CƠ SỞ CỦA XỬ LÝ ẢNH SỐ
2.4.1Nguyên lý cơ bản của lấy mẫu và lượng tử hóa
Nguyên lý cơ bản của lấy mẫu và lượng tử hóa được trình bày trên hình 2.16. Hình 2.16a thể hiện ảnh liên tục f(x,y) mà chúng ta cần chuyển thành dạng ảnh số. Hình ảnh liên tục theo trục x và trục y cũng như giá trị. Để chuyển thành dạng ảnh số, chúng ta cần lấy mẫu theo cả 2 trục và giá trị. Việc số hóa theo hệ trục gọi là lấy mẫu còn việc số hóa theo giá trị gọi là lượng tử hóa.
Hàm 1 chiều thể hiện trong hình 2.16b là đồ thị của giá trị điểm ảnh theo thang đo gray. Giá trị đó là liên tục trên đoạn AB. Vị trí của mỗi mẫu được lấy được đánh dấu tại đáy của đồ thị. Mẫu được thể hiện dưới dạng hình vuông trắng nhỏ. Tập hợp các điểm rời rạc thì được cho bởi hàm lấy mẫu. Tuy nhiên giá trị của mỗi mẫu vẫn liên tục theo thang đo gray. Để chuyển hoàn toàn ảnh sang tín hiệu số thì mức gray cần được lượng tử hóa . Như hình 2.16 thì ta lượng tử hóa thang đo gray thành 8 mức, từ đen đến trắng. Thang gray liên tục được chuyển thành thang gray 8 mức cho mỗi mẫu. Mẫu số hóa tạo ra là kết quả của cả việc lượng tử hóa mà lấy mẫu. Chúng ta bắt đầu từ phía trên của ảnh, từ trái sang phải theo từng dòng để tạo ra một ảnh số 2 chiều.
Lấy mẫu theo cách này được dùng khi chúng ta xem như có một ảnh liên tục cả về trục tọa độ và về giá trị khuếch đại. Trong thực nghiệm, phương pháp lấy mẫu được quyết định bởi sự sắp xếp các cảm biến để tạo ra hình ảnh. Khi một ảnh tạo bởi cảm biến đơn kết hợp với sự chuyển động máy móc thì ngõ ra được lượng tử hóa như trong hình 2.13. Tuy nhiên bằng cách thay đổi chuyển động của máy ta có thể lấy mẫu các điểm ảnh. Theo nguyên lý, chuyển động này có thể được thay đổi chính xác và chỉ giới hạn bởi số mẫu mà chúng ta cần nhận được. Tuy nhiên sự không chính xác của thấu
kính dung hội tụ năng lượng vào cảm biến đã giới hạn độ phân giải khi dịch chuyển cảm biến bằng máy móc.
Hình 2.16 Lấy mẫu và lượng tử hóa ảnh
Hình 2.17 Kết quả chuyển từ ảnh tương tự sang ảnh số
Với các cảm biến dải, các cảm biến được sắp xếp thành một dải, mẫu lấy bị giới hạn theo một chiều. Chuyển động máy móc của cảm biến theo chiều vuông góc có thể được điều khiển chính xác, nhưng không cần thiết phải đạt được mật độ lấy mẫu vượt
quá chiều bị giới hạn bởi số cảm biến. Lượng tử hóa của ngõ ra cảm biến được hoàn thành trong quá trình xử lý ảnh số.
Với cảm biến mảng, các cảm biến không hề chuyển độngvà số mẫu lấy theo cả 2 chiều là không đổi, phụ thuộc vào cách sắp xếp cảm biến. Lượng tử hóa cũng được hoàn thành trong quá trình xử lý ảnh số. Hình 2.17 thể hiện việc lấy mẫu và lượng tử hóa một hình ảnh nhận được bởi cảm biến mảng.