Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh

Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH 1.1 Tổng quan xử lý ảnh 1.1.1 Giới thiệu chung xử lý ảnh 1.1.2 Ảnh biểu diễn ảnh 1.1.3 Ảnh xám 10 1.1.4 Biến đổi ảnh 12 1.2 Ghép ảnh ảnh Panorama 13 1.2.1 Kỹ thuật ghép ảnh 13 1.2.2 Ảnh panorama 19 Chương 2: GHÉP ẢNH DỰA TRÊN KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC 26 2.1 Một số vấn đề toán 26 2.1.1 Xác định cặp điểm đặc trưng 26 2.1.2 Xác định ảnh cần nắn chỉnh 26 2.2 Nắn chỉnh hình dạng ảnh 27 2.2.1 Sơ đồ thuật toán ghép ảnh dựa nắn chỉnh hình học 27 2.2.2 Xây dựng thuật toán nắn chỉnh dựa vào cặp điểm đặc trưng 27 2.2.3 Biến đổi hình dạng ảnh dựa hàm biến đổi hàm f 29 2.3 Ghép ảnh sau năn chỉnh 30 Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 32 3.1 Giới thiệu chương trình 32 3.2 Các chức chương trình 32 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC 41 Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Việt Nam bước vào hội nhập với kinh tế giới, điều đặt là: Làm để quảng bá hình ảnh Việt Nam nhiều với bạn bè quốc tế? Làm để hình ảnh đất mẹ phải sống động, mẻ, quyến rũ không lặp lại cảm xúc đơn điệu? Từ lâu nhiếp ảnh gia dành trọn tìm tịi đam mê để vượt qua câu hỏi với mong muốn góp phần vào việc "tiếp thị" hình ảnh Việt Nam Tất họ mong muốn thơng qua ảnh người xem làm chuyến “du lịch ảo” từ Bắc chí Nam qua danh lam thắng cảnh tiếng Văn Miếu (Hà Nội), Sầm Sơn (Thanh Hóa), Cửa Lị (Nghệ An), Mỹ Sơn (Quảng Nam), lăng Khải Định (Huế), hồ Xuân Hương (Đà Lạt), TP.HCM Điều thực mẻ thú vị thắng cảnh giới thiệu hình ảnh đơn chiều mà giới thiệu khơng gian “giả” đa chiều thật sống động khiến người xem có cảm giác khơng khác đứng trước cảnh thật Tuy nhiên để có ảnh thật đơn giản Khi chụp ảnh, độ rộng ống kính khơng đủ để tạo nên ảnh đó, ghép ảnh để tạo nên ảnh đẹp phương pháp hay Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Hình Ảnh ghép từ 14 khác Ghép ảnh cịn có nhiều ứng dụng thực tế ngành kiến trúc, xây dựng đồ địa lý v.v Song việc ghép thành phần đối tượng lại với để thu ảnh tương ứng hồn thiện cơng việc khó khăn nhiều phải làm thủ cơng, mặt khác ảnh thu nhận để ghép thường bị lệch hay biến dạng khoảng Yêu cầu đặt cần xác định khoảng sai lệch thông tin phần ảnh định ghép, sau hiệu chỉnh độ sai lệch cuối ghép chúng lại Nghiên cứu kỹ thuật ghép ảnh mở cho hướng phát triển tương lai xây dựng kỹ thuật giả lập 3D Xuất phát từ vấn đề này, đồ án em “Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh ‟‟ Đồ án em gồm phần sau : Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH Chương trình bày tổng quan môn xử lý ảnh, phương pháp ghép ảnh số nội dung ảnh panorama Chương 2: GHÉP ẢNH DỰA TRÊN KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC Chương giới thiệu thuật tốn ghép ảnh dựa kỹ thuật nắn chỉnh hình học với tập điểm đặc trưng đầu vào Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH 1.1 Khái quát xử lý ảnh 1.1.1 Giới thiệu chung xử lý ảnh Xử lý ảnh môn khoa học tương đối mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, quy mơ cơng nghiệp, mảng quan trọng kỹ thuật thị giác máy tính, tiền đề cho nhiều nghiên cứu thuộc lĩnh vực Hai nhiệm vụ trình xử lý ảnh nâng cao chất lượng thơng tin hình ảnh xử lý số liệu cung cấp cho q trình khác có việc ứng dụng thị giác vào điều khiển Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu nhiều quốc gia từ năm 1920 đến xử lý ảnh góp phần thúc đẩy tiến lĩnh vực lớn mạnh không ngừng [GS TS Nguyễn Kim Sách] Quá trình xử lý ảnh việc thu nhận ảnh nguồn (từ thiết bị thu nhận ảnh dạng số tương tự) gửi đến máy tính Ảnh thu nhận qua camera Thường ảnh thu nhận qua camera tín hiệu tương tự (loại camera ống kiểu CCIR), tín hiệu số hóa (loại CCD – Charge Coupled Device) Ảnh thu nhận từ vệ tinh qua cảm ứng (sensor), hay