1 có

′

= α R C β C α β

R but

R

R R

R

α

α α α

α ρ

2

, χC = C ′ −

(R’,C’)IN(R’-1,C’-1)IN

Nếu ảnh đầu vào nhỏ hơn ảnh gốc, R < R’ và C < C’

Tương tự

nằm giữa

Trang 45

Mở rộng ảnh: nắn ảnh so với nội suy

Pixel replication Bilinear interpolation tạo ra pixel

có giá trị trung bình so với ảnh gốc.

Bilinear interpolation tạo ra pixel

có giá trị trung bình so với ảnh gốc.

Trang 46

Nắn pixel

Minh họa quá trình nắn pixel

Vị trí mầu đỏ đánh dấu giá trị pixel gốc.

Trang 47

Nội suy 2D (Bilinear Interpolation)

Vị trí mầu đỏ đánh dấu giá trị pixel gốc.

Trang 48

Lấy mẫu thông qua Bilinear Interpolation

Nhân tố sử dụng

là 2.

Nhân tố sử dụng

là 2.

Trang 50

treat gray levels as

heights above the

image plane

treat gray levels as

heights above the

image plane

center = weighted average of four corners

Trang 51

treat gray levels

as heights above

the image plane

treat gray levels

as heights above

the image plane

center = weighted average of four

corners

center = weighted average of four

corners

Trang 52

new row and

column sample

values lie on the

lines connecting

the old values

new row and

column sample

values lie on the

lines connecting

the old values

Trang 53

Kết quả

Trang 55

Ảnh gốc

Ví dụ sử dụng Bilinear Interpolation

Trang 56

Minh họa ….

Ví dụ sử dụng Bilinear Interpolation

Trang 58

Lấy các pixel thứ 4 trên các

Trang 60

Bilinear

Interpolation

4x replication with the original pixels overlaid.

4x replication with the

original pixels overlaid.

hàng thứ 4 đưa vào ảnh rỗng

Trang 61

Bilinear

Interpolation

Each pink dot is a

Lặp lại 15 lần cho các pixel

khác

Trang 62

Bilinear

Interpolation

khác nhưng với giá trị trung

bình

Trang 63

Bilinear

Interpolation

bình

Intermediate values filled in Red

Trang 64

Bilinear

Interpolation

Kết quả:

So sánh với kết quả của slide

sau cho quá trình phóng ảnh.

So sánh với kết quả của slide

sau cho quá trình phóng ảnh.

Trang 65

So sánh với slide trước

Pixel

Replication

Kết quả:

Trang 66

Ảnh kết quả có đánh dấu vị trí được giữ từ ảnh gốc

Bilinear

Interpolation

So sánh với slide sau

Trang 67

Pixel

Replication

Ảnh kết quả có đánh dấu vị trí được giữ từ ảnh gốc

So sánh với kết quả trước

Trang 68

Pixel replication Bilinear interpolation

Pixel Replication và Bilinear Interpolation

Trang 69

Pixel replication Bilinear interpolation

Pixel Replication và Bilinear Interpolation

Trang 70

Lấy mẫu trong Bilinear Interpolation

Trang 71

Với mỗi khối 7x7

chọn lấy khối 3x3

Trang 72

Trang 73

Các ô mầu vàng được lấy cho pp Nearest neighbor

Các ô mầu đỏ được lấy cho pp Bilinear interpolation.

Trang 74

Các ô mầu vàng được lấy cho pp Nearest neighbor

Các ô mầu đỏ được lấy cho pp Bilinear interpolation.

Trang 75

Chú ý, vị trí lấy lấp lên nhiều pixel.

Trang 76

Trang 77

Ví dụ: chi tiết một

vùng được chọn.

Ví dụ: chi tiết một

vùng được chọn.

Trang 78

Trang 79

Trang 80

Vùng mầu xanh xác định vị trí của pixel kết quả.

Trang 81

Vùng mầu xanh xác định vị trí của pixel kết

Trang 82

Trang 83

Trang 84

Vị trí và mầu sắc của pixel mới Vị trí của pixel mới

Trang 85

Trang 86

Trang 87

Trang 88

Trang 89

c r

I

c r

c r I c

r J

′

′ + ′ + ′ ⋅ ⋅ − + ′ ′ ⋅ − ⋅ −

=

1 1 ,

1 ,

1

1 1

, ,

and / Let sR = R ′ R sC = C ′ C

  and  

Let r ′ = rf c ′ = cf

and Let ∆ r = rf − r ′ ∆ c = cf − c ′

, , 1 for

and

, , 1 for

Let

C c

s c c

R r

s r r

C f

R f

Trang 90

if , / 1

,

if , /

R R

if , / 1

,

if , /

C C

(r′, c′ ) là vị trí thực (chuyển sang kiểu

nguyên) đối với kết quả.

1 ,

1

1 1

, ,

c r c

r I

c r

c r I

c r

I

c r

c r I c r J

′ +

⋅

−

⋅ +

′

′ +

−

⋅

′ +

Trang 91

Bilinear Interpolation

1:1 5:7

Trang 92

Ví dụ về Bilinear Interpolation với tỷ lệ 5/7.

Trang 93

Lấy mẫu thông qua Bicubic Interpolation

Phương pháp Bilinear interpolation tính giá trị

của J(r,c) thông qua giá trị của các pixel I(r´,c

´), I(r´+1,c´), I(r´+1,c´+1), và I(r´,c´+1)

Phương pháp Bicubic interpolation không chỉ

sử dụng 4 pixel đầu vào, còn sử dụng thêm giá

trị đạo hàm riêng của chúng.

Khi đó, giá trị đạo hàm được tính trên 8 láng giềng của 4 pixel, như vậy cần 4x4 láng

, I

, ,

I

, ,

′

+

′ +

′

+

′ +

′

i j r

c r c

j c

i r

j c

i r

j c

i r

Trang 94

c r

c r c

r

c r

′

−

′ +

, 1 I

, I

, I ,

1 I

,

@ diff backward

and diff

forward of

avg.

,

I

2 1

( ) ( ) ( ) r c

c r

c r c r

, I

Trang 95

Trang 96

Trang 97

Trang 98

Trang 99

Trang 100

′ +

′

= ∑ ∑

− −

2 1

, ,

Trang 102

Tỷ lệ 3/7

Ảnh gốc

Trang 103

Tỷ lệ 3/7

Trang 104

Tỷ lệ 3/7

Trang 105

Tỷ lệ 3/7

Trang 106

Cần giảm với tỷ lệ 3/7

original

Trang 107

Phóng ảnh

nearest neighbor

7/3

Trang 108

Phóng ảnh

bilinear 7/3

Trang 109

Phóng ảnh

bicubic 7/3

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	18,88 MB