GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH

* P(X,Y) GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH 1.1 Biểu diễn ảnh số Đối với ảnh đơn giản (ảnh đen trắng) thì ảnh được biểu diễn bằng một hàm cường độ sáng hai chiều , ( ) X Y f , trong đó ,X Y là các giá trị toạ độ không gian và hàm giá trị của f tại một điểm ( , )X Y bất kỳ sẽ tỷ lệ với độ sáng hay mức xám của điểm ảnh tại điểm này. [2,4] Hình 1: Biểu diễn ảnh bằng hàm ,( )X Yf Trong mộ số trường hợp hàm ảnh còn được biểu diễn với một trục thứ 3 gọi là hàm cường độ sáng (với hình 1.1, trục thứ 3 bằng 0). Một ảnh số là một ảnh ,( )X Yf được gián đoạn theo không gian và cường độ sáng. Một ảnh số được xem như một ma trận với hàng và cột biểu diễn một điểm trong ảnh và giá trị điểm ma trận tương ứng với mức xám tại điểm đó. Các phần tử của một dãy số như thế được gọi là các điểm ảnh. Ánh sáng có dạng năng lượng ,( )X Yf phải khác 0 và hữu hạn: , 0 ( ) (1.1) X Y f< < ∞ Con người có khả năng nhận các hình ảnh từ ánh sáng phản xạ qua các vật thể. Cơ sở của , ( ) X Y f được đặc trưng qua hai thành phần: Số lượng ánh sáng nguồn rơi trên cảnh vật được nhìn thấy. Số lượng ánh sáng nguồn phản xạ từ vật thể ( trong cảnh vật). Chúng được gọi gần đúng là sự phát sáng và các thành phần phản xạ, và được biểu diễn tương ứng là , ( ) X Y i và , ( ) X Y r . Bản chất của , ( ) X Y i được xác định bằng nguồn sáng và của ,( )X Yr được xác định bằng các đặc trưng của vật thể. Hàm ,( )X Yi và , ( ) X Y r kết hợp với nhau để cho hàm , ( ) X Y f Với: , , , , , ( ) ( ) ( ) (1.2) ( 0 ( ) 0 ( ) 1) X Y X Y X Y X Y X Y f i r i r = < < ∞ < < Ở đây ta gọi cường độ sáng của một ảnh đen trắng tại tọa độ , ( ) X Y là mức xám ( )l của ảnh tại điểm đó. Từ (1.2), (1.3), (1.4) , l nằm trong khoảng: min max (1.3)L l L≤ ≤ Trong lý thuyết, chỉ cần min 0L > và max L hữu hạn. Trong thực tế: min min min max max max (1.4)L i r L i r = = Sử dụng các giá trị chiếu sáng và phản xạ đã được tổng kết qua thực nghiệm hoặc xem là các giá trị cơ bản min max 0.005, 100L L ≈ ≈ cho xử lý ảnh. Khoảng [ ] min max ,L L được gọi là thang xám. Ta có thể dịch khoảng này đến [ ] 0, L , trong đó 0l = là đen và l L= là trắng trong thang xám. Giá trị tức thời là các dạng mức xám thay đổi liên tục từ đen đến trắng. 1.2 Một số khái niệm cơ sở trong xử lý ảnh  Để có thể xử lý bằng máy tính điện tử thì ảnh cần phải được số hóa. Đó là quá trình biến đổi ảnh từ tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua việc lấy mẫu và lượng tử hóa. Trong quá trình này người ta sử dụng khái niệm “pixel”. Mỗi pixel được đặc trưng bởi một cặp tọa độ , ( ) X Y và màu sắc của nó.[4]  Ảnh: Là một tập hợp các pixel có cấu trúc, ta có thể coi ảnh là một mảng hai chiều ( , )n p I có n dòng và p cột, ảnh sẽ có n p× (pixel). Ta ký hiệu ( , )X Y I để chỉ điểm ảnh có toạ độ , ( ) X Y .[4]  Mức xám (Gray level): Đó là kết quả của việc mã hóa, cho tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số, có thể là 16, 32, 64 mức.  