Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GTVT
KHOA CNTT
BÁO CÁO THỰC TẬP
CHUYÊN NGÀNH
Đề Tài

: Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao
chất lượng ảnh


Giáo viên hướng dẫn:
TRẦN VĨNH HẠNH
Người thực hiện:
NGUYỄN MINH HÀ
Lớp59CDT1


Lời Nói Đầu






Khoảng hơn mười năm trở lại đây, phần cứng máy tính và các thiết bị
liên quan đã có sự tiến bộ vượt bậc về tốc độ tính toán, dung lượng
chứa, khả năng xử lý v.v.. và giá cả đã giảm đến mức máy tính và các
thiết bị liên quan đến xử lý ảnh đã không còn là thiết bị chuyên dụng
nữa. Khái niệm ảnh số đã trở nên thông dụng với hầu hết mọi người
trong xã hội và việc thu nhận ảnh số bằng các thiết bị cá nhân hay
chuyên dụng cùng với việc đưa vào máy tính xử lý đã trở nên đơn

giản.
Trong hoàn cảnh đó, xử lý ảnh là một lĩnh vực đang được quan tâm
và đã trở thành môn học chuyên ngành của sinh viên ngành công
nghệ thông tin trong nhiều trường đại học trên cả nước.Trong đó
nâng cao chất lượng ảnh là một bước quan trọng, tạo tiền đề cho xử
lý ảnh. Mục đích chính là nhằm làm nổi bật một số đặc tính của ảnh
như thay đổi độ tương phản, lọc nhiễu, nổi biên, làm trơn biên ảnh,
khuyếch đại ảnh, ... . Tăng cường ảnh và khôi phục ảnh là 2 quá trình
khác nhau về mục đích. Tuy nhiên, tài liệu giáo trình còn là một điều
khó khăn. Hiện tại chỉ có một số ít tài liệu bằng tiếng Anh hoặc tiếng
Pháp, tài liệu bằng tiếng Việt thì rất hiếm.
Vì vậy, hoàn thành đề tài : Tìm hiểu kỹ thuật nâng cao chất lượng
ảnh giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn và nắm bắt được các kỹ thuật xử
lý ảnh.


NỘI DUNG ĐỀ TÀI




Đề tài giúp sinh viên nắm được các vấn đề nâng cao chất lượng
ảnh.Các công cụ và các toán tử được sử dụng.
Đề tài gồm những phần chính sau:
1.Các kỹ thuật không phụ thuộc trung gian.
+) Các phép toán không phụ thuộc không gian là các phép toán
không phụ thuộc vị trí của điểm ảnh.
Ví dụ: Phép tăng giảm độ sáng , phép thống kê tần suất, biến đổi
tần suất v.v..
+) Một trong những khái niệm quan trọng trong xử lý ảnh là biểu đồ

tần suất (Histogram)
Biểu đồ tần suất của mức xám g của ảnh I là số điểm ảnh có giá trị g
của ảnh I. Ký hiệu là h(g)
+) Ví dụ:


NỘI DUNG ĐỀ TÀI

2.Các kỹ thuật phụ thuộc trung gian.
Các phép toán phụ thuộc không gian là các phép toán phụ thuộc vị trí
của điểm ảnh.
Ví dụ: Phép nhân chập và mẫu ,các phép lọc ,mặt nạ gờ sai phân và
làm nhẵn v.v..
2.Các phép toán hình thái học.
Hình thái là thuật ngữ chỉ sự nghiên cứu về cấu trúc hay hình học
topo của đối tượng trong ảnh. Phần lớn các phép toán của "Hình thái"
được định nghĩa từ hai phép toán cơ bản là phép "giãn nở" (Dilation)
và phép "co" (Erosion).


I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ
THUỘC KHÔNG GIAN
1.1. Tăng giảm độ sáng
Giả sử ta có I ~ kích thước m × n và số nguyên c
Khi đó, kỹ thuật tăng, giảm độc sáng được thể hiện
for (i = 0; i < m; i + +)
for (j = 0; j < n; j + +)
I [i, j] = I [i, j] + c;
Nếu c > 0: ảnh sáng lên
Nếu c < 0: ảnh tối đi

1.2. Tách ngưỡng
Giả sử ta có ảnh I ~ kích thước m × n, hai số Min, Max và ngưỡng θ khi đó: Kỹ
thuật tách ngưỡng được thể hiện
for (i = 0; i < m; i + +)
for (j = 0; j < n; j + +)
I [i, j] = I [i, j] > = θ? Max : Min;
* Ứng dụng:
Nếu Min = 0, Max = 1 kỹ thuật chuyển ảnh thành ảnh đen trắng được ứng
dụng khi quét và nhận dạng văn bản có thể xảy ra sai sót nền thành
ảnh hoặc ảnh thành nền dẫn đến ảnh bị đứt nét hoặc dính.


