Bài giảng Xử lý ảnh: Chương 3 - Nguyễn Linh Giang

Bài giảng "Xử lý ảnh: Chương 3: Cảm nhận ảnh" cung cấp cho người học các kiến thức: Sóng điện từ, ánh sáng và các dạng ảnh, hệ thống thị giác, một số hiệu ứng thị giác, cảm nhận và biểu diễn màu sắc. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

XỬ LÝ ẢNH Nguyễn Linh Giang Bộ môn Truyền thông Mạng máy tính Nội dung † † † † † † † † † Nhập môn Hệ thống xử lý tín hiệu hai chiều Cảm nhận ảnh Số hóa ảnh Các phép biến đổi ảnh Cải thiện chất lượng ảnh Phục hồi ảnh Phân tích ảnh Nén ảnh Chương III Cảm nhận ảnh III Cảm nhận ảnh † 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † 3.2 Hệ thống thị giác † 3.3 Một số hiệu ứng thị giác † 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Các dạng ảnh „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ Ảnh hồng ngoại Ảnh cực tím Ảnh sóng vơ tuyến Ánh sáng nhìn thấy Sóng rada Ảnh Rơn-ghen Ảnh sóng âm Ảnh điện tử Ảnh quét positron Ảnh cộng hưởng từ 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Dải phổ sóng điện từ 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Ví dụ loại ảnh „ Ảnh theo độ chói ( cường độ sáng ) „ Ảnh màu „ Ảnh thiên văn 3.1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Biểu diễn ánh sáng qua phổ phân bố lượng theo bước sóng I(λ) 3.2 Hệ thống thị giác † Tầm quan trọng nghiên cứu hệ thống thị giác „ † Trong mã hóa ảnh: thơng tin không cảm nhận không cần thiết lưu trữ Cấu tạo sơ lược „ „ „ „ „ Cầu mắt Giác mạc Thủy tinh thể Dịch kính Võng mạc † † † † „ Tế bào que Tế bào nón Điểm vàng Điểm mù Cơ chế điều chỉnh thị giác 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Tiêu chuẩn trung bình bình phương „ Trung bình ( tổng ) bình phương sai phân độ rọi điểm sáng hai ảnh ( ε1 = E l − l ' M ) − mean square error N ε2 = MN ∑∑ l (m, n) − l ' (m, n) - average square error ε3 = MN ∑∑ E (l (m, n) − l ' (m, n) m =1 n =1 M N m =1 n =1 ) - average mean square error 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc „ Tỷ lệ tín hiệu – nhiễu (SNR) ( SNR = 10 log10 σ / σ s ( e ) PSNR = 10 log10 A / σ (Db) e ) „ A – đặc trưng cho giá trị đỉnh- đỉnh ( peak – to – peak value ) „ PSNR thường cao SNR khoảng 12 – 15 Db 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Màu sắc „ Cảm nhận màu sắc phụ thuộc vào phổ ánh sáng „ Màu phổ: ánh sáng nhìn thấy với dải phổ hẹp „ Ánh sáng với tất thành phần phổ nhìn thấy có lượng cảm nhận ánh sáng trắng 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Các thuộc tính mơ tả màu sắc „ Các màu phân biệt dựa theo thuộc tính: độ sáng, sắc độ, độ bão hịa màu „ Độ sáng: đặc trưng cho độ rọi cảm nhận „ Đặc trưng màu ( Chrominance ) † Sắc độ ( Hue ) „ Là thuộc tính liên quan tới bước sóng chủ yếu hỗn hợp bước sóng ánh sáng „ Đặc trưng cho màu sắc chủ đạo người quan sát cảm nhận † Độ bão hòa ( Saturation ) „ Đặc trưng cho độ khiết tương đối „ Phụ thuộc vào độ rộng phổ ánh sáng „ Thẻ lượng màu trắng trộn với sắc độ † Hue độ bão hòa gọi đặc trưng màu( chromaticity ) 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Biểu diễn màu màu „ Một màu tạo nên cách trộn màu „ dạng tế bào nón cảm nhận màu sắc † Đỏ, Lục, Lam † Cảm nhận màu mô tả đáp ứng phổ αi(C) † Các màu đượccảm nhận αi(C1) = αi(C2) 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Các màu bản: tế bào nón hấp thụ phổ Si(λ) có đỉnh bước sóng „ Màu đỏ (700 nm) † 65% tế bào nón nhạy cảm với ánh sáng đỏ ( 650nm) „ Xanh lục (550nm) † 33% tế bào nón nhạy cảm với ánh sáng lục „ Xanh lam (450nm) † 2% tế bào nón nhạy cảm với ánh sáng lam † Pha trộn màu R,G,B biểu diễn tất màu 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Đối sánh tái tạo màu sắc „ Hỗn hợp thành phần: C = Sumk(βkPk(λ)) „ Đối sánh với màu cho trước C1 † Tăng βk cho αi(C1) = αi(C), i = 1, 2, † Các giá trị ba kích thích:Tk(C) „ „ Tk(C) = βk/wk wk – định lượng thành phần thứ k để đối sánh với màu trắgn tham chiếu; † Độ màu ( chromaticity ) „ „ „ „ tk = Tk/( T1 + T2 + T3 ) t1 + t2 + t3 = Biểu đồ biểu diễn t1, t2 gọi biểu đồ màu ( chromaticity diagram ) Những giá trị âm có, khơng thể tạo từ màu 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Biểu đồ đặc trưng màu „ Các hệ số màu † X, Y, Z: giá trị kích thích màu, biểu diễn lượng màu Đỏ, Lục, Lam cần thiết để tạo nên mộtmàu X Y ,y= , X +Y + Z X +Y + Z Z z= X +Y + Z x= † Ta có, x + y + z = 1, x y tạo nên biểu đồ đặc trưng màu „ Biểu đồ đặc trưng màu CIE( Commision Internationale d’Eclairage ) † x: Đỏ, y: Lục † Màu vùng biên bão hịa hồn tồn † Độ bão hịa điểm có lượng zero 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Gam màu ( color gamut ) „ Bất kỳ điểm biểu đồ thuộc tính màu tạo tất màu tam giác „ Dạng hình cong biểu đồ cho thấy khơng có hỗn hợp màu tạo nên tất màu 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Các hệ biểu diễn màu „ Đỏ, Lục, Lam (RGB) „ Lục lam, Đỏ tươi, Vàng ( Cyan Magenta Yellow - CMY) „ Sắc độ, Bão hòa, Cường độ( Hue Saturation Intensity - HSI): gần với HVS „ Màu sắc = điểm giá trị màu không gian màu 3D 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † RGB CMY „ RGB: hình, video „ CMY: công nghệ in 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc „ R, G, B trục nhận giá trị [0 1] „ Thang mức xám dọc theo trục „ Nếu thành phần lượng tử hóa 256 mức [0:255], số lượng màu: (28)3 = 224 = 16,777,216 màu „ RGB safe color: † Mỗi thành phần lượng tử hóa thành mức từ đến 255 24-bit RGB color cube RGB safe color cube 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Mơ hình màu HSI „ Sắc độ † Thuộc tính đặc trưng cho màu [0,360] „ Độ bão hòa † Mức độ màu trộn với màu trắng [0,1] „ Mơ hình HSI † Sắc độ độ bão hịa nằm mặt phẳng vng góc với trục cường độ sáng [0,1] 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc 3.4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc † Chuyển đổi hệ biểu diễn màu „ RGB Ỉ CYM ⎡ C ⎤ ⎡1⎤ ⎡ R ⎤ ⎢ Y ⎥ = ⎢1⎥ − ⎢G ⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎥ ⎢ ⎥ ⎢⎣ M ⎥⎦ ⎢⎣1⎥⎦ ⎢⎣ B ⎥⎦ „ HSI Ỉ RGB ≤ H ≤ 120o B = I (1 − S ) ⎡ S ⋅ cos H ⎤ R = I ⋅ ⎢1 + ⎥ o ⎣ cos(60 − H ) ⎦ G = − ( R + B) „ RGB Ỉ HIS † Cường độ = Độ rọi † Độ bão hòa = Cường độ màu † Sắc độ = Màu † HS = tọa độ cực ⎧⎪ [ ( R − G ) + ( R − B ) ] / ⎫⎪ θ = cos ⎨ ⎬ R G R B G B ( ) ( )( ) − + − − ⎪⎩ ⎪⎭ B≤G ⎧ θ H =⎨ ⎩360 − θ B > G −1 ⋅ min( R, G, B) R+G+ B I = ( R + G + B) / S = 1− ... dải chiếu sáng 3. 3 Một số hiệu ứng thị giác † Các vạch Mach – cảm nhận độ sáng 3. 3 Một số hiệu ứng thị giác 3. 3 Một số hiệu ứng thị giác † Các điểm kì dị - cảm nhận độ tương phản 3. 3 Một số hiệu... Cảm nhận ảnh † 3. 1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † 3. 2 Hệ thống thị giác † 3. 3 Một số hiệu ứng thị giác † 3. 4 Cảm nhận biểu diễn màu sắc 3. 1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Các dạng ảnh „... Sóng rada Ảnh Rơn-ghen Ảnh sóng âm Ảnh điện tử Ảnh quét positron Ảnh cộng hưởng từ 3. 1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh † Dải phổ sóng điện từ 3. 1 Sóng điện từ, anh sáng dạng ảnh 3. 1 Sóng điện