ảnh, tranh quét scanner Tiếp theo q trình số hóa Q trình số hóa (Digitalizer) để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) số hóa lượng hóa, trước chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lưu trữ lại Q trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ Trước hết công việc tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Do nguyên nhân khác nhau: chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, nguồn sáng hay nhiễu, ảnh bị suy biến Do cần phải tăng cường khôi phục lại ảnh để làm bật số đặc tính ảnh, hay làm cho ảnh gần giống Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh với trạng thái gốc – trạng thái trước ảnh bị biến dạng Giai đoạn phát đặc tính biên, phân vùng ảnh, trích chọn đặc tính, v.v… Cuối cùng, tùy theo mục đích ứng dụng, giai đoạn nhận dạng, phân lớp hay định khác Các giai đoạn q trình xử lý ảnh mơ tả hình 1.1 Lưu trữ CAMERA Thu nhận ảnh Số hóa Phân tích ảnh Nhận dạng SENSOR Hệ Q Định Lưu trữ Hình 1.1 Các giai đoạn xử lý ảnh Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Với giai đoạn trên, hệ thống xử lý ảnh (cấu trúc phần cứng theo chức năng) bao gồm thành phần tối thiểu hình 1.2 Màn hình đồ họa Camera Bộ nhớ ngồi Màn hình Bộ xử lý tương tự Bộ nhớ ảnh Bộ xử lý ảnh số Máy chủ Bàn phím Máy in Hình 1.2 Cấu trúc phần cứng theo chức hệ thống xử lý ảnh Đối với hệ thống xử lý ảnh thu nhận qua camera – camera mắt hệ thống Có loại camera: camera ống loại CCIR camera CCD Loại camera ứng với chuẩn CCIR quét ảnh với tần số 1/25 ảnh gồm có 625 dịng Loại CCD gồm photo điốt làm tương ứng cường độ sáng điểm ảnh ứng với phần tử ảnh (pixel) Như vậy, ảnh tập hợp điểm ảnh Số pixel tạo nên ảnh gọi độ phân giải (resolution) Bộ xử lý tương tự(analog processor) thực chức sau: - Chọn camera thích hợp hệ thống có nhiều camera - Chọn hình hiển thị tín hiệu Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Thu nhận tín hiệu video thu nhận số hóa (digitalizer) Thực lấy - mẫu mã hóa - Tiền xử lý ảnh thu nhận: Dùng kỹ thuật bảng tra(Look Up TableLUT) Bộ xử lý ảnh số gồm nhiều xử lý chuyên dụng như: xử lý lọc, trích chọn đường bao, nhị phân hóa ảnh Các xử lý làm việc với tốc độ 1/25 giây Máy chủ: đóng vai trị điều khiển thành phần miêu tả Bộ nhớ ngoài: Dữ liệu ảnh kiểu liệu khác, để chuyển giao cho q trình khác, cần lưu trữ Để có ước lượng, xét thí dụ sau: ảnh đen trắng cỡ 512 × 512 với 256 mức xám chiếm 256K bytes Với ảnh màu kích thước dung lượng tăng gấp lần 1.1.2 Ảnh biểu diễn ảnh Ảnh thực tế ảnh liên tục không gian giá trị độ sáng Để xử lý ảnh máy tính cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh Q trình số hóa biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thơng qua q trình lấy mẫu (rời rạc hóa khơng gian) lượng tử hóa thành phần giá trị mà nguyên tắc mắt thường phân biệt hai điểm liền kề Các điểm gọi pixel (Picture Element) hay phần tử ảnh điểm ảnh Ở cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến hệ thống đồ họa máy tính Để tránh nhầm lẫn ta gọi khái niệm pixel pixel thiết bị Khái niệm pixel thiết bị xém xét sau: ta quan sát hình (trong chế độ đồ họa), hình khơng liên tục mà gồm điểm nhỏ, gọi pixel Mỗi pixel gồm tập tọa độ (x, y) màu Như ảnh tập hợp điểm ảnh Khi số hóa thường biểu diễn mảng chiều I(n,p): n dòng p cột Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Về mặt tốn học xem ảnh hàm hai biến f(x,y) với x, y biến tọa độ Giá trị số điểm (x,y) tương ứng với giá trị xám độ sáng ảnh (x cột y hàng) Giá trị hàm ảnh f(x,y) hạn chế phạm vi số nguyên dương ≤ f(x,y) ≤ fmax Với ảnh đen trắng mức xám ảnh biểu diễn số sau: f k c( )SBW ( )d Trong SBW( ) đặc tính phổ cảm biến sử dụng k hệ số tỷ lệ xích Vì cảm nhận độ sáng có tầm quan trọng hàng đầu ảnh đen trắng nên SBW( ) chọn giống hiệu suất sáng tương đối Vì f biểu diễn cơng suất đơn