I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ
THUỘC KHÔNG GIAN
1.3.Tách nhiễu và phân ngưỡng
Tách nhiễu là trường hợp đặc biệt của dãn độ tương phản khi hệ số góc
α= γ=0.
Tách nhiễu được ứng dụng có hiệu quả để giảm nhiễu khi biết tín hiệu vào trên
khoảng [a, b].
Phân ngưỡng là trường hợp đặc biệt của tách nhiễu khi a=b=const.
Trong trường hợp này, ảnh đầu vào là ảnh nhị phân (có 2 mức).
Phân ngưỡng thường dùng trong kỹ thuật in ảnh 2 màu vì ảnh gần nhị phân
không cho ảnh nhị phân khi quét ảnh do có nhiễu từ bộ cảm biến và biến đổi
của nền ví dụ trường hợp lọc nhiễu của ảnh vân tay.
1.4.Kỹ thuật cắt theo mức
Kỹ thuật này dùng 2 phép ánh sạ khác nhau cho trường hợp có nền và không
nền.
Nó có tác dụng khi nhiều đặc tính khác nhau của ảnh nằm trên nhiều miền
mức xám khác nhau.

I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ
THUỘC KHÔNG GIAN
1.5.Bó cụm
Kỹ thuật nhằm giảm bớt số mức xám của ảnh bằng cách nhóm lại số mức
xám gần nhau thành 1 nhóm
Nếu chỉ có 2 nhóm thì chính là kỹ thuật tách ngưỡng. Thông thường có
nhiều nhóm với kích thước khác nhau.
1.6. Trừ ảnh
Trừ ảnh được dùng đẻ tách nhiễu khỏi nền. Người ta quan sát ảnh ở 2 thời
điểm khác nhau, so sánh chúng để tìm ra sự khác nhau. Người ta dóng
thẳng 2 ảnh rồi trừ đi và thu được ảnh mới.
Ảnh mới này chính là sự khác nhau. Kỹ thuật này hay được dùng trong dự
báo thời tiết, trong y học.
1.7. Nén dải độ dài sáng


I.CÁC KỸ THUẬT KHÔNG PHỤ
THUỘC KHÔNG GIAN
1.8. Kỹ thuật tìm tách ngưỡng tự động
Ngưỡng θ trong kỹ thuật tách ngưỡng thường được cho bởi người sử dụng.
Kỹ thuật tìm tách ngưỡng tự động nhằm tìm ra ngưỡng θ một cách tự
động dựa vào histogram theo nguyên lý trong vật lý là vật thể tách làm 2
phần nếu tổng độ lệnh trong từng phần là tối thiểu.
1.9. Biến đổi âm bản
Âm bản nhận được bằng phép biến đổi âm. Phép biến đổi rất có nhiều hữu
ích trong các phim ảnh dùng trong các ảnh y học.
1.10. Biến đổi cấp xám tổng thể
Nếu biết ảnh và hàm biến đổi thì ta có thể tính được ảnh kết quả và do đó
ta sẽ có được histogram của ảnh biến đổi. Nhưng thực tế nhiều khi ta chỉ

biết histogram của ảnh gốc và hàm biến đổi, câu hỏi đặt ra là liệu ta có
thể có được histogram của ảnh biến đổi. Nếu có như vậy ta có thể hiệu
chỉnh hàm biến đổi để thu được ảnh kết quả có phân bố histogram như
mong muốn.
1.11. Cân bằng histogram


I.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC
KHÔNG GIAN
Gồm các kỹ thuật chính sau:









Phép nhân chập và mẫu
Lọc trung vị
Lọc trung bình
Lọc trung bình theo k giá trị gần nhất
Lọc thông thấp, lọc thông cao, và lọc dải thông
Mặt nạ gờ sai phân và làm nhẵn
Khuyếch đại và nội xuy ảnh
Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân


II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC

KHÔNG GIAN
2.1. Lọc thông thấp, thông cao và lọc dải thông
Toán tử trung bình không gian là lọc thông thấp. Nếu hLP(m, n)
biểu diễn bộ lọc thông thấp FIR (Finite Impulse Response) thì bộ
lọc thông cao hHP(m, n) có thể được định nghĩa:
hHP(m, n) = δ(m, n) - hLP(m, n)
Như vậy, bộ lọc thông cao có thể cài đặt một cách đơn giản như
trên hình sau:
Bộ lọc dải thông có thể định nghĩa như sau:
HHP(m, n)= hL1(m, n) – hL2(m, n)
với hL1 và hL2 là các bộ lọc thông thấp.
Bộ lọc thông thấp thường dùng làm trơn nhiễu và nội suy ẩnh. Bộ
lọc thông cao dùng nhiều trong trích chọn biên và làm trơn ảnh,
còn bộ lọc dải thông có hiệu quả làm nổi cạnh.


