CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH pdf

1
CHƢƠNG 4:
XỬ LÝ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
ẢNH
(image enhancement)
4.1. CC K THUT TNG CNG NH
(Image Enhancement)
Nhim v ca tng cng nh khụng phi l lm tng lng thụng
tin vn cú trong nh m lm ni bt cỏc c trng ó chn lm sao
cú th phỏt hin tt hn, to thnh quỏ trỡnh tin x lý cho phõn
tớch nh.
Toán tử điểm
Tăng độ t-ơng
phản
Xoá nhiễu
Chia cửa sổ
Mô hình hoá
l-ợc đồ
Toán tử KG
Lọc trung
vị
Trơn nhiễu
Lọc dải thấp
Trơn ảnh
Biến đổi
Lọc gốc
Lọc tuyến
tính
Lọc sắc thể
Giả màu
Sai màu

Hình 4.1. Các kỹ thuật cải thiện ảnh

Nâng cao chất lƣợng ảnh
là bước cần thiết trong xử lý
ảnh nhằm hoàn thiện một số đặc tính của ảnh.
Nâng cao chất lượng ảnh gồm hai công đoạn khác nhau:
tăng cường ảnh và khôi phục ảnh. Tăng cường ảnh nhằm
hoàn thiện các đặc tính của ảnh như :
- Lọc nhiễu, hay làm trơn ảnh,
- Tăng độ tương phản, điều chỉnh mức xám của ảnh,
- Làm nổi biên ảnh.
Các thuật toán triển khai việc nâng cao chất lượng ảnh hầu
hết dựa trên các kỹ thuật trong miền điểm, không gian và
tần số. Toán tử điểm là phép biến đổi đối với từng điểm
ảnh đang xét, không liên quan đến các điểm lân cận khác,
trong khi đó, toán tử không gian sử dụng các điểm lân cận
để quy chiếu tới điểm ảnh đang xét.
4
XỬ LÝ ĐIỂM
 Toán tử T hoạt động tại mỗi vùng lân cận của vị trí điểm
ảnh (x, y) trong ảnh f để cho ảnh đầu ra g tương ứng.
 T tác động lên vùng lân cận có kích thước 11 (tác động
lên điểm đơn)  g chỉ phụ thuộc vào giá trị của f tại điểm
(x, y), và T trở thành hàm biến đổi cấp xám có dạng:
s = T(r)
r = f(x, y)
s = g(x, y)
 Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật xử lý điểm
5
BIẾN ĐỔI ĐỒNG NHẤT

 Ví dụ: Hàm biến đổi đồng nhất các điểm ảnh
r
s=T(r)
m
T(r)
Tối Sáng
Tối
Sáng
Hàm biến đổi đồng nhất T(r).
Ảnh kết quả có độ tương phản
giống với ảnh gốc.
m
6
TĂNG ĐỘ TƢƠNG PHẢN
 Ví dụ: Hàm tăng cường độ tương phản của ảnh
r
s=T(r)
m
T(r)
Tối Sáng
Tối
Sáng
Hàm tăng độ tương phản T(r).
Ảnh kết quả có độ tương phản
cao hơn ảnh gốc nhờ làm tối
những mức xám nhỏ hơn m và
tăng độ sáng những cấp xám
lớn hơn m
m
7

TĂNG ĐỘ TƢƠNG PHẢN
 Ví dụ: Hàm tăng cường độ tương phản của ảnh
r
s=T(r)
m
T(r)
Tối Sáng
Tối
Sáng
Hàm tăng độ tương phản T(r).
Ảnh kết quả có độ tương phản
cao hơn ảnh gốc nhờ làm tối
những mức xám nhỏ hơn m và
tăng độ sáng những cấp xám
lớn hơn m
m
8
PHÂN NGƢỠNG
 Ví dụ: Hàm phân ngưỡng
r
s=T(r)
m
T(r)
Tối Sáng
Tối
Sáng
Hàm phân ngưỡng T(r) cho kết
quả là ảnh có hai mức xám
(ảnh nhị phân)
. Những điểm

