Xử lý ảnh số - Những nguyên lý cơ bản part 1 pptx

Chu
.
o
.
ng 2
NH
˜
U
.
NG NGUY
ˆ
EN L
´
YCO
.
BA
˙’
N
CU
˙’
AA
˙’
NH S
ˆ
O
´
2.1 Mˆo h`ınh chiˆe
´
us´ang-pha
˙’
nxa

.
a
˙’
nh
Trong gi´ao tr`ınh n`ay, thuˆa
.
tng˜u
.
a
˙’
nh n´oi d¯ˆe
´
n h`am cu
.
`o
.
ng d¯ˆo
.
s´ang (light-intensity) hai
chiˆe
`
u f(x, y), trong d¯´o gi´a tri
.
hay biˆen d¯ˆo
.
cu
˙’
a f ta
.
i(x, y) l`a cu

.
`o
.
ng d¯ˆo
.
(d¯ˆo
.
s´ang) cu
˙’
a
a
˙’
nh ta
.
id¯iˆe
˙’
m n`ay. Do ´anh s´ang l`a mˆo
.
tda
.
ng nˇang lu
.
o
.
.
ng, f(x, y)cˆa
`
n kh´ac khˆong v`a
h˜u
.

uha
.
n, t´u
.
cl`a
0 <f(x, y) < ∞.
C´ac a
˙’
nh ch´ung ta quan s´at thˆa
´
ygˆo
`
m ´anh s´ang d¯u
.
o
.
.
c pha
˙’
nxa
.
t`u
.
c´ac d¯ˆo
´
itu
.
o
.
.

ng.
Du
.
.
a v`ao ba
˙’
nchˆa
´
ttu
.
.
nhiˆen cu
˙’
a ´anh s´ang c´o thˆe
˙’
xem f(x, y)d¯ˇa
.
c tru
.
ng cho hai th`anh
phˆa
`
n. Th´u
.
nhˆa
´
t l`a sˆo
´
lu
.

o
.
.
ng cu
˙’
a nguˆo
`
n s´ang chiˆe
´
ut´o
.
ica
˙’
nh d¯u
.
o
.
.
c quan s´at; th´u
.
hai l`a
sˆo
´
lu
.
o
.
.
ng ´anh s´ang pha
˙’

nxa
.
bo
.
˙’
id¯ˆo
´
itu
.
o
.
.
ng trong ca
˙’
nh. C´ac th`anh phˆa
`
n n`ay d¯u
.
o
.
.
cgo
.
i
tu
.
o
.
ng ´u
.

ng l`a chiˆe
´
u s´ang v`a pha
˙’
nxa
.
,k´yhiˆe
.
ul`ai(x, y)v`ar(x, y). Ta c´o thˆe
˙’
viˆe
´
t
f(x, y)=i(x, y)r(x, y),
trong d¯´o
0 <i(x, y) < ∞
v`a
0 ≤ r(x, y) ≤ 1.
21
D
-
iˆe
`
ukiˆe
.
n sau chı
˙’
ra rˇa
`
ng th`anh phˆa

`
n pha
˙’
nxa
.
bi
.
chˇa
.
nbo
.
˙’
i 0 (hˆa
´
p thu
.
ho`an to`an) v`a 1
(pha
˙’
nxa
.
ho`an to`an). Ch´u´yrˇa
`
ng, th`anh phˆa
`
n i(x, y)d¯u
.
o
.
.

c x´ac d¯i
.
nh bo
.
˙’
i nguˆo
`
n s´ang,
trong khi r(x, y)d¯u
.
o
.
.
c x´ac d¯i
.
nh bo
.
˙’
i c´ac d¯ˇa
.
c tru
.
ng cu
˙’
ad¯ˆo
´
itu
.
o
.

.
ng trong ca
˙’
nh.
C´ac th`anh phˆa
`
n chiˆe
´
u s´ang v`a pha
˙’
nxa
.
vˆe
`
l´y thuyˆe
´
t l`a bi
.
chˇa
.
n. Sau d¯ˆay l`a mˆo
.
t
v`ai gi´a tri
.
minh ho
.
a pha
.
mvicu

˙’
a i(x, y). V`ao ng`ay nˇa
´
ng khˆong mˆay, i(x, y) ≥ 9000. Gi´a
tri
.
n`ay nho
˙’
ho
.
n 1000 v`ao ng`ay c´o nhiˆe
`
u mˆay. Nh˜u
.
ng d¯ˆem trˇang rˇa
`
m, i(x, y)  0.01.
Ta
.
i c´ac vˇan ph`ong th`ı i(x, y)  100. Tu
.
o
.
ng tu
.
.
sau d¯ˆay l`a mˆo
.
t v`ai gi´a tri
.

d¯ ˇa
.
cbiˆe
.
tcu
˙’
a
r(x, y) : 0.01 d¯ˆo
´
iv´o
.
i nhung d¯en, 0.65 d¯ˆo
´
iv´o
.
i inˆoc, 0.80 v´o
.
ic´acb´u
.
ctu
.
`o
.
ng phˇa
˙’
ng so
.
n
trˇa
´

ng, 0.90 v´o
.
i c´ac du
.
ng cu
.
kim loa
.
i tr´ang ba
.
c v`a 0.93 d¯ˆo
´
iv´o
.
i tuyˆe
´
t.
Trong gi´ao tr`ınh n`ay, cu
.
`o
.
ng d¯ˆo
.
cu
˙’
aa
˙’
nh d¯o
.
nsˇa

´
c f ta
.
i(x, y)go
.
il`am´u
.
c x´am (gray
level), k´yhiˆe
.
u l, cu
˙’
aa
˙’
nh ta
.
id¯iˆe
˙’
m n`ay. Ta c´o
L
min
≤ l ≤ L
max
.
Vˆe
`
l´y thuyˆe
´
t, ta chı
˙’

cˆa
`
n L
min
> 0v`aL
max
h˜u
.
uha
.
n. Trong thu
.
.
ctˆe
´
, L
min
= i
min
r
min
v`a
L
max
= i
max
r
max
. Su
.

˙’
du
.
ng c´ac gi´a tri
.
trˆen cu
˙’
a th`anh phˆa
`
n chiˆe
´
u s´ang v`a pha
˙’
nxa
.
,ta
c´o thˆe
˙’
xˆa
´
pxı
˙’
L
min
 0.005 v`a L
max
 100 trong nh˜u
.
ng ´u
.

ng du
.
ng xu
.
˙’
l´y a
˙’
nh.
D
-
oa
.
n[L
min
,L
max
]go
.
il`athang d¯ˆo
.
x´am (gray scale). Trong thu
.
.
ctˆe
´
ta thu
.
`o
.
ng ti

.
nh
tiˆe
´
n khoa
˙’
ng n`ay vˆe
`
d¯oa
.
n[0,L] trong d¯´o l =0tu
.
o
.
ng ´u
.
ng m`au d¯en v`a l = L l`a m`au
trˇa
´
ng. Tˆa
´
tca
˙’
c´ac gi´a tri
.
trung gian tu
.
o
.
ng ´u

.
ng c´ac sˇa
´
c th´ai cu
˙’
am´u
.
c x´am (thay d¯ˆo
˙’
i
liˆen tu
.
ct`u
.
d¯en sang trˇa
´
ng).
2.2 Lˆa
´
ymˆa
˜
uv`alu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a

2.2.1 Lˆa
´
ymˆa
˜
u v`a lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a d¯ˆe
`
u
D
-
ˆe
˙’
c´o thˆe
˙’
xu
.
˙’
l´y trˆen m´ay t´ınh, cˆa
`
n pha
˙’
isˆo
´

ho´a h`am a
˙’
nh f(x, y)ca
˙’
vˆe
`
khˆong gian lˆa
˜
n
biˆen d¯ˆo
.
.Sˆo
´
ho´a c´ac to
.
ad¯ˆo
.
khˆong gian (x, y)go
.
il`alˆa
´
ymˆa
˜
u (image sampling) c`on sˆo
´
ho´a biˆen d¯ˆo
.
go
.
il`alu

.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a (gray-level quantization).
Gia
˙’
su
.
˙’
h`am a
˙’
nh f(x, y)d¯u
.
o
.
.
cxˆa
´
pxı
˙’
bo
.
˙’
iviˆe
.
clˆa

´
ymˆa
˜
uv´o
.
i khoa
˙’
ng c´ach bˇa
`
ng nhau
(go
.
il`alˆa
´
ymˆa
˜
u v`a lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a d¯ˆe
`
u) v`a d¯u
.
o
.

.
csˇa
´
pxˆe
´
po
.
˙’
da
.
ng ma trˆa
.
n k´ıch thu
.
´o
.
c
22
N ×M, go
.
il`aa
˙’
nh sˆo
´
:
f(x, y) 












f(0, 0) f(0, 1) ··· f(0,M − 1)
f(1, 0) f(1, 1) ··· f(1,M − 1)
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
f(N − 1, 0) f(N − 1, 1) ··· f(N − 1,M − 1)












,
trong d¯´o mˆo
˜
i phˆa
`
ntu
.
˙’
cu
˙’
ama
˙’
ng, go
.
il`ad¯ i ˆe
˙’
ma
˙’
nh hay pixel, l`a mˆo
.
td¯a
.
ilu
.
o
.
.

ng r`o
.
ira
.
c.
Tiˆe
´
n tr`ınh lˆa
´
ymˆa
˜
u c´o thˆe
˙’
xem nhu
.
phˆan hoa
.
ch mˇa
.
t phˇa
˙’
ng xy th`anh mˆo
.
tlu
.
´o
.
i
v´o
.

i c´ac to
.
ad¯ˆo
.
tˆam cu
˙’
alu
.
´o
.
il`acˇa
.
p c´ac phˆa
`
ntu
.
˙’
(x, y) ∈ Z
2
v`a xˆa
´
pxı
˙’
h`am bˇa
`
ng phu
.
o
.
ng

ph´ap nˆo
.
i suy t`u
.
c´ac h`am “co
.
so
.
˙’
” thˆong qua c´ac gi´a tri
.
n`ay. Trong lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a ta cho
ph´ep c´ac h`am chı
˙’
lˆa
´
y c´ac gi´a tri
.
trong tˆa
.
ph˜u
.

uha
.
n (“c´ac m´u
.
clu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a”), thay
cho gi´a tri
.
thu
.
.
ctˆe
´
bˇa
`
ng c´ac m´u
.
clu
.
o
.
.
ng tu

.
˙’
ho´a gˆa
`
nv´o
.
i n´o nhˆa
´
t. C´ac d¯iˆe
˙’
mlˆa
´
ymˆa
˜
u
v`a/hoˇa
.
c c´ac m´u
.
clu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
c´o thˆe
˙’
cho tru

.
´o
.
c, hoˇa
.
cch´ung c´o thˆe
˙’
phu
.
thuˆo
.
c v`ao thuˆo
.
c
t´ınh cu
˙’
a h`am. Do d¯´o f(x, y) l`a h`am a
˙’
nh sˆo
´
nˆe
´
u(x, y) ∈ Z
2
v`a f l`a h`am g´an mˆo
.
t gi´a
tri
.
x´am (thu

.
`o
.
ng l`a sˆo
´
nguyˆen) d¯ˆo
´
iv´o
.
imˆo
˜
icˇa
.
p(x, y).
Tiˆe
´
n tr`ınh sˆo
´
ho´a cˆa
`
n x´ac d¯i
.
nh c´ac gi´a tri
.
M,N v`a sˆo
´
c´ac m´u
.
c x´am. Trong thu
.