II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC
KHÔNG GIAN
2.2. Mặt nạ gờ sai phân và làm nhẵn
Mặt nạ gờ sai phân dùng khá phổ biến trong công nghệ in ảnh để làm đẹp
ảnh. Với kỹ thuật này, tín hiệu đầu ra thu được bằng tín hiệu ra của bộ lọc
gradient hay lọc dải cao bổ sung thêm đầu vào:
v(m,n) = u(m,n) + λg(m,n)
với λ>0, g(m, n) là gradient tại điểm (m, n).
Hàm gradient dùng là hàm Laplace.
G(m,n) = u(m,n) – {u(m-1,n) + u(m+1,n) + u(m,n+1)}/2
2.3. Khuyếch đại và nội xuy ảnh
Có nhiều ứng dụng cần thiết phải phóng đại mọt vùng của ảnh. Có nghĩa
là lấy một vùng của ảnh đã cho và cho hiện lên như một ảnh lớn. Có 2
phương pháp được dùng là lặp (Replication) và nội suy tuyến tính (Linear

Interpolation).
Gồm 2 phương pháp:
+)Phương pháp lặp
+)Phương pháp nội xuy tuyến tính


II.CÁC KỸ THUẬT PHỤ THUỘC
KHÔNG GIAN
2.4. Một số kỹ thuật cải thiện ảnh nhị phân
Với ảnh nhị phân, mức xám chỉ có 2 giá trị là 0 hay 1, Do vậy, ta xét một
phần tử ảnh như một phần tử logic và có thể áp dụng các toán tử hình học
dựa trên khái niệm biến đổi hình học của một ảnh bởi một phần tử cấu
trúc.
Phần tử cấu trúc là một mặt nạ dạng bất kỳ mà các phần tử của nó tạo
nên một mô-típ. Người ta tiến hành rê mặt nạ đi khắp ảnh và tính giá trị
điểm ảnh bởi các điểm lân cận với mô-típ của mặt nạ theo cách lấy hội
hay lấy tuyển.
Dựa vào nguyên tắc trên, người ta sử dụng 2 kỹ thuật: dãn ảnh
(Dilatation) và co ảnh (Erosion).
Có 2 kỹ thuật:
+)Dãn ảnh
+)Co ảnh




x∈X

Bx

II.CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI
HỌC
3.1. Các phép toán hình thái cơ bản
Hình thái là thuật ngữ chỉ sự nghiên cứu về cấu trúc hay hình học topo của
đối tượng trong ảnh. Phần lớn các phép toán của "Hình thái" được định
nghĩa từ hai phép toán cơ bản là phép "giãn nở" (Dilation) và phép "co"
(Erosion).
Các phép toán này được định nghĩa như sau: Giả thiết ta có đối tượng X và
phần tử cấu trúc (mẫu) B trong không gian Euclide hai chiều. Kí hiệu Bx là
dịch chuyển của B tới vị trí x.
Định nghĩa 3 (DILATION)
Phép "giãn nở" của X theo mẫu B là hợp của tất cả các Bx với x thuộc X.
Ta có:
X⊕B=
Định nghĩa 4 (EROSION)
Phép "co" của X theo B là tập hợp tất cả các điểm x sao cho Bx nằm trong
X. Ta có:
X  B = {x : Bx ⊆ X}




x∈X

Bx

II.CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI
HỌC
3.1. Các phép toán hình thái cơ bản
Đình nghĩa 5 (OPEN)

Phép toán mở (OPEN) của X theo cấu trúc B là tập hợp các điểm của ảnh X
sau khi đã co và giãn nở liên liếp theo B. Ta có:
OPEN(X,B) = (X  B) ⊕ B
Định nghĩa 6 (CLOSE)
Phép toán đóng (CLOSE) của X theo cấu trúc B là tập hợp các điểm của
ảnh X sau khi đã giãn nở và co liên tiếp theo B. Ta có:
CLOSE(X,B) = (X ⊕ B)  B




Bx

x∈X

III.TÀI LIỆU THAM KHẢO

Giáo trình :Xử Lý Ảnh
Tác giả:TS.Đỗ Năng Toàn
TS.Phạm Việt Bình
Nhà xuất bản: Đại học Thái Nguyên –Khoa Công Nghệ Thông Tin
Giáo trình :Xử Lý Ảnh (lưu hành nội bộ)
Tác giả:PGS.TS.Nguyễn Quang Hoan
Nhà xuất bản: Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông