Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
Ảnh cũng có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor), hay
ảnh, tranh được quét trên scanner. Tiếp theo là quá trình số hoá (Digitalizer)
để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) và số hoá bằng
lượng hoá, trước khi chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lưu trữ lại.
Quá trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ. Trước
hết là công việc tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh. Do những
nguyên nhân khác nhau: có thể do chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, do nguồn
sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy biến. Do vậy cần phải tăng cường và
khôi phục lại ảnh để làm nổi bật một số đặc tính chính của ảnh, hay làm cho
ảnh gần giống nhất với trạng thái gốc - trạng thái trước khi ảnh bị biến dạng.
Giai đoạn tiếp theo là phát hiện các đặc tính như biên, phân vùng ảnh, trích
chọn các đặc tính, v.v
Cuối cùng, tuỳ theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng,
phân lớp hay các quyết định khác. Các giai đoạn chính của quá trình xử lý ảnh
có thể mô tả ở hình 1.1
Với các giai đoạn trên, một hệ thống xử lý ảnh (cấu trúc phần cứng
theo chức năng) gồm các thành phần tối thiểu như hình 1.2
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
5
5
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
Hình 1.2. Các thành phần chính của hệ thống xử lý ảnh
I.1.2. Một số khái niệm
• Pixel (Picture Element): phần tử ảnh
Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ
sáng. Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải tiến hành số hoá ảnh.
Trong quá trình số hoá, người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc
thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lượng hoá thành
phần giá trị mà thể về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai
điểm kề nhau. Trong quá trình này, người ta sử dụng khái niệm Picture
element mà ta quen gọi hay viết là Pixel - phần tử ảnh. Ở đây cũng cần phân
biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ hoạ máy tính. Để
tránh nhầm lẫn ta tạm gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị. Khái niệm
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
6
6
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
pixel thiết bị có thể xem xét như sau: khi ta quan sát màn hình (trong chế độ
đồ hoạ), màn hình không liên tục mà gồm nhiều điểm nhỏ, gọi là pixel. Mỗi
pixel gồm một cặp tọa độ x, y và màu.
Cặp tọa độ x, y tạo nên độ phân giải (resolution). Như màn hình máy
tính có nhiều loại với độ phân giải khác nhau: màn hình CGA có độ phân giải
là 320 x 200; màn hình VGA là 640 x 350,
Như vậy, một ảnh là một tập hợp các điểm ảnh. Khi được số hoá, nó
thường được biểu diễn bởi bảng hai chiều I(n,p): n dòng và p cột. Ta nói ảnh
gồm n x p pixels. Người ta thường kí hiệu I(x,y) để chỉ một pixel. Thường giá
trị của n chọn bằng p và bằng 256.
• Gray level: Mức xám
Mức xám là kết quả sự mã hoá tương ứng một cường độ sáng của mỗi
điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lượng hoá. Cách mã hoá
kinh điển thường dùng 16, 32 hay 64 mức. Mã hoá 256 mức là phổ dụng nhất
do lý do kỹ thuật. Vì 2
8
= 256 (0, 1, , 255), nên với 256 mức, mỗi pixel sẽ
được mã hoá bởi 8 bit.
• Biểu diễn ảnh xám:
Trên ảnh hai chiều, mỗi điểm (x,y) trên mặt phẳng ảnh ứng với một
f(x,y) giá trị mô tả mức xám cho điểm ảnh. Trong đó, x là số hiệu cột và y là
số hiệu dòng trên ảnh.
(x,y) f(x,y)
Ở đây f(x,y) là mức xám. Chẳng hạn, nếu có 256 mức xám thì 0
f(x,y) 255.
Nếu là ảnh màu, có bảng màu thì f(x,y) là số hiệu màu.
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
7
7
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
Nếu là ảnh hơn 256 màu thì f(x,y) là ba byte thể hiện các giá trị R, G và
B của điểm ảnh.
I.2. BIỂU DIỄN ẢNH
I.2.1. Biểu diễn màu
Màu của một đối tượng phụ thuộc vào:
• Bản thân đối tượng.
• Ánh sáng chiếu của nguồn sáng.
• Môi trường xung quanh.
• Thị giác của con người.
Mô hình màu được xác định trên một số màu sơ cấp. Xét theo cấu tạo của
mắt, các màu đều là liên két của ba màu sơ cấp là:
Đỏ (RED) 700mm
Xanh lá cây (GREEN) 546,1 mm
Xanh da trời (BLUE) 435,8 mm
Các màu sơ cấp cộng với nhau cho màu thứ cấp. Ví dụ:
Magenta := RED + BLUE
YELOW := RED + GREEN
CIE (The Commission International de I’Eclairage – Uỷ ban chuẩn quốc tế)
đã xây dựng một chuẩn cho tất cả các màu, xác định thông qua ba thành phần
cơ sở là RED, GREEN và BLUE.
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
8
8
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
I.2.1.1. Mô hình màu RGB
Hệ RGB gồm các màu cơ sở là RED, GREEN và BLUE.
Hệ màu RGB được sử dụng trong màn hình, trong đồ hoạ raster màu.
Mô tả hệ RGB theo hệ toạ độ Decarte.
Hình 1.3. Hệ tọa độ màu
Hệ RGB là chuẩn công nghiệp cho các thao tác đồ hoạ. Nếu thể hiện trên hệ
màu khác, cuối cùng vẫn phải chuyển về RGB.
Với các màn hình khác nhau, giá trị RGB có thể khác nhau.
I.2.1.2. Mô hình màu CMY
Hệ CMY dựa trên các màu sơ cấp CYAN, MAGENTA và YELLOW.
Các màu này là phần bù của RED, GREEN và BLUE.