.
c
tˆe
´
c´ac d¯a
.
ilu
.
o
.
.
ng n`ay thu
.
`o
.
ng l`a lu˜y th`u
.
a nguyˆen cu
˙’
a hai; t´u
.
cl`a
N =2
n
,M=2
k
,G=2
m
,
trong d¯´o G l`a sˆo

´
c´ac m´u
.
c x´am. Phˆa
`
n n`ay s˜e gia
˙’
thiˆe
´
t c´ac m´u
.
c x´am r`o
.
ira
.
c thay d¯ˆo
˙’
i
c´ach d¯ˆe
`
u nhau trong khoa
˙’
ng 0 v`a L. Khi d¯´o sˆo
´
c´ac bit d¯ˆe
˙’
lu
.
utr˜u
.

a
˙’
nh sˆo
´
l`a
b = N × M ×m.
Nˆe
´
u M = N th`ı b = N
2
m. Chˇa
˙’
ng ha
.
n, a
˙’
nh 128 ×128 v´o
.
i64m´u
.
c x´am cˆa
`
n 98304 bit
lu
.
utr˜u
.
.
V´ı d u
.

2.2.1 A
˙’
nh trong H`ınh 2.1 d¯u
.
o
.
.
c chia th`anh 16 h`ang v`a 16 cˆo
.
t. Gi´a tri
.
d¯ u
.
o
.
.
c
g´an cho pixel p l`a gi´a tri
.
x´am trung b`ınh (d¯u
.
o
.
.
c l`am tr`on) cu
˙’
a c´ac pixel trong lˆan cˆa
.
n
cu

˙’
a p.
Vˆa
´
nd¯ˆe
`
d¯ ˇa
.
t ra l`a cˆa
`
n bao nhiˆeu mˆa
˜
uv`am´u
.
c x´am d¯ˆe
˙’
c´o a
˙’
nh xˆa
´
pxı
˙’
tˆo
´
t? D
-
ˆo
.
phˆan
gia

˙’
i (resolution) (m´u
.
cd¯ˆo
.
c´o thˆe
˙’
thˆa
´
y r˜o chi tiˆe
´
t) cu
˙’
amˆo
.
ta
˙’
nh phu
.
thuˆo
.
crˆa
´
t nhiˆe
`
u v`ao
23
Cˆo
.
t

H`ang
f(10, 3)
H`ınh 2.1: Sˆo
´
ho´a a
˙’
nh liˆen tu
.
c. Gi´a tri
.
x´am ta
.
i pixel c´o to
.
ad¯ˆo
.
x =10,y = 3 l`a 110.
c´ac tham sˆo
´
n`ay. Khi c´ac tham sˆo
´
n`ay tˇang th`ı a
˙’
nh sˆo
´
ho´a s˜e gˆa
`
nv´o
.
ia

˙’
nh thu
.
.
ctˆe
´
ho
.
n
nhu
.
ng do d¯´o c˜ung d¯`oi ho
˙’
i khˆong gian lu
.
utr˜u
.
nhiˆe
`
uho
.
n v`a xu
.
˙’
l´y ph´u
.
cta
.
pho
.

n. Mˆo
.
t
“a
˙’
nh tˆo
´
t” rˆa
´
t kh´o d¯i
.
nh ngh˜ıa v`ı chˆa
´
tlu
.
o
.
.
ng a
˙’
nh khˆong nh˜u
.
ng phu
.
thuˆo
.
c v`ao d¯´anh gi´a
chu
˙’
quan m`a c`on phu

.
thuˆo
.
crˆa
´
t nhiˆe
`
u v`ao c´ac ´u
.
ng du
.
ng.
2.2.2 Lˆa
´
ymˆa
˜
u v`a lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a khˆong d¯ˆe
`
u
V´o
.
id¯ˆo

.
phˆan gia
˙’
i khˆong gian cˆo
´
d¯ i
.
nh, chˆa
´
tlu
.
o
.
.
ng a
˙’
nh s˜e d¯u
.
o
.
.
cca
˙’
i thiˆe
.
n trong nhiˆe
`
u
tru
.

`o
.
ng ho
.
.
pbˇa
`
ng c´ach su
.
˙’
du
.
ng phu
.
o
.
ng ph´ap th´ıch nghi trong d¯´o qu´a tr`ınh lˆa
´
ymˆa
˜
u
phu
.
thuˆo
.
c v`ao c´ac d¯ˇa
.
c tru
.
ng cu

˙’
aa
˙’
nh. N´oi chung, ta thu
.
`o
.
ng lˆa
´
ymˆa
˜
umi
.
n trong nh˜u
.
ng
v`ung m´u
.
c x´am thay d¯ˆo
˙’
i nhiˆe
`
u, tr´ai la
.
ilˆa
´
ymˆa
˜
u thˆo v´o
.

inh˜u
.
ng v`ung tu
.
o
.
ng d¯ˆo
´
i tro
.
n.
Chˇa
˙’
ng ha
.
n, x´et a
˙’
nh ch´u
.
ng minh thu
.
,hiˆe
˙’
n nhiˆen nˆe
`
nch´u
.
arˆa
´
t ´ıt thˆong tin chi tiˆe

´
tv`a
c´o thˆe
˙’
d¯ u
.
o
.
.
cbiˆe
˙’
udiˆe
˜
nbˇa
`
ng viˆe
.
clˆa
´
ymˆa
˜
u thˆo. Tr´ai la
.
i, khuˆon mˇa
.
tch´u
.
a nhiˆe
`
u chi tiˆe

´
t
nˆen viˆe
.
clˆa
´
ymˆa
˜
umi
.
n s˜e nˆang cao chˆa
´
tlu
.
o
.
.
ng a
˙’
nh sˆo
´
ho´a. Ngo`ai ra, viˆe
.
clˆa
´
ymˆa
˜
uc˜ung
cˆa
`

n tˇang o
.
˙’
v`ung “biˆen” gi˜u
.
a khuˆon mˇa
.
tv`anˆe
`
n.
Phu
.
o
.
ng ph´ap lˆa
´
ymˆa
˜
u khˆong d¯ˆe
`
u c´o thˆe
˙’
gˆay ra nh˜u
.
ng tro
.
˙’
nga
.
i trong viˆe

.
c nhˆa
.
n
da
.
ng c´ac d¯u
.
`o
.
ng biˆen. Lˆa
´
ymˆa
˜
u khˆong d¯ˆe
`
uc˜ung ´ıt d¯u
.
o
.
.
csu
.
˙’
du
.
ng d¯ˆo
´
iv´o
.

inh˜u
.
ng a
˙’
nh
ch´u
.
a nhiˆe
`
uv`ung nho
˙’
d¯ ˆo
`
ng da
.
ng.
Khi sˆo
´
c´ac m´u
.
c x´am cˆa
`
ngi˜u
.
la
.
i ´ıt, tu
.
o
.

ng tu
.
.
nhu
.
trˆen, ch´ung ta c´o thˆe
˙’
lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
24
ho´a khˆong d¯ˆe
`
u. Tuy nhiˆen, mˇa
´
t ngu
.
`o
.
itu
.
o
.
ng d¯ˆo
´

i k´em nha
.
yca
˙’
mv´o
.
iviˆe
.
c x´ac d¯i
.
nh sˇa
´
c
th´ai gˆa
`
nv`ung thay d¯ˆo
˙’
im´u
.
c x´am d¯ˆo
.
t ngˆo
.
t; trong tru
.
`o
.
ng ho
.
.

p n`ay su
.
˙’
du
.
ng ´ıt m´u
.
c x´am
trong lˆan cˆa
.
ncu
˙’
ad¯u
.
`o
.
ng biˆen. C´ac m´u
.
c c`on la
.
id¯u
.
o
.
.
csu
.
˙’
du
.

ng trong nh˜u
.
ng v`ung m´u
.
c
x´am thay d¯ˆo
˙’
i ´ıt. D
-
iˆe
`
u n`ay s˜e tr´anh hoˇa
.
c gia
˙’
mviˆe
.
cta
.
o ra nh˜u
.
ng d¯u
.
`o
.
ng viˆe
`
n sai.
Mˆo
.

tk˜y thuˆa
.
t kh´ac l`a t´ınh tˆa
`
nsˆo
´
xuˆa
´
thiˆe
.
ncu
˙’
atˆa
´
tca
˙’
c´ac m´u
.
c x´am. Sau d¯´o ta
s˜e lu
.
o
.
.
ng tu
.
˙’
ho´a mi
.
nv´o

.
inh˜u
.
ng khoa
˙’
ng tu
.
o
.
ng ´u
.
ng tˆa
`
nsˆo
´
l´o
.
n v`a ngu
.
o
.
.
cla
.
i.
2.3 Quan hˆe
.
co
.
ba

˙’
ngi˜u
.
ac´ac pixel
Phˆa
`
n n`ay k ´yhiˆe
.
u f(x, y)l`aa
˙’
nh, c´ac ch˜u
.
c´ai viˆe
´
tthu
.
`o
.
ng nhu
.
p, q l`a c´ac pixel. Tˆa
.
p
con cu
˙’
aa
˙’
nh f(x, y)k´yhiˆe
.
ul`aS.

2.3.1 C´ac lˆan cˆa
.
ncu
˙’
amˆo
.
t pixel
Pixel p =(x, y) c´o bˆo
´
n pixel lˆan cˆa
.
n ngang v`a d¯ ´u
.
ng v´o
.
i c´ac to
.
ad¯ˆo
.
tu
.
o
.
ng ´u
.
ng l`a
(x +1,y), (x −1,y), (x, y +1), (x, y −1).
Tˆa
.
pgˆo

`
mbˆo
´
n pixel n`ay go
.
il`a4-lˆan cˆa
.
n v`a k´yhiˆe
.
ul`aN
4
(p). Bˆo
´
n lˆan cˆa
.
n d¯ u
.
`o
.
ng ch´eo
cu
˙’
a p c´o c´ac to
.
ad¯ˆo
.
(x +1,y+1), (x +1,y− 1), (x − 1,y+1), (x −1,y− 1).
Tˆa
.
pgˆo

`
mbˆo
´
n pixel lˆan cˆa
.
nd¯u
.
`o
.
ng ch´eo k´y hiˆe
.
ul`aN
D
(p). Tˆa
.
p N
8
(p):=N
4
(p) ∪N
D
(p)
go
.
il`a8-lˆan cˆa
.
n cu
˙’
a p.
Ch´u´yrˇa

`
ng c´o thˆe
˙’
c´o mˆo
.
tsˆo
´
pixel lˆan cˆa
.
ncu
˙’
a p nˇa
`
m ngo`ai a
˙’
nh sˆo
´
f nˆe
´
u p nˇa
`
m
trˆen biˆen cu
˙’
aa
˙’
nh.
2.3.2 Liˆen thˆong
Liˆen thˆong gi ˜u
.

a c´ac pixel l`a kh´ai niˆe
.
m quan tro
.
ng d¯u
.
o
.
.
csu
.
˙’
du
.
ng d¯ˆe
˙’
x´ac d¯i
.
nh biˆen cu
˙’
a
c´ac d¯ˆo
´
itu
.
o
.
.
ng v`a c´ac th`anh phˆa
`

ncu
˙’
ac´acv`ung trong a
˙’
nh. D
-
ˆe
˙’
x´ac d¯i
.
nh hai pixel l`a
liˆen thˆong ch´ung ta cˆa
`
nkiˆe
˙’
m tra:
25