Cảm nhận và biểu diễn màu sắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
--------o0o--------
BÀI TẬP LỚN
Xử lý ảnh
Đề tài : Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Linh Giang
Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Bách
Nguyễn Thị Hòa
Nguyễn Văn Hải
Lớp : Hệ thống thông tin – K51
Hà Nội - Tháng 04/2010
Bài tập lớn Xử lý ảnh
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................4
Phân công công việc......................................................................................................5
1. Ánh sáng, màu sắc....................................................................................................6
1.1 Ánh sáng..............................................................................................................................................6
1.1.1 Khái niệm.....................................................................................................................................6
1.1.2 Tính chất của ánh sáng................................................................................................................7
1.2. Màu sắc .............................................................................................................................................7
2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động......................................................................8
2.1. Cấu tạo mắt........................................................................................................................................8
2.2 Vì sao ta nhìn thấy màu sắc các vật..................................................................................................13
2.3 Cảm nhận chuyển động....................................................................................................................15
3. Các hệ biểu diễn màu.............................................................................................17
3.1 Mô hình màu RGB.............................................................................................................................17
3.1.1 Khái niệm...................................................................................................................................17
3.1.2 Cơ sở sinh học............................................................................................................................18
3.1.3. Biểu diễn trên máy tính............................................................................................................18
3.2. Mô hình màu CMY..........................................................................................................................21

3.2.1. Mô hình màu CMY....................................................................................................................21
3.2.2 Mô hình màu CMYK...................................................................................................................23
3.3 Mô hình HSI – Hue-Saturation-Intensity...........................................................................................24
Page | 2
Bài tập lớn Xử lý ảnh
3.4. Các hệ biểu diễn màu khác.............................................................................................................25
3.4.1. Mô hình HSB.............................................................................................................................25
3.4.2. Mô hình YUV.............................................................................................................................26
3.4.3 Mô hình màu YIQ.......................................................................................................................27
3.4.4. Mô hình CIE L*a*b....................................................................................................................28
4. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu. Lập trình mô phỏng..............................29
4.1. Chuyển đổi giữa các hệ biểu diễn màu...........................................................................................29
4.1.1. Chuyển đổi RGB - CMY (CMYK).................................................................................................29
4.1.2. Chuyển đổi RGB – HSI...............................................................................................................30
4.1.3. Chuyển đổi RGB với các hệ màu khác......................................................................................31
4.2. Chương trình mô phỏng..................................................................................................................32
4.1.1 Các chức năng của chương trình...............................................................................................32
4.2.2 Đánh giá chương trình...............................................................................................................35
5. Lời kết......................................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................37
Page | 3
Bài tập lớn Xử lý ảnh
LỜI MỞ ĐẦU
Có người đã từng nói thực chất thì con người đang cảm nhận thế giới chứ không phải
quan sát thế giới và những cảm nhận thường mang nặng tính chủ quan phụ thuộc vào
từng cá nhân. Xét về mặt sinh lý điều đó cũng có nhiều điểm đúng. Khi chúng ta nhận
thế giới thì thực chất các xúc giác chúng ta thu tín hiệu rồi từ đó truyền lên não để não
xử lý tùy theo “kinh nghiệm” có được trước đó vì thế mới có chuyện cùng 1 hình ảnh
nhưng người này bảo màu này nhưng người kia lại nói nó mang màu sắc khác.
Trong nội dung của bài tập lớn này chúng em ngoài việc giới thiệu về cơ quan cảm nhận

hình ảnh chính của con người: con mắt cùng với việc miêu tả khả năng cảm nhận của nó
như thế nào còn giới thiệu thêm về các “cách nhìn nhận” hình ảnh ở đây thực chất là các
hệ biểu diễn màu khác nhau. Từ đó đem lại cái nhìn từ mặt kỹ thuật về sự cảm nhận và
biểu diễn màu sắc.
Cảm ơn thầy Nguyễn Linh Giang đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện bài tập lớn
này!
Page | 4
Bài tập lớn Xử lý ảnh
Phân công công việc
STT Công việc Thực hiện
(Phụ trách chinh)
Ghi chú
1
Cảm nhận ánh sáng và chuyển
động
Nguyễn Quang Bách
Nguyễn Thị Hòa
2
Các hệ biểu diễn màu, biến đổi
giữa các hệ biểu diễn màu
Nguyễn Văn Hải Có sự giúp đỡ của:
Nguyễn Quang Bách
Nguyễn Thị Hòa
3
Lập trình mô phỏng Nguyễn Văn Hải
Nguyễn Thị Hòa
Có sự giúp đỡ của:
Nguyễn Quang Bách
4
Tổng hợp kết quả, viết báo cáo Nguyễn Quang Bách