ảnh có cấp xám nhỏ hơn m sẽ
được quy về màu đen, những
điểm ảnh có giá trị lớn hơn
hoặc bằng m được quy về màu
trắng.
9
XỬ LÝ MẶT NẠ/BỘ LỌC
 Đối với những lân cận lớn hơn 11 việc xử lý điểm ảnh
phức tạp hơn nhiều.
 Một lân cận có kích thước lớn hơn 11 được gọi là một
mặt nạ, hoặc bộ lọc, hoặc mẫu, hoặc cửa sổ.
 Các giá trị trong mặt nạ được gọi là các hệ số của mặt nạ.
 Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật xử lý mặt nạ
hay kỹ thuật lọc
10
MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI
CẤP XÁM CƠ BẢN
 Quy ước:
Các giá trị điểm ảnh trước khi xử lý ký hiệu là r.
Các giá trị điểm ảnh sau khi xử lý ký hiệu là s.
r và s quan hệ với nhau qua biểu thức s = T(r).
r
s
0
0
T(r)
L-1
L-1
11
MỘT SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI

CẤP XÁM CƠ BẢN
 Ba loại hàm cơ bản
thường sử dụng để tăng
cường ảnh.
– Phép biến đổi âm bản và
đồng nhất.
– Phép biến đổi logarit (log
và log ngược)
– Phép biến đổi lũy thừa
(lũy thừa bậc n và căn
bậc n)
Cấp xám đầu vào, r
Âm bản
Log
Căn bậc n
Đồng nhất
Lũy thừa bậc n
Log ngƣợc
12
PHỦ ĐỊNH ẢNH -
PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN
 Phủ định của một ảnh với các cấp xám nằm trong phạm vi
[0, L-1] có được bằng cách sử dụng phép biến đổi âm bản:
s = L - 1 – r
Hình bên mô tả phép biến
đổi âm bản.
Âm bản
0 L-1L/4 L/2 3L/4
L/4
L/2

3L/4
L-1
Cấp xám đầu ra
Cấp xám đầu vào
13
PHỦ ĐỊNH ẢNH -
PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN
 Hình dưới mô tả ảnh gốc và ảnh phủ định bằng cách sử
dụng phép biến đổi âm bản
14
PHỦ ĐỊNH ẢNH -
PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN
 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn
[0, 7]. Tìm ảnh âm bản của I. s = 7 - r
0 2 3 4 0 3 5 6 7
5 2 5 6 7 7 0 3 4
2 3 4 1 6 2 1 0 4
7 4 6 2 3 7 1 3 3
2 3 1 0 4 5 6 2 5
7 0 1 2 7 0 0 0 3
4 5 2 4 5 6 7 0 3
2 1 6 3 4 5 6 2 7
3 6 2 5 3 7 0 3 1
15
PHỦ ĐỊNH ẢNH -
PHÉP BIẾN ĐỔI ÂM BẢN
 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn
[0, 7]. Tìm ảnh âm bản của I.
0 2 3 4 0 3 5 6 7
5 2 5 6 7 7 0 3 4

2 3 4 1 6 2 1 0 4
7 4 6 2 3 7 1 3 3
2 3 1 0 4 5 6 2 5
7 0 1 2 7 0 0 0 3
4 5 2 4 5 6 7 0 3
2 1 6 3 4 5 6 2 7
3 6 2 5 3 7 0 3 1
7 5 4 3 7 4 2 1 0
2 5 2 1 0 0 7 4 3
5 4 3 6 1 5 6 7 3
0 3 1 5 4 0 6 4 4
5 4 6 7 3 2 1 5 2
0 7 6 5 0 7 7 7 4
3 2 5 3 2 1 0 7 4
5 6 1 4 3 2 1 5 0
4 1 5 2 4 0 7 4 6
16
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG
 Dạng chung của phép biến đổi Log là:
s = c  log(1 + r)
c là hằng số
r  0
Hình bên mô tả phép biến đổi
Log và Log ngược.
Log
Log ngược
0 L-1L/4 L/2 3L/4
L/4
L/2
3L/4