vị diện tích, nên không âm hữu hạn 0≤ f ≤ fmax Trong fmax giá trị lớn mà f đạt Trong xử lý ảnh, f chia thang cho nằm phạm vi thuận lợi Thơng thường ảnh xám, giá trị fmax 255 ( 28=256) phần tử ảnh mã hóa byte Khi quan tâm đến ảnh màu ta mơ tả màu qua ba hàm số: thành phần màu đỏ qua R(x,y), thành phần màu lục qua G(x,y) thành phần màu lam qua B(x,y) Bộ ba giá trị R, G, B nhận từ: R k c( )S R ( )d G k c( )S G ( )d B ( )d B k c( )S Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Ở SR( ),SG( ) SB( ) theo thứ tự đặc tính phổ cảm biến (bộ lọc) đỏ, lục lam R, G, B khơng âm hữu hạn Ảnh biểu diễn theo hai mơ hình: mơ hình Vector mơ hình Raster Mơ hình Vector: Ngồi mục đích tiết kiệm khơng gian lưu trữ, dễ dàng hiển thị in ấn, ảnh biểu diễn theo mô hình vector cịn có ưu điểm cho phép dễ dàng lựa chọn, chép, di chuyển, tìm kiếm…Theo yêu cầu kỹ thuật biểu diễn vector tỏ ưu việt Trong mơ hình này, người ta sử dụng hướng vector điểm ảnh lân cận để mã hóa tái tạo lại hình ảnh ban đầu Các ảnh vector thu nhận trực tiếp từ thiết bị số hóa Digitalize chuyển đổi từ ảnh Raster thơng qua chương trình vector hóa Mơ hình Raster: mơ hình biểu diễn ảnh thông dụng Ảnh biểu diễn dạng ma trận điểm ảnh Tùy theo nhu cầu thực tế mà điểm ảnh biểu diễn hay nhiều bit Mơ hình Raster thuận lợi cho việc thu nhận, hiển thị in ấn Các ảnh sử dụng phạm vi đề tài ảnh biểu diễn theo mơ hình Raster Khi xử lý ảnh Raster quan tâm đến mối quan hệ vùng lân cận điểm ảnh Các điểm ảnh xếp hàng lưới (raster) hình vng, lưới hình lục giác theo cách hồn tồn ngẫu nhiên với ● ●○● ● ●●● .●○● .●●● láng giềng láng giềng Hình 1.3 Quan hệ vùng lân cận điểm ảnh Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh Cách xếp theo hình vng quan tâm đến nhiều có hai loại: điểm láng giềng (4 liền kề) láng giềng (8 liền kề) Với điểm láng giềng, điểm ảnh I(i, j) có điểm kế cận theo hướng i j; với điểm láng giềng, điểm ảnh I(i, j) có điểm kế cận theo hướng i, j điểm kế cận theo hướng chéo 45o (Hình 1.3) 1.1.3 Ảnh xám Ảnh xám ảnh có màu sắc độ xám Thực chất màu xám màu có thành phần R,G,B hệ thống màu RGB có cường độ Tương ứng với điểm ảnh có mức xám xác định Ảnh có nhiều mức xám gọi ảnh đa cấp xám, ảnh có hai mức xám gọi ảnh nhị phân Mức xám kết mã hóa tương ứng cường độ sáng điểm ảnh với giá trị số - kết q trình lượng tử hóa Cách mã hóa kinh điển thường dùng 16, 32 hay 64 mức Mã hóa 256 mức phổ dụng lý kỹ thuật Vì 28=256 (0 255) nên với 256 mức pixel mã hóa bit Lược đồ mức xám (Histogram) hay gọi lược đồ xám ảnh hàm cung cấp tần suất xuất mức xám (Grey level ) Lược đồ xám ảnh số có mức xám khoảng [0, L-1] hàm rời rạc p(rk)=nk /n Trong nk số pixel có mức xám thứ rk , n tổng số pixel ảnh k =1,2,3… ,L-1 Do p(rk) cho xấp xỉ xác suất xảy mức xám rk Vẽ hàm với tất giá trị k biểu diễn khái quát xuất mức xám ảnh Chúng ta thể lược đồ mức xám ảnh thông qua tần suất xuất mức xám qua hệ tọa độ vng góc Oxy Trong đó, trục hoành biểu diễn số mức xám từ đến N (số bit ảnh xám) Trục tung biểu diễn số pixel mức xám Theo định nghĩa lược đồ xám, việc xây dựng đơn giản Thuật tốn xây dựng lược đồ xám mô tả sau: 10 Một số nội dung ảnh panorama kỹ thuật ghép ảnh int h1=anh1->getHeight(); int w2=anh2->getWidth(); int h2=anh2->getHeight(); int maxh=Max(h1,h2); int w=w1+w2+10-Right2.x+Right.x; int h=maxh+abs(dl); if(anh1->getBitsPerPixel()!=anh2->getBitsPerPixel()) return NULL; SCALE *color; color=Hesomau(anh1,anh2); SCALE *color1=new SCALE; SCALE *color2=new SCALE; color1=CalculatePer(scale,color,true); color2=CalculatePer(scale,color,false); anh1=HieuChinhMauOp(anh1,color2,true); anh2=HieuChinhMauOp(anh2,color1,false); fipWinImage *hDIB=new fipWinImage(FIT_BITMAP,w,h,anh1>getBitsPerPixel()); BYTE *pLine=hDIB->accessPixels(); BYTE *pLine1=anh1->accessPixels(); BYTE *pLine2=anh2->accessPixels(); if(dl