GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH

* P(X,Y)
GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH
1.1 Biểu diễn ảnh số
Đối với ảnh đơn giản (ảnh đen trắng) thì ảnh được biểu diễn bằng một hàm
cường độ sáng hai chiều
,
( )
X Y
f
, trong đó
,X Y
là các giá trị toạ độ không gian
và hàm giá trị của
f
tại một điểm
( , )X Y
bất kỳ sẽ tỷ lệ với độ sáng hay mức xám
của điểm ảnh tại điểm này. [2,4]
Hình 1: Biểu diễn ảnh bằng hàm
,( )X Yf
Trong mộ số trường hợp hàm ảnh còn được biểu diễn với một trục thứ 3
gọi là hàm cường độ sáng (với hình 1.1, trục thứ 3 bằng 0).
Một ảnh số là một ảnh
,( )X Yf
được gián đoạn theo không gian và cường
độ sáng. Một ảnh số được xem như một ma trận với hàng và cột biểu diễn một
điểm trong ảnh và giá trị điểm ma trận tương ứng với mức xám tại điểm đó. Các
phần tử của một dãy số như thế được gọi là các điểm ảnh.
Ánh sáng có dạng năng lượng
,( )X Yf
phải khác 0 và hữu hạn:

,
0 ( ) (1.1)
X Y
f< < ∞
Con người có khả năng nhận các hình ảnh từ ánh sáng phản xạ qua các vật
thể. Cơ sở của
,
( )
X Y
f
được đặc trưng qua hai thành phần:
Số lượng ánh sáng nguồn rơi trên cảnh vật được nhìn thấy.
Số lượng ánh sáng nguồn phản xạ từ vật thể ( trong cảnh vật).
Chúng được gọi gần đúng là sự phát sáng và các thành phần phản xạ, và
được biểu diễn tương ứng là
,
( )
X Y
i
và
,
( )
X Y
r
. Bản chất của
,
( )
X Y
i
được xác

định bằng nguồn sáng và của
,( )X Yr
được xác định bằng các đặc trưng của vật
thể. Hàm
,( )X Yi
và
,
( )
X Y
r
kết hợp với nhau để cho hàm
,
( )
X Y
f

Với:
, , ,
,
,
( ) ( ) ( ) (1.2)
( 0 ( )
0 ( ) 1)
X Y X Y X Y
X Y
X Y
f i r
i
r
=

< < ∞
< <
Ở đây ta gọi cường độ sáng của một ảnh đen trắng tại tọa độ
,
( )
X Y
là mức
xám
( )l
của ảnh tại điểm đó. Từ
(1.2), (1.3), (1.4)
,
l
nằm trong khoảng:
min max
(1.3)L l L≤ ≤
Trong lý thuyết, chỉ cần
min
0L
>
và
max
L
hữu hạn. Trong thực tế:
min min min
max max max
(1.4)L i r
L i r
=
=

Sử dụng các giá trị chiếu sáng và phản xạ đã được tổng kết qua thực
nghiệm hoặc xem là các giá trị cơ bản
min max
0.005, 100L L
≈ ≈
cho xử lý ảnh.
Khoảng
[ ]
min max
,L L
được gọi là thang xám. Ta có thể dịch khoảng này đến
[ ]
0, L
, trong đó
0l
=
là đen và
l L=
là trắng trong thang xám. Giá trị tức thời
là các dạng mức xám thay đổi liên tục từ đen đến trắng.
1.2 Một số khái niệm cơ sở trong xử lý ảnh
 Để có thể xử lý bằng máy tính điện tử thì ảnh cần phải được số hóa. Đó là
quá trình biến đổi ảnh từ tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua
việc lấy mẫu và lượng tử hóa. Trong quá trình này người ta sử dụng khái
niệm “pixel”. Mỗi pixel được đặc trưng bởi một cặp tọa độ
,
( )
X Y
và màu
sắc của nó.[4]