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
9
9
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
I.2.1.3. Mô hình màu HSV
HSV (Hue – màu sắc, Saturation - sự bão hoà và Value – giá trị), hay còn gọi
là HSB (Hue, Saturation, Brightness - cường độ sáng).
Hue nhận giá trị trong khoảng [0
o
360
o
].
Saturation, Value nhận giá trị trong khoảng [0 1].
I.2.1.4. Mô hình ánh sáng
Ánh sáng nhìn thấy được là tổng hợp các thành phần đơn sắc.
Tỷ lệ trộn khác nhau dẫn đến các màu khác nhau. Ví dụ về các màu đơn sắc
như RED, GREEN, BLUE hoặc CYAN, MAGENTA, YELLOW.
Cường độ sáng phản xạ là giá trị đo được trên bề mặt của đối tượng tại điểm
tới. Cường độ sáng của tia phản xạ phụ thuộc vào góc tới và hệ số phản xạ
của bề mặt.
I.2.2. Số hóa ảnh
Từ môi trường qua thiết bị thu nhận ảnh, sẽ ánh xạ thực thể thành ma
trận các điểm ảnh khác nhau, và tùy vào độ phân giải cũng như không gian
màu. Việc số hóa thông qua quá trình lấy mẫu sau đó tiến hành lượng tử hóa
các phần tử để lưu trữ.
TT Số màu Bits/Pixel
1 2 1
2 16 4
3 256 8
4 16 triệu 24
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
10
10
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
Phương pháp LUT (LookUp Table – Bảng dò tìm). Địa chỉ bộ nhớ
trong LUT chứa một số bit, được ánh xạ đến toạ độ các pixel trên màn hình.
Các sơ đồ bit được đọc vào bộ đệm khung. Mỗi giá trị của pixel là chỉ số cho
bảng LUT. Nếu có N sơ đồ bits thì LUT có 2
N
đầu vào. Khi này chỉ có 2
N
cường độ (màu) khác nhau có thể tạo ra cùng một lúc. Có thể lập trình lại
LUT. Thông thường với độ màu <=8 bit màu sẽ có bảng ánh xạ lấy trong
không gian màu chuẩn (24 bit).
I.2.3. Các định dạng ảnh cơ bản trong xử lý ảnh
I.2.3.1. Định dạng ảnh IMG
Ảnh IMG là ảnh đen trắng. Phần đầu của ảnh IMG có 16 bytes chứa
các thông tin cần thiết :
+ 6 bytes đầu: dùng để đánh dấu định dạng ảnh IMG. Giá trị của 6
bytes này viết dưới dạng Hexa: 0x0001 0x0008 0x0001.
+ 2 bytes tiếp theo: chứa độ dài mẫu tin. Đó là độ dài của dãy các bytes
kề liền nhau mà dãy này sẽ được lặp lại một số lần nào đó. Số lần lặp này sẽ
được lưu trong byte đếm.
+ 4 bytes tiếp: mô tả kích cỡ pixel.
+ 2 bytes tiếp : số pixel trên một dòng ảnh.
+ 2 bytes cuối: số dòng ảnh trong ảnh.
Ảnh IMG được nén theo từng dòng. Mỗi dòng bao gồm các gói (pack).
Các dòng giống nhau cũng được nén thành một gói. Có 4 loại gói sau:
Loại 1: Gói các dòng giống nhau.
Loại 2: Gói các dãy giống nhau.
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
11
11
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
Loại 3: Dãy các pixel không giống nhau, không lặp lại và không nén được.
Loại 4: Dãy các pixel giống nhau.
I.2.3.2.
File ảnh PCX
Nếu ta hình dung trong một tệp ảnh xếp liên tiếp các byte từ đầu đến
cuối và dồn chúng vào trong một hộp chữ nhật, thì có thể hình dung tệp ảnh
PCX như hình vẽ sau:
Hình 1.4.
Cấu trúc file ảnh PCX
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
12
12
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
I.2.3.3. File ảnh BMP
Hình 1.5. Cấu trúc file ảnh BMP
I.2.3.4. Định dạng ảnh TIFF
Kiểu định dạng TIFF được thiết kế để làm nhẹ bớt các vấn đề liên quan
đến việc mở rộng tệp ảnh cố định. Về cấu trúc, nó cũng gồm 3 phần chính:
• Phần Header (IFH): có trong tất cả các tệp TIFF và gồm 8 byte:
• Phần thứ 2 (IFD): Nó không ở ngay sau cấu trúc IFH mà vị trí của nó
được xác định bởi trường Offset trong đầu tệp. Có thể có một hay nhiều
IFD cùng tồn tại trong file (nếu file có nhiều hơn 1 ảnh).
• Cấu trúc phần dữ liệu thứ 3: các DE. Các DE có độ dài cố định gồm 12
byte.
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
13
13
Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn xử lý ảnh
I.2.4. Một số phương pháp biểu diễn ảnh
I.2.4.1. Mã loạt dài
Phương pháp này hay dùng biểu diễn cho vùng ảnh hay ảnh nhị phân.
Một vùng ảnh R có thể biểu diễn đơn giản nhờ một ma trận nhị phân:
u(m,n) = 1 nếu (m,n) ∈ R
0 nếu không
Với cách biểu diễn trên, một vùng ảnh hay ảnh nhị phân được xem như
gồm các chuỗi 0 hay 1 đan xen. Các chuỗi này gọi là một mạch (run). Theo
phương pháp này, mỗi mạch sẽ được biểu diễn bởi địa chỉ bắt đầu của mạch
và chiều dài mạch theo dạng: (<hàng,cột>, chiều dài).
Sinh viên: Nguyễn Thị Khuyên
Lớp: CNT43TT1-ĐHT2 - ĐH Hàng Hải
14
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét