CHƯƠNG 2 : MỘT SỐ KIẾN THỨC LIÊN QUAN
2. Tổng quan về xử lý ảnh
2.3. Biểu diễn ảnh
2.3.1. Ảnh và thị giác người (Visual perception)
Cảm nhận của con người về ảnh (Image) phụ thuộc vào một số các yếu tố như: Màu sắc (hue), Độ nét (saturation) và Độ sáng (lightness).
Hue (màu sắc): Màu được phân biệt bởi bước sóng khác nhau
đối với mắt người. Blue: 430 đến 480; Green: 500 đến 550; Yellow: 570 đến 600; Red: >610 nanometers. Màu đen, xám hay trắng cũng gọi là màu (color) nhưng không thuộc vào lớp màu hue.
Saturation (Độ nét): Thể hiện mức độ ảnh hưởng của ánh
sáng trắng và màu thực. Màu thực có độ nét 100% và được hiểu là không bị ảnh hưởng của ánh sáng trắng, sự pha trộn giữa ánh sáng trắng và màu thực sẽ cho độ nét từ 0 đến 100% (phai màu và một ví dụ).
Lightness (Độ sáng): Thể hiện độ sáng, tối của ảnh.
Ngồi các yếu tố trên thì chất lượng của ảnh còn phục thuộc vào độ tương phản (Constrast) giữa các màu của ảnh.
Contrast (Độ tương phản): Là mức độ thay đổi (cường độ
sáng) từ vùng này tới vùng khác của ảnh.
2.3.2. Biểu diễn màu (Color representation)
Theo các kết quả nghiên cứu người ta thấy rằng có thể tổng hợp màu sắc trong tự nhiên thơng qua một số màu nào đó, ví dụ có thể tổng hợp mọi màu từ ba màu cơ bản như đỏ (RED), xanh lục (GREEN) và xanh lam
Mơ hình màu (hay khơng gian màu) là cách thức biểu diễn màu và mối quan hệ giữa các thành phần với nhau. Có nhiều mơ hình màu, mơ hình CMY, mơ hình RGB... Trong máy tính người ta dùng mơ hình RGB.
Mơ hình RGB
Hệ này mơ tả màu sắc thông qua 3 thành phần màu cơ bản là Red, Green và Blue. Có thể mơ xem xét mơ hình RGB trong khơng gian 3 chiều
như hình 2.4.
Mọi điểm nằm trong khối hộp chữ nhật có toạ độ (r,g,b) thể hiện một màu. Màu nằm trên đường chéo (0,0,0) - (1,1,1) (3 thành phần R, G, B
bằng nhau) ->thể hiện mức xám. Red=(1,0,0) Black=(0,0,0) Magenta=(1,0,1) Blue=(0,0,1) Cyan=(0,1,1) White=(1,1,1) Green=(0,1,0) Yellow=(1,1,0) Hình 2.4: Mơ hình màu RGB
2.3.3. Thu nhận ảnh (Image capture, Representation, and Store)
Ảnh xét về khía cạnh tốn học được hiểu như hàm hai biến f(x,y), trong đó giá trị hàm f là màu hoặc mức xám của điểm (x,y). Ảnh thực là liên tục về không gian và màu sắc, tức là:
- f(x,y) ∈ R - và x,y ∈ R
Tuy nhiên để có thể lưu trữ và xử lý trên máy tính thì bước đầu tiên cần làm là số hóa ảnh thực.
Số hóa (Digitizer): bao gồm 2 chức năng là lấy mẫu (sampling) và
Hình 2.5: a- 512 x 512 mẫu, b - 128 x 128 mẫu,
c - 64 x 64 mẫu và d - 32 x 32 mẫu
Lấy mẫu (Sampling): Với mỗi khoảng cách đều (theo x
hoặc/và theo y) người là lấy một mẫu. Cùng một không gian thực, nếu số mẫu càng nhiều thì ảnh càng trung thực.
Lượng hóa (Quantizing): Gán màu hay mức xám của mỗi
mấu (có được từ bước trên - cịn gọi là điểm ảnh) với một giá trị số. Phạm vi số thể hiện màu hoặc mức xám càng lớn thì chất lượng ảnh càng cao.
Hình 2.6: a - 6 bít màu, b - 4 bit màu,
c - 2 bit màu và d - 1 bit màu
2.3.4 Ảnh số (Digital Image)
Sau khi số hoá ảnh thực → ảnh số, ảnh số được hiểu như một ma trận 2 chiều Am x n, mỗi điểm ảnh a(i,j), i=1..m, j=1..n - gọi là pixel (Picture Element) - có thể là một giá trị hoặc bộ (3) giá trị - biểu thị mức xám hay màu của điểm ảnh. Ta có
- a(i,j) ∈ N - và i,j ∈ N
Tùy thuộc vào chất lượng của việc lượng tử hóa mà chúng ta có ảnh đen trắng, ảnh đa cấp xám hoặc ảnh màu.
Ảnh đen trắng, ảnh xám
Q trình lượng tử hóa phân chia màu sắc, độ đậm nhạt thành L mức:
- L=2, ta có ảnh đen trắng
- L>2 -> ta có ảnh đa mức xám, thơng thường người ta lấy L=4, 8, 16, 32, 64, 128, hoặc 256 - thông dụng là ảnh 256 mức xám.
Ảnh màu
Trong ảnh màu mỗi điểm ảnh bao gồm 3 thành phần Red, Green và Blue, mỗi màu cũng được phân thành L mức.
- L=24 ta có ảnh 16 màu - L=28 ta có ảnh 256 mấu
- L=216 ta có ảnh 16 bit , L=232 ta có ảnh 32 bit màu.
Trong các xử lý, biến đổi ảnh về sau để thuận tiện (và hiệu quả hơn trong một số ứng dụng) chúng ta chỉ thể hiện trên ảnh xám, khi xử lý ảnh mầu chúng ta sẽ đề cập cụ thể.
Có thể chuyển từ ảnh màu về ảnh xám theo công thức sau: Grayscale = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
(ảnh hưởng của màu đến mức xám giảm dần từ G, R đến B) Hoặc Grayscale = 0.333 R + 0.333 G + 0.333 B
(có thể coi ảnh hưởng G, R và B là như nhau)