NHẬP MÔN XỬ LÝ ẢNH (Image Processing Basics)

FUNDAMENTALS OF DIGITAL IMAGE PROCESSING

CHƢƠNG 1

NHẬP MÔN XỬ LÝ ẢNH
(Image Processing Basics)


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

1.1. Giới thiệu
Thu
nhận
ảnh

Tiền xử lý
(Tăng cường,
khơi phục ảnh)

Hiển thị ảnh
Phân tích ảnh
(Phân vùng,
trích chọn đặc điểm)

Giải thích,
chú giải
Mã hóa
Kênh truyền
lưu trữ

Kênh truyền
hoặc
lƣu trữ

Giải
mã
hóa

Tổng
hợp
ảnh

Tăng
cƣờng
ảnh

Các bƣớc xử lý ảnh cơ bản
-2-

Hiển
thị
ảnh


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

1.2. Hệ thống tạo ảnh

b

y

Đối tượng
f(a,b,g)

Ảnh
g(x,y,z)

Hệ thống tạo ảnh
h
g

z

Không gian
đối tượng

Không gian
ảnh

a

x

G=R(F-T)
G, F: Ảnh và đối tượng trong các hệ quy chiếu miền ảnh, vật
tương ứng. Được thể hiện như là các vector cột
R, T: ma trận quay và ma trận trượt

-3-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

b

y

Đối tượng

Ảnh

Hệ thống tạo ảnh

Mặt cắt
ngang được
lựa chọn

h
g

z

Không gian
ảnh

Không gian

đối tượng
x
a

Nguồn chiếu
sáng/xạ
Ảnh mặt cắt ngang
được tái tạo

Sơ đồ khối chung của hệ thống tạo ảnh 3-D
-4-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

Hệ thống tạo ảnh thông thƣờng

I: năng lượng mà hệ thống tạo ảnh thu được
C(): năng lượng bức xạ của nguồn chiếu sáng
,: góc tới và góc phản xạ
I=f{C(),,}I(x,y,z,,t)
-5-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

- Giả thiết quá trình tạo ảnh là bất biến theo thời
gian và chiếu sáng dọc theo trục z
 I(x,y,z,,t)= I(x,y,,)
- Ảnh RGB thu được
It   I  x, y,  .St ().d
St(): đáp ứng màu R, G, B của các thụ thể ánh sáng
hình nón ở mắt người
- Biến đổi màu
Y 
R 
 I   T G 
YIQ  
 
Q 
 B 

H 
R 
S   T G 
HSI  
 
 I 
 B 
-6-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

Các hệ quy chiếu màu

-7-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

-8-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

1.3. Quá trình tạo ảnh (Visual perception)
Giác mạc
Mồng mắt

Võng mạc
Hố võng
mạc
Điểm mù

Đồng tử
Thủy dịch
Thủy tinh
thể

Thụ thể
que và nón
Dịch thủy tinh

Cấu trúc giải phẫu của mắt

-9-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

- Ánh sánggiác mạc: phản xạ ánh sáng
thủy dịch
đồng tử: đường kính thay đổi do mồng
mắt (kiểm soát lượng ánh sáng vào mắt)
thủy tinh thể: điều chỉnh tầm nhìn xa,
gần
dịch thủy tinh:
võng mạc: hội tụ, chuyển ánh sáng
thành tín hiệu điện; nén dải động
6-7 triệu thụ thể nón, gần hố võng mạc,
nhìn ban ngày
75-150 triệu thụ thể nón, xa hố võng mạc,
nhìn ban đêm
-10-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

Xung thần kinhtế bào hạch (ức chế bên)
tế bào quặp (ức chế bên)
vỏ não: phát hiện hình dạng, kích thước,
chuyển động của đối tượng
-11-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

• Mơ hình thu nhận hình ảnh ở ngƣời

-12-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

• Độ nhậy cƣờng độ
- Định luật Weber (hiệu ứng JND): trên một dải
cường độ I rộng, I/I gần như không đổi
I
c 
 (log I )  constant
I

 c=a1  a2 log I

Hiệu ứng JND (Just Noticeable Difference)
-13-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

• Hiệu ứng dải Mach (Mach band)
- Theo tên nhà vật lý Ernst Mach
- Do ức chế bên

Ức chế bên
-14-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

- Do ức chế bên giữa các nơ ron ở võng mạclọc
không gian nhấn tần cao ảnh độ chói

Hiệu ứng dải Mach

• Che khơng gian (Độ nhìn thấy)
- Nhiễu khó quan sát thấy trong vùng đường biên
hơn so với vùng nền đồng đều

-15-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

1.4. Thu nhận ảnh
- Lấy mẫu ảnhphần tử ảnh, điểm ảnh (pixel)

Thu nhận và biểu diễn các mẫu ảnh
-16-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

VD: lấy mẫu tín hiệu video NTSC
3 [màu] x 512x512 [mẫu/khung] x 30 [khung/s]
= 3 x 1/4M x 30 [khung/s] = 3 x 7,5M [khung/s]
Tần số lấy mẫu thấpchồng phổ (hiệu ứng Moiré)

Ảnh hƣởng của tần số lấy mẫu
-17-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

- Lượng tử hóa
(peak-peak value) 2
PSNR  10 log10
mean-squared quantizatio noise
2552
=10log10 2
( /12)

Ảnh hƣởng của lƣợng tử hóa
-18-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

MỘT SỐ KIẾN THỨC BỔ TRỢ

-19-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

- Ảnh số 2-D fd(x,y) có thể được biểu diễn bằng
một ma trận 2 chiều của các số rời rạc thể hiện
cho độ sáng.

- Ảnh tương tự 2-D fa(x,y) thì cần phải được
chuyển sang định dạng số. Việc lấy mẫu cũng
tuân theo tiêu chuẩn Nyquist

-20-


Fundamentals of Digital Image Processing

Hàm lấy mẫu:



sx, y  

Image Processing Basics



  x  j x, y  j y
1

j1   j2  

2

Ảnh được lấy mẫu:
f d x, y   f a x, y sx, y 






  f  j x, j yx  j x, y  j y

j1   j2  

a

1

2

-21-

1

2


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

Thể hiện ảnh trong miền tần số:


1
Fs x , y  

Fa x  j1xs , y  j2y s 


x.y j  j 
1

2

2
 xs  x max  2.f x max
x
2
 y s  y max  2.f y max
y

-22-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

y

ymax

Fa(x, y)

xmax

xmax

ymax

-23-

x


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

-24-


Fundamentals of Digital Image Processing

Image Processing Basics

-25-