Nguyễn Văn Hải
Nguyễn Thị Hòa
Page | 5
Bài tập lớn Xử lý ảnh
1. Ánh sáng, màu sắc
1.1 Ánh sáng
1.1.1 Khái niệm
Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng
quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm).
Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt
chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay
còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến
tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do
mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh
đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học.
Page | 6
Bài tập lớn Xử lý ảnh
1.1.2 Tính chất của ánh sáng
Khi ánh sáng truyền qua mọi vật sẽ truyền một năng lượng nhiệt trên bề mặt của vật.
Năng lượng hấp thụ của vật tùy thuộc vào màu sắc của vật. Vật có màu sáng dễ hấp thụ
năng lượng ánh sáng hơn những vật có màu tối.
Khi ánh sáng truyền qua hai môi trường không đồng nhất sẽ chịu ảnh hưởng của hiện
tượng khúc xạ. Ánh sáng bị bẻ cong hay đi lệch hướng do có thay đổi vận tốc di chuyển.
Khi ánh sáng đi qua tinh thể trong suốt sẻ phân tán thành ánh sáng màu của các sắc thể
đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, tím...
Trong chân không, ánh sáng đi với vận tốc không đổi, thường được ký hiệu là c =
299.792.458 m/s
Ánh sáng mắt người nhìn thấy được gọi là ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng 380-
750 nm. Ánh sáng bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia cực tím; ánh
sáng có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy được gọi là tia hồng ngoại.

Màu sắc của anh sáng mắt người nhìn thấy được là một màu trộn lộn từ ba màu sắc
chính đỏ, xanh lá cây và xanh dương.
1.2. Màu sắc
Màu sắc là cảm giác mang đến cho hệ thần kinh của người từ sự kết hợp tín hiệu của ba
loại tế bào cảm thụ màu ở mắt người. Cảm giác này cũng bị ảnh hưởng "dài hạn" từ trí
nhớ lưu lại quá trình học hỏi từ khi lớn lên trong xã hội, và "ngắn hạn" bởi các hiệu ứng
ánh sáng của phông nền.
Màu sắc của một tia ánh sáng là cảm giác màu mà tia sáng đó gây nên ở mắt người. Màu
sắc của các vật thể là màu sắc của ánh sáng do chúng phát xạ ra (nếu là vật nóng sáng)
hay phản xạ từ chúng từ một nguồn chiếu sáng (nếu coi vật là không nóng sáng).
Page | 7
Bài tập lớn Xử lý ảnh
2. Cảm nhận ánh sáng và chuyển động
2.1. Cấu tạo mắt
Mắt người là một phần của não hình thành từ tuần thứ 3 của phôi kỳ dưới dạng hai túi
thị nguyên thủy, phát triển và lồi dần ra phía trước tạo thành võng mạc, thể thủy tinh và
Page | 8
Bài tập lớn Xử lý ảnh
các thành phần hoàn chỉnh khác. Cặp mắt là một trong năm giác quan quan trọng, giúp
con người quan sát và kiểm soát môi trường chung quanh.
Mắt người nằm trong hai lỗ hốc hai bên sống mũi, trên có gò lông mày và trán, dưới giáp
xương má. Màng mạc bọc xương của hốc mắt nối tiếp bên sau với màng cứng của não,
bọc theo dai dây thần kinh thị giác. Bên ngoài có hai mí mắt khi nhắm lại che kín hốc
mắt. Mí trên có lông mi dài cong, lông mi của mí dưới ít hơn và ngắn hơn. Bên trong hốc
mắt có các tuyến nước mắt, các bắp thịt di chuyển mắt, trong cùng là các mô mỡ chêm
đệm không cho mắt bị kéo vào phía sau bởi các bắp thịt.
Nhãn cầu gồm 3 lớp màng có tên gọi là:
• Màng ngoài gồm củng mạc và phía trước biến đổi thành giác mạc.
• Màng giữa là màng bồ đào, thân bè và mạch lạc mạc, chứa nhiều mạch máu, phía
trước dày lên thành cơ thể mi và mống mắt.

