Image Processing - Chapter 01: Introduction PDF

Preview

Summary

Thi-Lan Le ([email protected]) SET, HUSTXử lý ảnh sốTổng quan về xử lý ảnh số1. Giới thiệu Các bước xử lý trong hệ thống thị giác người1. Giới thiệu Hệ thống thu nhận ảnh số (digital)Digital camera LCD1. Giới thiệu Hệ thống thu nhận ảnh số (digital) Nội dung chính của môn học: Tập trung vào khối xử l...

Description

Xử lý ảnh số Tổng quan về xử lý ảnh số

Thi-Lan Le ([email protected]) SET, HUST

1. Giới thiệu 

Các bước xử lý trong hệ thống thị giác người

1. Giới thiệu 

Hệ thống thu nhận ảnh tương tự (analog)

Lấy mẫu và lượng tử

Analog camera

CRT

1. Giới thiệu 

Hệ thống thu nhận ảnh số (digital)

Digital camera

LCD

1. Giới thiệu Hệ thống thu nhận ảnh số (digital)  Nội dung chính của môn học: Tập trung vào khối xử lý, đầu vào là ảnh số, đầu ra là ảnh số 

Digital camera

LCD

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh Thu

nhận ảnh là một quá trình nhằm biến đổi năng lượng quang học thành ảnh. Quá trình này được tích hợp trong các máy ảnh hiện nay.  Các thành phần chính của quá trình thu nhận ảnh bao gồm: đối tượng/cảnh, ánh sáng, hệ thống thấu kính cho phép tạo ảnh và các cảm biến để lưu trữ hình ảnh.

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh Ánh sáng (từ nguồn sáng tự nhiên hoặc nguồn sáng nhân tạo) khi gặp đối tượng sẽ phản xạ, truyền qua hoặc bị hấp thụ, nó phụ thuộc vào tính chất vật liệu và bề mặt của đối tượng.  Hệ thống quang học bao gồm thấu kính và các cửa chập được thiết kế sao cho ánh sáng có thể hội tụ đầy đủ để tạo ra nội dung của ảnh.  Ánh sáng đi qua hệ thống quang học sẽ đến các cảm biến (sensor) để chuyển đổi thành tín hiệu điện. Hai loại cảm biến thường được sử dụng là CCD (Charge-CoupledDevice) và CMOS (Complementary Metal-OxideSemiconductor).  Năng lượng của tín hiệu điện sau đó được lượng tử hóa để chuyển đối thành giá trị của các điểm ảnh. 

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh 

Phổ điện từ

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh 

Năng lượng ánh sang chuyển thanh tín hiệu điện

12

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh 

Mô hình Pinhole camera: chùm ánh sáng hội tụ tại một lỗ nhỏ

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh Nguồn sáng chiếu vào đối tượng  Phản xạ từ bề mặt đối tượng  Hướng nhìn của camera 

Ảnh hưởng tới giá trị điểm ảnh

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

Lượng tử hóa

Lấy mẫu

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh 

Ánh xạ miền màu lên tục (vô hạn) vào miền hữu hạn (tập màu rời rạc)

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

Qúa trình hình thành ảnh (Số hóa – Digitization)

Ảnh gốc

Ảnh đã được số hóa

Digitization = Sampling + Quantization (Lấy mẫu) + Lượng tử hóa 17

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh Sampling (Lấy mẫu): Bị giới hạn (quy định) bởi kích thước của cảm biến (kích thước của ma trận điểm ảnh trên cảm biến)  Mức lượng tử hóa: bị hạn chế (quy định) bởi số mức ánh sáng định nghĩa trong 1 giải liên tục 

Lấy mẫu

Lượng tử hóa

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

Ảnh gốc

Lấy mẫu

Mức sáng gốc trên đường AB

Lượng tử hóa theo các mức

2. Quá trình thu nhận và hình thành ảnh

Ảnh liên tục

Ảnh đã được số hóa Qua quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa

3. Biểu diễn ảnh 

Ảnh là tín hiệu 2 chiều I(x,y) biểu diễn thế giới thực 3 chiều

21

3. Biểu diễn ảnh  

Ảnh tự nhiên: thu nhận qua các thiết bị chụp Ảnh nhân tạo: Tạo ra dựa trên các công cụ trên máy tinh (đồ họa, hiện thực ảo) hoặc các thuật toán

Ảnh tự nhiên

Ảnh nhân tạo

Ảnh nhân tạo

22

3. Biểu diễn ảnh

Ảnh nhị phân

Ảnh xám hóa

Ảnh màu

3. Biểu diễn ảnh

Ma trận: [ hàng x cột ] Giá trị: 0 | 1 (or 0 | 255)

3. Biểu diễn ảnh

Ma trận: [ hàng x cột ] Giá trị: 0 .. 255

3. Biểu diễn ảnh

B channel (kênh màu B)

G channel (kênh màu G)

3. Biểu diễn ảnh 

Giá trị màu tại mỗi điểm ảnh, vùng ảnh 160

64

Tọa độ Cột

I = [1:512 ,1:512, 1:3] p(64,160,1:3) = [205, 163, 182]

Tọa độ hàng

Số hàng Số cột Số kênh màu R(64:95,160:191,:) : 32 x 32 pixels [205 186 181 195

203 194 187 192 85

188 182 191 189 92 90

181 188 194 183] 87 76] 98 101 89]

3. Biểu diễn ảnh

Ảnh mức xám Gray scale

Ảnh Màu RGB

Ảnh trắng/đen BW

Đặc điểm

Ảnh mức xám

Ảnh Màu

Ảnh trắng/đen

Ma trận biểu diễn

[512 x 512]

[512 x 512 x 3]

[512 x 512]

Số kênh

1

3

1

Giá trị biểu diễn

[0 .. 255]

[0 .. 255, 0..255, 0..255]

[0 , 255]

3. Biểu diễn ảnh [64 x 64]



Sampling: Độ phân giải (Resolution) [128 x 128] [256 x 256] [384 x 384]

[512 x 512]

3. Biểu diễn ảnh 

256 gray levels (8bits/pixel)

32 gray levels (5 bits/pixel)

16 gray levels (4 bits/pixel)



8 gray levels (3 bits/pixel)

4 gray levels (2 bits/pixel)

2 gray levels (1 bit/pixel)

3. Biểu diễn ảnh Hiển thị ảnh lên màn hình

3. Biểu diễn ảnh 

Hiển thị ảnh lên màn hình

Bài tập chương Thực hành đọc và ghi ảnh  (1 sinh viên) BT1: Tìm hiểu và trình bày tính chất lân cận và láng giềng trong ảnh 

฀ ฀



Tìm hiểu lý thuyết Bonus: lập trình các hàm

(1 sinh viên) BT2: Tìm hiểu và trình bày về các hàm tính khoảng cách ฀ ฀

Tìm hiểu lý thuyết Bonus: lập trình các hàm...