L-1
Cấp xám đầu ra
Cấp xám đầu vào
17
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG
 Phép biến đổi Log ánh xạ một
khoảng hẹp các giá trị cấp xám
thấp trong ảnh đầu vào thành
một khoảng rộng hơn các giá trị
cấp xám của ảnh đầu ra.
 Ngược lại nó ánh xạ một
khoảng rộng các giá trị cấp xám
cao trong ảnh đầu vào thành một
khoảng hẹp hơn các giá trị cấp
xám của ảnh đầu ra.
Log
0 L-1L/4 L/2 3L/4
L/4
L/2
3L/4
L-1
Cấp xám đầu ra
Cấp xám đầu vào
18
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG NGƢỢC
 Đối ngẫu với phép biến đổi Log
 Phép biến đổi Log ngược ánh
xạ một khoảng rộng các giá trị
cấp xám thấp trong ảnh đầu vào
thành một khoảng rộng hơn các

giá trị cấp xám của ảnh đầu ra.
 Ngược lại nó ánh xạ một
khoảng hẹp các giá trị cấp xám
cao trong ảnh đầu vào thành một
khoảng hẹp hơn các giá trị cấp
xám của ảnh đầu ra.
Log ngược
0 L-1L/4 L/2 3L/4
L/4
L/2
3L/4
L-1
Cấp xám đầu ra
Cấp xám đầu vào
19
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG
Hình dưới là phổ Fourier và phép biến đổi log của với c = 1
s = log (1 + r)
20
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG
 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn
[0, 255]. Dùng biến đổi s = Log(1+r) để tìm ảnh đầu ra.
10 10 10 10 10 10 10 10
10 20 20 20 20 20 20 10
10 20 130 130 130 130 20 10
10 20 130 250 250 130 20 10
10 20 130 250 250 130 20 10
10 20 130 130 130 130 20 10
10 20 20 20 20 20 20 10
10 10 10 10 10 10 10 10

21
PHÉP BIẾN ĐỔI LOG
 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn
[0, 255]. Dùng biến đổi s = Log(1+r) để tìm ảnh đầu ra.
10 10 10 10 10 10 10 10
10 20 20 20 20 20 20 10
10 20 130 130 130 130 20 10
10 20 130 250 250 130 20 10
10 20 130 250 250 130 20 10
10 20 130 130 130 130 20 10
10 20 20 20 20 20 20 10
10 10 10 10 10 10 10 10
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 2 2 2 2 1 1
1 1 2 2 2 2 1 1
1 1 2 2 2 2 1 1
1 1 2 2 2 2 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
22
PHÉP BIẾN ĐỔI LŨY THỪA
 Dạng chung của phép biến đổi lũy thừa là:
s = cr

– c,  là những hằng số dương.
• Hình bên chỉ ra các cung tương
ứng của phép biến đổi lũy thừa với
 từ nhỏ đến lớn và c = 1.
• Khi c =  = 1  Phép đồng nhất.

Cấp xám đầu vào, r
23
(a) Ảnh cộng hưởng từ
chụp xương sống người.
(b-d) Kết quả sau khi áp
dụng phép biến đổi theo
phương trình s = cr

với
c = 1 và
-  = 0.6,
-  = 0.4,
-  = 0.3.
a b
c d
24
(a) Ảnh chụp từ trên
cao một vùng đất.
(b-d) Kết quả sau khi áp
dụng phép biến đổi theo
phương trình s = cr

với
c = 1 và
-  = 3.0,
-  = 4.0,
-  = 5.0.
a b
c d
PHÉP BIẾN ĐỔI LŨY THỪA

25
25 26 45 18 90 45 54 42
15 2 25 214 97 54 54 120
18 154 14 201 98 65 54 201
19 254 13 201 48 32 24 12
200 210 254 231 47 201 8 120
21 218 217 120 102 156 58 21
0 236 208 10 12 95 4 36
154 243 201 12 12 65 5 54
 Cho ảnh đa cấp xám I, với các cấp xám nằm trong đoạn
[0, 255]. Dùng biến đổi s = r
0.3
để tìm ảnh đầu ra.
PHÉP BIẾN ĐỔI LŨY THỪA