• Màng trong là võng mạc, chứa các tế bào nhận cảm ánh sáng là tế bào gậy và tế
bào nón.
Thể thủy tinh giữ vai trò của một thấu kính để hội tụ ánh sáng trên võng mạc. Nó được
treo bởi các dây chằng tròn với cơ thể mi. Giữa giác mạc và thể thủy tinh là thủy dịch,
giữa thể thủy tinh và võng mạc là dịch kính. Cả hai chất dịch này giữ cho mắt không bị
xẹp.
Chỗ hõm giữa giác mạc và mống mắt được gọi là tiền phòng, đối lại chỗ hõm đóng kín
quanh sau mống mắt và phần thắt ngang thủy tinh thể (thấu kính mắt) được gọi là hậu
phòng. Cả hai phòng đều chứa đầy thủy dịch.
Lỗ tròn giữa màng mống mắt được gọi là con ngươi. Phần lớn nhất của hõm sau thủy
tinh thể chứa đầy một chất trong suốt gọi là dịch kính (corpus vitreum). Cái băng đỡ
Page | 9
Bài tập lớn Xử lý ảnh
thủy tinh thể được gọi là vùng bè (mi) (zonula ciliaris zinni) căng ra giữa màng ngang
thủy tinh thể và thân bè (corpus ciliare).
Giác mạc, tiền phòng, con ngươi, thủy tinh thể (thấu kính) và dịch kính có chức năng
cho xuyên qua và phản chiếu tia sáng, vì vậy chúng được gọi là môi trường xuyên ánh
sáng. Võng mạc và thần kinh mắt tuần tự là những bộ phận tiếp nhận và truyền dẫn xung
động ánh sáng. Phần giữa của võng mạc được gọi là hoàng điểm (macula lutea) có chức
năng nhạy cảm nhất.
Các cơ của mắt cũng tham gia vào một số chức năng của mắt. Các cơ mống mắt giúp
điều chỉnh đường kính đồng tử. Cơ thể mi có thể làm thay đổi độ cong của thể thủy tinh.
Các cơ ngoài mắt điều khiển mắt quay về phía mục tiêu thị giác.
Tế bào nhận cảm gồm ba vùng: đoạn ngoài, đoạn trong và vùng xináp. Đoạn ngoài chứa
nhiều đĩa, bên trong chứa quang sắc tố; đoạn ngoài của tế bào gậy mảnh, của tế bào nón
dày hơn, hình chóp. Đoạn trong chứa nhiều ty thể. Vùng xináp tiếp xúc với tế bào ngang
và tế bào lưỡng cực; chất dẫn truyền thần kinh là glutamat được phóng thích liên tục vào
khe xináp.
Con ngươi mắt bình thường có đường kính là 3.4 – 4.5 mm, khi đường kính đó hơn 5
mm, người ta nói đó là chứng dãn đồng tử (mydriaso) và khi nó ít hơn 2 mm thì đó là

chứng co đồng tử (miozo). Thông thường thì người đàn bà có con ngươi mắt lớn hơn ở
đàn ông, người cận thị hơn ở người viễn thị, người trẻ hơn ở người già.
Biến thái khác của con ngươi (metamorphocoria) được thấy ở trường hợp con ngươi bị
dính (sinekio) hoặc ở trường hợp biến chứng giang mai (metasifilo).
Những thay đổi con ngươi đột ngột xảy ra là do phản ứng ánh sáng và phản ứng hội tụ.
Khi tia sáng rọi vào mắt, con ngươi bé lại (phản ứng ánh sáng trực tiếp) đồng thời con
ngươi kia cũng bé lại (phản ứng ánh sáng gián tiếp). Sự phản ứng con ngươi do tia sáng
là hiện tượng cơ bản nhất chỉ rõ những thay đổi bệnh lý khác nhau. Con ngươi mất vận
Page | 10
Bài tập lớn Xử lý ảnh
động gọi là con ngươi co cứng, ví dụ như chứng thông manh tuyệt đối (amauroza
hemianopsia rigideco). Cái gọi là chứng co cứng con ngươi phản xạ (refleksa
pupilrigideco), (con ngươi của Argyll Robertson) là trạng thái lạ thường, trong đó con
ngươi bé lại, thị lực tương đối tốt, phản ứng hội tụ được giữ lại và chỉ có mất phản ứng
ánh sáng và thường thấy biến chứng giang mai được gọi là chứng ta bét lưng (dorsa
tabeco) hoặc chứng bại liệt nói chung.
Sau khi rời khỏi mắt, các dây thần kinh từ phân nửa võng mạc phía mũi giao thoa tại
giao thoa thị. Sau giao thoa thị là các giải thị đến tận cùng tại thể gối ngoài. Từ thể gối
ngoài các tia thị đến thùy chẩm vỏ não.
Đường chéo các xung động, gọi là đường cảm nhận thị giác là đều đặn nhất. Những sợi
quang học giao chéo nhau (kiasmo) dưới đáy não quanh tuyến yên và lên đến trung tâm
nhìn thứ nhất (4 mấu lồi và mấu cạnh hình đầu gối). Xuyên qua trung tâm nhìn thứ nhất
những sợi thần kinh mới cuối cùng lên đến trung tâm nhìn sau gáy qua các vòng Meyer
và các tia nhìn Gratiolet vùng chẩm.
Page | 11
Bài tập lớn Xử lý ảnh
Page | 12
Bài tập lớn Xử lý ảnh
2.2 Vì sao ta nhìn thấy màu sắc các vật
Sự kích thích ánh sáng phù hợp với mắt là những tia sáng nhìn được, có nghĩa là có độ

