CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1. Tìm hiểu xử lý ảnh
2.1.5. Ảnh màu và xử lý ảnh màu
a. Ảnh màu
Nhƣ đã biết thì khi cho ánh sáng trắng đi qua lăng kính ta sẽ thu đƣợc một dãy phổ màu bao gồm 6 màu rộng: Tím, lam, lục, vàng, cam, đỏ. Nếu nhìn kỹ thì sẽ không có ranh giới rõ ràng giữa các màu mà màu này sẽ từ từ chuyển sang màu kia. Mắt chúng ta nhìn thấy đƣợc là do ánh sáng phản xạ từ vật thể.
Tất cả các màu đƣợc tạo ra từ 3 màu cơ bản (màu sơ cấp) là : Đỏ (R), lam (B) và lục (G).Các màu cơ bản trộn lại với nhau theo một tỉ lệ nhất định để tạo ra các màu thứ cấp.
Phương trình màu: Y= 0.2989*R + 0.58662*G + 0.11448*B
Hình 2.6: Các màu cơ sở Ví dụ: Đỏ + Lục = Vàng
Lục + Lam = Xanh
Trộn ba màu sơ cấp hoặc trộn một màu thứ cấp với màu sơ cấp ngƣợc với nó sẽ tạo ra đƣợc ánh sáng trắng.
Các màu gốc có liên quan đến các khái niệm sinh học hơn là vật lý, nó dựa trên cơ sở phản ứng sinh lý học của mắt người đối với ánh sáng. Mắt người có các tế bào cảm quang có hình nón nên còn đƣợc gọi là tế bào hình nón, các tế bào này thông thường có phản ứng cực đại với ánh sáng vàng - xanh lá cây (tế bào hình nón L), xanh lá cây (tế bào hình nón M) và xanh lam (tế bào hình nón S) tương ứng với các bước sóng khoảng 564 nm, 534 nm và 420 nm. Ví dụ, màu vàng thấy được khi
10 các tế bào cảm nhận màu xanh ánh vàng đƣợc kích thích nhiều hơn một chút so với tế bào cảm nhận màu xanh lá cây và màu đỏ cảm nhận đƣợc khi các tế bào cảm nhận màu vàng - xanh lá cây đƣợc kích thích nhiều hơn so với tế bào cảm nhận màu xanh lá cây.
Các đặc trƣng dùng để phân biệt một màu với màu khác là: độ sáng (brightness), sắc màu (hue) và độ bảo hòa màu (saturation).
Hình 2.7: Mô hình màu RBG
Các màu R, G, B nằm ở các đỉnh trên trục tọa độ của khối vuông. Màu đen nằm ở gốc tọa độ, màu trắng nằm ở góc xa nhất so với điểm gốc. Thang màu xám kéo dài từ đen đến trắng (đường chấm).
Hình ảnh trong mô hình màu RGB bao gồm 3 mặt phẳng ảnh độc lập (dùng cho các màu sơ cấp). Thường thì ta giả thiết là tất cả các giá trị màu được chuẩn hóa (tức là khối vuông là khối đơn vị), tất cả các giá trị màu nằm trong khoảng [0,1].
Vì vậy trong hệ màu RGB các màu có thể mô tả nhƣ là những điểm bên trong hình lập phương.Ở gốc tọa độ (0;0;0) là màu đen. Trên các trục tọa độ dương là các màu đỏ lục, lam. Khi đó ánh sáng từ các điểm riêng biệt sẽ đƣợc cộng với nhau để tạo ra các màu khác nhau.
b. Xử lý ảnh màu
Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh. Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài đƣợc thu nhận qua các thiết bị thu (nhƣ camera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc
11 đen trắng đƣợc lấy ra từ Camera, sau đó nó đƣợc chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo.
Thu nhận
ảnh Tiền xử lí ảnh
Phân đoạn ảnh
Biểu diễn và mô tả
Nhận dạng và nội suy
Cơ sở tri thức
Hình 2.8: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh
Thu nhận ảnh: Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (nhƣ loại CCD - Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại quét dòng, ảnh tạo ra có dạng hai chiều. Chất lƣợng một ảnh thu nhận đƣợc phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh).
Tiền xử lý: Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đƣa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lƣợng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiều, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn.
Phân đoạn ảnh: Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh.
Biểu diễn và mô tả ảnh: Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trƣng gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tƣợng này với đối tƣợng khác trong phạm vi ảnh nhận đƣợc.
Nếu lưu trữ ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ. Thông thường, các ảnh thô đó đƣợc đặc tả lại (hay đơn giản là mã hoá) theo các đặc điểm của ảnh đƣợc gọi là các đặc trưng ảnh 10 như: biên ảnh, vùng ảnh. Một số phương pháp biểu diễn thường dùng:
- Biểu diễn bằng mã chạy.
- Biểu diễn bằng mã xích.
12 - Biểu diễn bằng mã tứ phân.
Nhận dạng và nội suy ảnh: Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học từ trước.
Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thƣ có thể đƣợc nội suy thành mã điện thoại. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh đƣợc phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:
- Nhận dạng theo tham số - Nhận dạng theo cấu trúc
Cơ sở tri thức: Ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiều. Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, con người mong muốn mô phỏng quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy ở đây các cơ sở tri thức đƣợc phát huy.