Tìm hiểu sự ra đời của cơ sở xủ lý ảnh phần 4 ppt

Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh
16
Màng cứng
ảnh hồng ngoại có thể đạt đợc theo cách tơng tự theo công thức (1.7), chỉ cần thay
đổi một cách đơn giản các đặc tính phổ của cảm biến đợc sử dụng.
2. Hệ thống thị giác ngời
2.1. Mắt.
Hệ thống thị giác ngời là bộ phận phức tạp nhất hiện hữu. Hệ thống thị giác
cho phép chúng ta tổ chức và hiểu biết nhiều phần tử phức tạp trong môi trờng quanh
ta. Hầu nh với tất cả động vật, thị giác là phơng tiện để duy trì sự sống còn. Với loài
ngời thị giác không chỉ là trợ giúp sự sống còn mà còn là một công cụ của t duy và
phơng tiện để làm cho cuộc sống phong phú hơn.
Hệ thống thị giác bao gồm mắt biến đổi ánh sáng thành tín hiệu thần kinh, và
các bộ phận hữu quan của não xử lý các tín hiệu thần kinh để lấy ra thông tin cần thiết.
Mắt, khởi đầu hệ thống thị giác, là một hình cầu với đờng kính khoảng 2 cm. Về mặt
chức năng mà nói , thì mắt là thiết bị thu gom và hội tụ ánh sáng l ên mặt sau của nó.
Hình cắt ngang của mắt đợc b iểu diễn trong hình 1.10. Tại phía trớc của mắt
trông ra thế giới bên ngoài, là giác mạc cứng (cornea), một màng mỏng dai và trong
suốt. Chức năng chính của giác mạc là để khúc xạ ánh sáng . Vì có hình tròn, nó hoạt
động nh thấu kính hội tụ của camera. Nó chịu trách nhiệm về gần 2/3 tổng ánh sáng
khúc xạ cần thiết cho việc hội tụ chính xác.
Hình 1.10 . Hình cắt ngang của mắt ngời.
Phía sau giác mạc có một thể dịch nớc (aqueous humour) là một dung dịch
trong veo, dễ lu động. Qua giác m ạc và thể dịch nớc có thể trông thấy tròng đen
Thể dịch nớc
Thuỷ tinh thể
trạch
Dịch thuỷ tinh
Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh
17
(iris), còn gọi là mống mắt. Bằng việc thay đổi kích cỡ đồng tử (con ngơi), một lỗ

tròn nhỏ ở giữa tròng đen, tròng đen điều khiển lợng ánh sáng vào mắt . Đờng kính
đồng tử khoảng từ 1,5 mm đến 8 mm, khi tiếp xúc với ánh sáng càng chói thì đờng
kính đồng tử càng thu nhỏ . Màu của mống mắt qui định màu của mắt. Khi chúng ta nói
rằng một ngời có mắt xanh, thì nghĩa là mống mắt màu xanh. Màu mống mắt tạo nên
sự hấp dẫn của mắt, không có ý nghĩa gì về c hức năng thị giác.
Phía sau mống mắt là thuỷ tinh thể, gồm nhiều sợi trong suốt đợc bao bọc
trong màng mỏng đàn hồi trong suốt, có kích thớc và hình dạng nh một hạt đậu nhỏ.
Thuỷ tinh thể phát triển trong suốt thời gian sống của con ngời. Do vậy thủy tinh thể
của một ngời 80 tuổi rộng hơn 50% của ngời 20 tuổi. Nh một củ hành, các tế bào
thuộc lớp già nhất nằm ở trung tâm, và các tế bào thuộc lớp trẻ hơn nằm xa trung tâm.
Thuỷ tinh thể có h ình dạng hai mặt lồi và chiết suất 1,4 cao hơn tất cả các phần khác
của mắt mà ánh sáng đi qua. Tuy nhiên thuỷ tinh thể đợc bao bọc bởi môi trờng có
chiết suất gần kề chiết suất của nó. Vì lý do này sự khúc xạ ánh sáng tại thuỷ tinh thể
có góc khúc xạ nhỏ hơn nhiều so với tại giác mạc. Giác mạc có chiết suất khúc xạ 1,38
nhng nó tiếp xúc với không khí có chiết suất bằng 1. Chức năng chính của thuỷ tinh
thể là hội tụ chính xác ánh sáng vào màn ảnh phía sau mắt gọi là võng mạc. Một hệ
thống với thấu kính cố định và khoảng cách cố định giữa thấu kính và màn ảnh, có thể
hội tụ những vật ở một khoảng cách cụ thể. Ví dụ, nếu vật ở xa hội tụ rõ nét thì vật ở
gần sẽ hội tụ phía sau màn ảnh. Để có thể hội tụ vật ở gần tại một thời điểm và vật ở xa
tại vài thời điểm khác, camera thay đổi khoảng cách giữa thấu kính (cố định) và màn
ảnh. Đó là trờng hợp mắt của nhiều loại cá.
Trong trờng hợp mắt ngời, hình dạng thuỷ tinh thể, chứ không phải là khoảng
cách giữa thuỷ tinh thể và màn ảnh, đợc thay đổi. Quá trình thay đổi hình dạng để
nhìn đợc cả gần và xa gọi là sự điều tiết củ a mắt. Thay đổi hình dạng là đặc tính quan
trọng nhất của thuỷ tinh thể. Sự điều tiết của mắt xảy ra gần nh ngay lập tức và đợc
điều khiển bởi mi mắt, một nhóm cơ bao quanh thuỷ tinh thể.
Phía sau thuỷ tinh thể là thuỷ tinh dịch, là một chất trong suốt nh thạch. Nó
đợc phối hợp về mặt quang học sao cho ánh sáng đã đợc thuỷ tinh thể hội tụ rõ nét
rồi thì ánh sáng cứ giữ nguyên lộ trình. Thuỷ tinh dịch chứa trong toàn bộ không gian
giữa thuỷ tinh thể và võng mạc, chiếm khoảng 2/3 dung tích mắt. Một tron g những

chức năng của nó là để giữ nguyên hình dạng mắt.
Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh
18
Phía sau dịch thuỷ tinh là võng mạc, nó phủ khoảng 65% phía trong nhãn cầu.
Đây là màn hình, nơi ánh sáng vào đợc hội tụ và các tế bào tiếp nhận quang chuyển
ánh sáng thành tín hiệu thần kinh. Tất cả các bộ phận của mắt mà chúng ta nói đến đều
phục vụ cho chức năng đặt một hình ảnh rõ nét lên bề mặt cơ quan cảm nhận. Việc ảnh
đợc tạo ra trên võng mạc, và mắt chỉ đơn giản là một thiết bị nhận ảnh, mãi đến tận
đầu thế kỷ 17 ngời ta mới biết. Ngay cả thời Hy Lạp cổ đại đã biết cấu trúc của mắt
một cách chính xác và đã tiến hành phẫu thuật mắt khá tinh vi cũng chỉ lập luận rằng
có những tia tơng tự ánh sáng (light -like) phát ra từ mắt đập vào vật và làm nó có thể
thấy đợc. Cuối cùng sự thật xuất hiệ n, năm 1625 Scheiner chứng minh đợc rằng ánh
sáng thâm nhập vào mắt và sự nhìn bắt nguồn từ ánh sáng thâm nhập vào mắt. Tách và
và đem trơng võng mạc của động vật và nhìn nó từ phía sau, ông đã thấy đợc ảnh lập
lại rất nhỏ của những vật trớc nhãn cầu.
Có hai loại tế bào cảm nhận ánh sáng trong võng mạc. Chúng đợc gọi là tế bào
hình nón và hình que. Hình nón, với số lợng khoảng 7 triệu, kém nhậy sáng hơn hình
que và chủ yếu là để nhìn ban ngày. Chúng cũng có trách nhiệm cảm nhận màu sắc. Có
ba loại hình nón theo thứ tự nhậy nhất với ánh sáng đỏ, lục và lam. Đây là cơ sở sinh lý
học định tính của việc biểu diễn ảnh màu với ba ảnh đơn sắc đỏ, lục và lam. Hình que,
số lợng khoảng 120 triệu, nhậy sáng hơn hình nón và về cơ bản để nhìn ban đêm. Vì
hình nón chịu trách nhiệm cho ảnh màu không phản ứng khi ánh sáng tù mù, nên chúng
ta không thể thấy màu trong bóng tối.
Tế bào hình que và hình nón phân bổ khắp võng mạc. Tuy nhiên sự phân bố của
chúng không đều. Sự phân bố của tế bào hình que và hình nón trong v õng mạc đựơc
biểu diễn trong hình 1.11. Ngay phía sau điểm chính giữa con ngơi có một chỗ trũng
trên võng mạc, gọi là điểm vàng (fovea). ở đó tập trung đa số tế bào hình nón và hoàn
toàn không có tế bào hình que.
Do đó, đây là vùng nhìn rõ nhất trong ánh sáng trắng. Khi ta nhìn thẳng vào một
vật phía trớc, vật đợc hội tụ trong điểm vàng (fovea). Vì điểm vàng (fovea) rất nhỏ, ta

