Mầu Đỏ (R)
3.2. Cơ sở kỹ thuật xử lý ảnh 1.Cơ sở của cảm nhận th ị giác
Việc xử lý hình ảnh trong các ứng dụng có mục chính là để giúp đỡ con người quan sát thông tin trong một hình ảnh. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu được hệ thống thị giác của con người. Hệ thống thị giác của con người tập trung chủ yếu vào mắt (cảm biến hình ảnh hay camera), thần kinh thị giác (đường dẫn hình ảnh), và não (các khối thông tin xử lý vềảnh…). Cấu tạo của mắt người được minh họa ở hình 3.21 dưới đây.
Hình 3.21: Cấu tạo của mắt người
Mắt người có cấu trúc gần dạng hình cầu với đường kính trung bình khoảng 20mm. Mắt người gồm có các thành phần chủ yếu sau:
Giác mạc: Là phần trước lồi trong suốt của lớp xơ phía ngoài con ngươi mà bao bọc mống mắt và đồng tử.
66
Mô mạc: Choàng lấy mạch máu nâu tối của mắt giữa màng cứng và võng mạc bao gồm các màng máu cung cấp dinh dưỡng cho mắt.
Mống mắt: Mống mắt mở rộng hoặc thu gọn nhằm điều khiển lượng ánh sáng chiều vào mắt.
Thấu kính: Được tạo ra từ những lớp đồng tâm của những tế bào có sợi, chứa 60-70% lượng nước.
Võng mạc: Mảnh dẻ, nhiều lớp, màng nhạy cảm và được nối bởi thần kinh thị giác tới não. Là nơi nhạy cảm với ánh sáng và mầu sắc.
Mắt hoạt động như một camera, với thấu kính tập trung hình ảnh vào võng mạc. Võng mạc có chứa các tế bào hình que (rods) và ba loại tế bào hình nón (cones) theo như hình dáng của chúng. Các tế bào hình que (có khoảng 75-150 triệu) được phân bố xung quanh hoàng điểm (điểm vàng), rất nhậy cảm về ánh sáng nhưng không cảm thụ màu sắc. Các tế bào hình nón (có khoảng 6,5 triệu) được tập trung tại hoàng điểm, kém nhậy cảm với ánh sáng, nhưng cảm thụ và phân biệt được màu sắc tương ứng với ba loại tế bào hình nón nhậy cảm với 3 mầu khác nhau: Đỏ, Xanh lá cây và Xanh lơ.
Mắt người nhạy cảm nhất với ánh sáng ở vùng giữa của phổ nhìn thấy được. Giống như thuộc tính phân bố năng lượng quang phổ (SPD) của một nguồn ánh sáng, như trong hình 3.15, chúng ta thấy độ nhạy tương đối là hàm của bước sóng. Hình 3.22 minh họa hàm độ nhạy của mắt người V(λ ) (đường đứt nét) và là tổng của các đường cong đáp
ứng phổ của các mầu đỏ, xanh lá cây, và xanh lam. Theo đó, mắt người không nhạy cảm
đồng đều với các màu sắc có bước sóng khác nhau và nhạy cảm nhất vùng xanh lá cây- vàng (λ ≈ 555nm).
Gọi qR(λ),qG(λ) và qB(λ) là các hàm độ nhạy phổ của các màu cơ bản R, G, và B, khi đó chúng ta có hàm vector q(λ), với các thành phần:
(3.10)) Các phản ứng trong từng kênh màu trong mắt người tỷ lệ với số lượng tế bào thần kinh liên quan. Đối với các kênh màu đỏ, bất kỳ ánh sáng nào rơi xuống bất cứ nơi nào ở
phần khác không của hàm độ nhạy của tế bào hình nón - nhạy cảm với màu đỏ trong hình 3.22 sẽ tạo ra một số phản ứng.
67
Hình 3.22: Đáp ứng phổ (độ nhạy) của mắt người
Đáp ứng tổng hợp của kênh màu đỏ là tổng tất cả ánh sáng rơi vào võng mạc nơi có các tế bào hình nón nhạy cảm với màu đỏ đang cảm nhận. Nếu chúng ta xem các hàm
độ nhạy là liên tục, thì các màu sắc cơ bản có thểđược xác định bởi biểu thức (3.11).
(3.11)
Vì tín hiệu hình ảnh được truyền đi có ba thành phần mầu cơ bản nên các mầu sắc hình thành một không gian vector ba chiều.
Biểu thức (3.11) ở trên thực tế chỉ áp dụng khi chúng ta xem một đối tượng tự phát sáng (nghĩa là một nguồn ánh sáng). Trong phần lớn các trường hợp, chúng ta nhìn thấy hình ảnh của một vật thể là do ánh sáng phản xạ từ bề mặt của vật thể đó đến mắt chúng ta. Các bề mặt phản xạ các lượng ánh sáng khác nhau ở các bước sóng khác nhau, bề mặt sẫm thì phản xạ năng lượng ít hơn các bề mặt sáng. Hàm phản xạđược ký hiệu là S(λ).
Tình huống hình thành hình ảnh được mô tả như sau. Ánh sáng từ nguồn sáng với phân bố năng lượng quang phổ (SPD) - E(λ ) đến bề mặt của vật thể, có hàm phản xạ phổ
bề mặt S(λ) và sau đó được lọc bởi các hàm độ nhạy phổ tương ứng với các tế bào hình nón q(λ) – Hình 3.23. Hàm C(λ) được gọi là tín hiệu màu sắc và tich của E(λ ) và S(λ). Các biểu thức hình thành màu sắc tương tự như biểu thức (3.12) mà có tính đến các mô hình hình thành hình ảnh là:
68
(3.12)1)
Hình 3.23: Mô hình hình thành hình ảnh