sóng dài khoảng 400 đến 700nm (nanomatroj: nanômét). Sự kích thích đó được tiếp
nhận trước hết do tế bào thị giác võng mạc được gọi là tế bào hình kim và gai thị rồi thần
kinh thị giác chuyển xung động lên đến trung tâm nhìn trong sọ não.
Khi ánh sáng chiếu vào một vật, nó có thể bị vật phản xạ, hấp thụ, hoặc cho đi qua.
Chiếu một chùm ánh sáng trắng vào một vật:
• Nếu vật phản xạ tất cả ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu vào nó, thì theo
hướng phản xạ ta sẽ nhìn thấy vật có màu trắng.
• Nếu vật hấp thụ tất cả các ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu tới, thì theo
hướng phản xạ hoặc truyền qua ta nhìn thấy nó có màu đen.
Page | 13
Bài tập lớn Xử lý ảnh
• Nếu vật hấp thụ đa số bức xạ chính trong quang phổ của ánh sáng trắng, nó sẽ có
màu xám.
Phần lớn các vật thể có màu sắc là do vật có cấu tạo từ những vật liệu xác định và vật
hấp thụ một số bước sóng ánh sáng và phản xạ, tán xạ những bước sóng khác. Màu sắc
các vật còn phụ thuộc vào màu sách của ánh sáng rọi vào nó và khi nói một vật có màu
này nọ, là ta đã giả định nó được chiếu bằng chùm ánh sáng trắng.
Màu sắc không thể được xem là đặc tính riêng của một vật thể là hình thù của vật thể đó.
Đặc tính cố hữu của các vật thể là hấp thụ hoặc phản xạ các bước sóng nào đó.
Chúng ta chỉ có thể cảm nhận các màu tương ứng với các bước sóng phản xạ.
Nếu ánh sáng trắng được chiếu vào một đối tượng sẽ có một khả năng dưới đây xảy ra:
• Tất cả ánh sáng bị hấp thụ. Trong trườg hợp này, chúng ta cảm nhận đối tượng có
màu đen.
• Tất cả ánh sáng được phản xạ. Trong trường hợp này, đối tượng có màu trắng
• Tất cả ánh sáng đều đi qua đối tượng. Trong trường hợp này màu của ánh sáng
không đổi.
Một phần ánh sáng bị hấp thụ, phần còn lại được phản xạ. Trong trường hợp này ta cảm
nhận được màu tùy thuộc vào bước sóng nào của ánh sáng được phản xạ và bước sóng
nào được hấp thụ.
Một phần ánh sáng bị hấp thụ, phần còn lại được xuyên qua đối tượng. Trong trường

hợp này ta cảm nhận được màu sắc tùy thuộc vào bước sóng nào của ánh sáng bị hấp
thụ, bước sóng nào xuyên qua.
Một phần ánh sáng được phản xạ, phần còn lại đi qua. Trong trường hợp này màu sắc
của ánh sáng được phản xạ và màu của ánh sáng đi xuyên qua sẽ thay đổi.
Page | 14