 Ảnh: Là một tập hợp các pixel có cấu trúc, ta có thể coi ảnh là một mảng
hai chiều
( , )n p
I
có
n
dòng và
p
cột, ảnh sẽ có
n p×
(pixel). Ta ký hiệu
( , )X Y
I
để chỉ điểm ảnh có toạ độ
,
( )
X Y
.[4]
 Mức xám (Gray level): Đó là kết quả của việc mã hóa, cho tương ứng
một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số, có thể là 16, 32,
64 mức.
 Biểu diễn ảnh: Trong biểu diễn ảnh người ta thường sử dụng các phần tử
đặc trưng của ảnh là pixel. Một hàm hai biến chứa các thông tin như một
biểu diễn ảnh. Một số mô hình thường dùng để biểu diễn ảnh là mô hình
toán (biểu diễn ảnh nhờ các hàm cơ sở), mô hình thống kê (ảnh coi như
một phần tử của một tập hợp đặc trưng bởi kỳ vọng toán, hiệp biến,
phương sai, moment…).[4]
 Tăng cường ảnh: Đây là một bước quan trọng bao gồm các kỹ thuật lọc
độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu….
 Biến đổi ảnh: Thao tác chủ yếu trên một tập các ma trận và sử dụng các

kỹ thuật để biến đổi ảnh qua ma trận: Biến đổi Furie, Sin, Cosin, tích
Kronecker.
 Phân tích ảnh: Liên quan tới việc xác định các độ đo định lượng của một
ảnh để đưa ra một mô tả đầy đủ về ảnh. Có những kỹ thuật cơ bản để hỗ
trợ phân tích ảnh: Dò biên, lọc vi phân, dò theo quy hoạch động, phân
vùng ảnh [4]
Scanner,Camera
Cơ sở tri thức
Nhận dạng và nội suy
Phân đoạn
Tiền xử lý
Biểu diễn
Thu nhận ảnh
Kết quả
 Nhận dạng ảnh: Quá trình này liên quan đến các mô tả đối tượng mà
người ta muốn đặc tả nó. Nhận dạng ảnh thường đi sau các quá trình trích
chọn các đặc trưng chủ yếu của đối tượng.[1,4]
1.3 Các giai đoạn trong xử lý ảnh
Bài toán xử lý ảnh bao gồm các giai đoạn tổng quát như sau [1,2,4]
Hình 2: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh số
Bước đầu tiên là thu nhận ảnh, thu ảnh số bằng bộ cảm biến ảnh với khả
năng số hóa tín hiệu của bộ cảm biến.
Sau khi nhận được một ảnh số, bước tiếp theo là tiền xử lý ảnh. Mục đích
chủ yếu của giai đoạn tiền xử lý ảnh là nâng cao khả năng để các quá trình tiếp
theo đạt kết quả tốt, như các quá trình khử nhiễu, tăng độ tương phản….
Bước tiếp theo là phân đoạn: Phân đoạn ảnh là tách một ảnh đầu vào thành
các phần hoặc các vật thể.
Máy in
Bộ xử lý ảnh số
Bộ nhớ ảnh

Màn hình Bàn phím
Máy chủ
Bộ xử lý tương tự
Màn hình đồ họa
Camera
Bộ nhớ ngoài
Đầu ra của quá trình phân đoạn ảnh thường là số liệu pixel chưa lọc, bao
gồm cả các liên kết của vùng hoặc tất cả các điểm ảnh trong vùng đó.
Cuối cùng, ảnh sẽ được phân lớp, nhận dạng cho các mục đích khác nhau.
Tri thức về phạm vi vật thể được mã hóa thành một hệ thống xử lý trong
ảnh dưới dạng cơ sở dữ liệu kiến thức.
Để xử lý các quá trình trên thì cần một hệ thống xử lý ảnh bao gồm một số
thành phần cơ bản sau đây:[4]
Hình 3: Các thành phần cơ bản của một hệ xử lý ảnh
 Bộ xử lý tương tự thực hiện các chức năng:
- Chọn Camera thích hợp nếu có nhiều Camera
- Chọn màn hình hiển thị tín hiệu
- Thu nhận tín hiệu video bởi bộ số hóa. Thực hiện lấy mẫu và mã
hóa
- Tiền xử lý ảnh khi thu nhận