Biểu diễn ảnh: Trong biểu diễn ảnh người ta thường sử dụng các phần tử đặc trưng của ảnh là pixel. Một hàm hai biến chứa các thông tin như một biểu diễn ảnh. Một số mô hình thường dùng để biểu diễn ảnh là mô hình toán (biểu diễn ảnh nhờ các hàm cơ sở), mô hình thống kê (ảnh coi như một phần tử của một tập hợp đặc trưng bởi kỳ vọng toán, hiệp biến, phương sai, moment…).[4]  Tăng cường ảnh: Đây là một bước quan trọng bao gồm các kỹ thuật lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu….  Biến đổi ảnh: Thao tác chủ yếu trên một tập các ma trận và sử dụng các kỹ thuật để biến đổi ảnh qua ma trận: Biến đổi Furie, Sin, Cosin, tích Kronecker.  Phân tích ảnh: Liên quan tới việc xác định các độ đo định lượng của một ảnh để đưa ra một mô tả đầy đủ về ảnh. Có những kỹ thuật cơ bản để hỗ trợ phân tích ảnh: Dò biên, lọc vi phân, dò theo quy hoạch động, phân vùng ảnh [4] Scanner,Camera Cơ sở tri thức Nhận dạng và nội suy Phân đoạn Tiền xử lý Biểu diễn Thu nhận ảnh Kết quả  Nhận dạng ảnh: Quá trình này liên quan đến các mô tả đối tượng mà người ta muốn đặc tả nó. Nhận dạng ảnh thường đi sau các quá trình trích chọn các đặc trưng chủ yếu của đối tượng.[1,4] 1.3 Các giai đoạn trong xử lý ảnh Bài toán xử lý ảnh bao gồm các giai đoạn tổng quát như sau [1,2,4] Hình 2: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số Bước đầu tiên là thu nhận ảnh, thu ảnh số bằng bộ cảm biến ảnh với khả năng số hóa tín hiệu của bộ cảm biến. Sau khi nhận được một ảnh số, bước tiếp theo là tiền xử lý ảnh. Mục đích chủ yếu của giai đoạn tiền xử lý ảnh là nâng cao khả năng để các quá trình tiếp theo đạt kết quả tốt, như các quá trình khử nhiễu, tăng độ tương phản…. Bước tiếp theo là phân đoạn: Phân đoạn ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các phần hoặc các vật thể. Máy in Bộ xử lý ảnh số Bộ nhớ ảnh Màn hình Bàn phím Máy chủ Bộ xử lý tương tự Màn hình đồ họa Camera Bộ nhớ ngoài Đầu ra của quá trình phân đoạn ảnh thường là số liệu pixel chưa lọc, bao gồm cả các liên kết của vùng hoặc tất cả các điểm ảnh trong vùng đó. Cuối cùng, ảnh sẽ được phân lớp, nhận dạng cho các mục đích khác nhau. Tri thức về phạm vi vật thể được mã hóa thành một hệ thống xử lý trong ảnh dưới dạng cơ sở dữ liệu kiến thức. Để xử lý các quá trình trên thì cần một hệ thống xử lý ảnh bao gồm một số thành phần cơ bản sau đây:[4] Hình 3: Các thành phần cơ bản của một hệ xử lý ảnh  Bộ xử lý tương tự thực hiện các chức năng: - Chọn Camera thích hợp nếu có nhiều Camera - Chọn màn hình hiển thị tín hiệu - Thu nhận tín hiệu video bởi bộ số hóa. Thực hiện lấy mẫu và mã hóa - Tiền xử lý ảnh khi thu nhận  Bộ xử lý ảnh số bao gồm nhiều bộ xử lý chuyên dụng: Xử lý lọc, trích chọn đặc trưng, nhị phân hóa ảnh.  Máy chủ đóng vai trò điều khiển các thành phần khác.  Bộ nhớ ngoài: Lưu trữ dữ liệu ảnh cũng như các kiểu dữ liệu khác để có thể chuyển giao cho các quá trình có nhu cầu. . mã hóa - Tiền xử lý ảnh khi thu nhận  Bộ xử lý ảnh số bao gồm nhiều bộ xử lý chuyên dụng: Xử lý lọc, trích chọn đặc trưng, nhị phân hóa ảnh.  Máy chủ. trong xử lý ảnh Bài toán xử lý ảnh bao gồm các giai đoạn tổng quát như sau [1,2,4] Hình 2: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số Bước đầu tiên là thu nhận ảnh,