f Fr Rg Gb B′ +′ (2.1.9)
2.1.6.5Biểu diễn tín hiệu hình ảnh trong khơng gian và thời gian
2.1.5.6.1 Hình ảnh tương tự
Như đã đề cập tới ở phần trên, hình ảnh cĩ thể biểu diễn bằng hàm 2 chiều f x y( , ). Giá trị hàm f tại điểm cĩ tọa độ khơng gian (x,y) là độ chĩi của điểm ảnh (x,y). Đa sốảnh sử
dụng trong sách này là ảnh đen – trắng, độ chĩi của các điểm ảnh nằm trong phạm vi nhất
định từ Lmin tới Lmax. Nếu ảnh được tạo ra bởi quá trình vật lý thì giá trị các điểm ảnh sẽ tỷ
lệ thuận với năng lượng của nguồn bức xạ, ví dụ năng lượng sĩng điện từ, khi đĩ hàm
( , )
f x y khác khơng và hữu hạn: 0< f x y( , )< ∞.
Hàm f x y( , ) cĩ thể được đặc trưng bởi hai thành phần đĩ là lượng ánh sáng rọi lên cảnh vật và số lượng ánh sáng phản xạ lại từ cảnh vật đĩ: ( , ) ( , ) ( , ) f x y =i x y r x y với 0<i x y( , )< ∞, 0<r x y( , )<1 ( , ) i x y - Hàm biểu diễn độ rọi sáng của nguồn lên bề mặt cảnh vật. ( , )
r x y - Hàm mơ tả tính phản xạ (hay hấp thụ) ánh sáng của các vật thể trong cảnh vật.
Giá trịđộ lớn của điểm ảnh đen-trắng cĩ tọa độ (x y0, 0) được gọi là mức xám hay độ
chĩi của ảnh tại điểm này: l =(x y0, 0); độ chĩi nằm trong khoảng Lmin < <l Lmax - được gọi là thang xám. Thường mức xám nhỏ nhất được quy về mức 0 (mức đen) , cịn mức trắng sẽ tương ứng với giá trịđộ chĩi lớn nhất l L= −1.
2.1.5.6.2 Quá trình lấy mẫu và lượng tử hĩa tín hiệu hình ảnh
Tín hiệu hình ảnh nhận được từ cảm biến quang điện thường cĩ dạng tương tự, ví dụ tín hiệu điện áp cĩ biên độ thay đổi liên tục theo độ chĩi của ảnh nguồn. Để cĩ thểđưa tín hiệu hình ảnh vào xử lý bằng máy tính cần thực hiện quá trình số hĩa thơng qua hai giai đọan: lấy mẫu và lượng tử hĩa.
Lấy mẫu tín hiệu: Quá trình lấy mẫu tín hiệu được mơ tả trên Hình 2.1.23. Tín hiệu video ứng với một dịng ảnh AB là tín hiệu một chiều liên tục theo thời gian và cĩ biên độ
biến đổi liên tục (Hình 2.1.23). Khi lấy mẫu, thời gian truyền dịng AB được chia ra thành nhiều đoạn bằng nhau. Giá trị tín hiệu tại các điểm lấy mẫu được đánh dấu ơ vuơng trên đồ
thị. Theo định lý lấy mẫu Nyquist, nếu tần số lấy mẫu lớn hơn (hoặc bằng) hai lần tần số lớn nhất trong phổ tín hiệu tương tự, thì tập hợp các mẫu rời rạc nhận được hồn tồn xác định tín hiệu đĩ.
Để biến đổi tiếp tín hiệu thành dạng số, chúng ta phải thực hiện giai đoạn lượng tử hĩa các mẫu vừa nhận được. Đây là quá trình rời rạc tín hiệu theo biên độ. Trên Hình 2.1.23 thang xám được chia thành 8 mức rời rạc từ mức trắng tới mức đen. Lượng tử hĩa được thực
hiện đơn giản bằng cách tìm giá trị mức lượng tử gần giống nhất với giá trị thực của mẫu và gán giá trị này cho mẫu ảnh.
Kết quả nhận được sau khi lấy mẫu và lượng tử hĩa là chuỗi số rời rạc mơ tả biến đổi độ
chĩi trong một dịng ảnh. Nếu thực hiện quá trình số hĩa cho tất cả các dịng ảnh từ trên xuống dưới, chúng ta sẽ nhận được ảnh số trong khơng gian hai chiều.
Hình 2.1.23 Quá trình số hĩa tìn hiệu video
Khi sử dụng chip cảm biến CCD, tín hiệu hình ảnh đã được rời rạc trong khơng gian hai chiều. Vùng ảnh được lấy mẫu phụ thuộc vào số lượng các điểm cảm quang phân bố theo chiều ngang và chiều dọc trên bề mặt CCD (Hình 2.1.24). Chất lượng hình ảnh số nhận được phụ thuộc vào số lượng điểm ảnh cũng như số mức lượng tửđược sử dụng trong quá trình mã hĩa.
a) b)
Hình 2.1.24 Quá trình hình thành ảnh rời rạc trong chip CCD
a - Ảnh tương tự
b - Ảnh rời rạc trên bề mặt CCD