thờng xuyên di chuyển sự chú ý từ vùng này sang vùng khác, khi xem xét một vùng
rộng hơn. Tế bào hình que, hoạt động tốt nhất khi trời tối, đợc tập trung ở vùng xa
điểm vàng (fovea). Vì không có tế bào hình que trong điểm vàng (fovea), nên một vật
hội tụ trong điểm vàng (fovea) không thể thấy đợc trong bóng tối. Do đó ban đêm để
thấy một vật, vào ta phải nhìn hơi nghiêng.
Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh
19
Hình 1.11: Sự phân bố tế bào hình que (đờng chấm chấm ) và hình non (đờng liền nét)
trên võng mạc.
Có nhiều lớp mỏng trong võng mạc. Tuy tế bào hình que và hình nón là các tế
bào cảm nhận ánh sáng, đáng lý ra chúng phải nằm kề thuỷ tinh dịch, nhng chúng lại
ở xa hơn thuỷ tinh dịch. Do vậy ánh sáng phải đi qua các lớp khác của võng mạc, chẳng
hạn đi qua các sợi thần kinh để tới tế bào hình nón, hình que. Điều này đợc mô tả
trong hình 1.12. Thật không hiểu tại sao thiên nhiên lại chọn cách làm nh vậy, nhng
trong thực tế cách sắp đặt này vẫn hoạt động tốt. Nhng ít ra thì ta cũng thấy là ở điểm
vàng (fovea) các dây thần kinh đợc đẩy sang một bên để các tế bào hình nón đợc
phơi ra trớc ánh sáng.
Hình 1.12 : Các lớp trong võng mạc. Lu ý rằng ánh sáng phải đi qua nhiều lớp trớc khi
tới đợc các tế bà o cảm nhận ánh sáng .
ánh sáng
Các tế bào
Pigment
Tế bào hình nón
Tế bào hình que
Tế bào lỡng cực
Tế bào Ganglian
Dây thần kinh thị
giác
Mũi
nón

nón
Góc nhìn, độ
Thái dơng trong
võng mạc
Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh
20
Vì cách sắp xếp đặc biệt này, các dây thần kinh ánh sáng phải xuyên qua các lớp
tế bào cảm nhận ánh sáng trên đờng tới não. Thay vì vợt qua các lớp tế bào cảm nhận
ánh sáng ở khắp võng mạc, chúng đợc bó lại tại một vùng nhỏ bằng cỡ đầu ghim
trong võng mạc, gọi là điểm mù. Vì không có các tế bào cảm nhận ánh sáng trong vùng
này, chúng ta không thể nhìn thấy ánh sáng hội tụ trên điểm mù.
Khi ánh sáng đập tới tế bào hình nón và hình que, một phản ứng điện hoá phức
tạp xảy ra, và ánh sáng đợc chuyển thành các xung thần kinh, truyền đến não thông
qua dây thần kinh thị giác. Có khoảng 130 triệu tế bào cảm nhận ánh sáng (hình nón và
hình que), nhng chỉ có khoảng 1 triệu giây thần kinh. Điều đó có nghĩa là trung bình
cứ một dây thần kinh phục vụ hơn 100 tế bào cảm nhận ánh sáng. Trong thực tế không
phải là chia đều nh vậy. Với một số tế bào hình nón trong điểm vàng (fovea) mỗi dây
thần kinh phục vụ cho một tế bào, làm tăng tính nhậy sáng trong vùng này. Tuy nhiên,
các tế bào hình que lại đợc chia đều cho các dây thần kinh. Đây là lý do tại sao tính
nhậy sáng (visual acuity) vào ban đêm không tốt bằng ban ngày, tuy có nhiều tế bào
hình que hơn hình nón.
Hình 1.13 : Đờng các tín hiệh thần kinh đi từ võng mạc đến vỏ não thị giác.
Vật cong gập nh đầu gối
Chỗ các dây thần kinh thị
giác giao nhau
Võng mạc
Bó dây thần
kinh thị giác
Bức xạ thị giác