TÀi liệu về xử lí ảnh

1
nhập môn xử lý ảnh
introduction to digital image processing
1.1 Tổng quan về một hệ thống xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một khoa học còn tơng đối mới mẻ so với nhiều
ngành khoa học khác, nhất là trên qui mô công nghiệp, song trong
xử lý ảnh đã bắt đầu xuất hiện những máy tính chuyên dụng. Để
có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng
hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trớc
hết chúng ta sẽ xem xét các bớc cần thiết trong xử lý ảnh.
Trớc hết là quá trình thu nhận ảnh. ảnh có thể thu nhận qua
camera. Thờng ảnh thu nhận qua camera là tín hiệu tơng tự (loại
camera ống kiểu CCIR), nhng cũng có thể là tín hiệu số hoá (loại
CCD - Charge Coupled Device).

Lu trữ


SENSOR

Lu trữ Hệ Q.Định

Hình 1.1.a. Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh
ảnh cũng có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor),
hay ảnh,
tranh đợc quét trên scanner. Chi tiết về quá trình thu nhận ảnh sẽ
đợc mô tả trong chơng 2. Tiếp theo là quá trình số hoá
(Digitalizer) để biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu rời rạc (lấy
mẫu) và số hoá bằng lợng hoá, trớc khi chuyển sang giai đoạn xử
lý, phân tích hay lu trữ lại.
Qúa trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn

nhỏ. Trớc hết là công việc tăng cờng ảnh để nâng cao chất lợng
ảnh. Do những nguyên nhân khác nhau: có thể do chất lợng thiết
bị thu nhận ảnh, do nguồn sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy
biến. Do vậy cần phải tăng cờng và khôi phục lại ảnh để làm nổi
bật một số đặc tính chính của ảnh, hay làm cho ảnh gần giống nhất
với trạng thái gốc- trạng thái trớc khi ảnh bị biến dạng. Giai đoạn
tiếp theo là phát hiện các đặc tính nh biên, phân vùng ảnh, trích
chọn các đặc tính, v.v...
Cuối cùng, tuỳ theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng,
phân lớp hay các quyết định khác. Các giai đoạn chính của quá trình xử lý ảnh
có thể mô tả ở hình 1.1.a.
Với các giai đoạn trên, một hệ thống xử lý ảnh (cấu trúc phần
cứng theo chức năng) gồm các thành phần tối thiểu nh hình 1.1.b.
Đối với một hệ thống xử lý ảnh thu nhận qua camera-camera
nh là con mắt của hệ thống. Có 2 loại camera: camera ống loại
CCIR và camera CCD. Loại camera ứng với chuẩn CCIR quét
ảnh với tần số 1/25 và mỗi ảnh gồm 625 dòng. Loại CCD gồm
các photo điốt và làm tơng ứng một cờng độ sáng tại một điểm
ảnh ứng với một phần tử ảnh (pixel). Nh vậy, ảnh là tập hợp các
điểm ảnh. Số pixel tạo nên một ảnh gọi là độ phân giải
(resolution).
Bộ xử lý tơng tự (analog processor). Bộ phận này thực hiện
các chức năng sau:
- Chọn camera thích hợp nếu hệ thống có nhiều camera.
- Chọn màn hình hiển thị tín hiệu
- Thu nhận tín hiệu video thu nhận bởi bộ số
hoá(digitalizer). Thực hiện lấy mẫu và mã hoá.
- Tiền xử lý ảnh khi thu nhận: dùng kỹ thuật bảng tra (Look
Up Table - LUT).
màn hình

đồ hoạ
camera Bộ xử lý Bộ
nhớ ảnh
tơng tự

Bộ nhớ Máy chủ Bộ
xử lý
ngoài
ảnh số
Màn hình Bàn phím
Máy in
Hình 1.1.b. Các thành phần chính của hệ thống xử lý ảnh
Bộ xử lý ảnh số. Gồm nhiều bộ xử lý chuyên dụng: xử lý lọc,
trích chọn đờng bao, nhị phân hoá ảnh. Các bộ xử lý này làm
việc với tốc độ 1/25 giây.
Máy chủ. Đóng vai trò điều khiển các thành phần miêu tả ở
trên.
Bộ nhớ ngoài: Dữ liệu ảnh cũng nh các kiểu dữ liệu khác, để có
thể chuyển giao cho các quá trình khác, nó cần đợc lu trữ. Để có
một ớc lợng, xét thí dụ sau: một ảnh đen trắng cỡ 512 x 512 với
256 mức xám chiếm 256K bytes. Với một ảnh màu cùng kích
thớc dung lợng sẽ tăng gấp 3 lần.
1.2 các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
Nh đã đề cập trong phần giới thiệu, chúng ta đã thấy đợc
một cách khái quát các vấn đề chính trong xử lý ảnh. Để hiểu chi
tiết hơn, trớc tiên ta xem xét hai khái niệm (thuật ngữ) thờng dùng
trong xử lý ảnh đó là Pixel (phần tử ảnh) và grey level (mức xám),
tiếp theo là tóm tắt các vấn đề chính.
1.2.1 Một số khái niệm
Pixel (Picture Element): phần tử ảnh

ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá
trị độ sáng. Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải tiến
hành số hoá ảnh. Trong quá trình số hoá , ngời ta biến đổi tín hiệu
liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc
hóa về không gian) và lợng hoá thành phần giá trị mà thể về
nguyên tắc bằng mắt thờng không phân biệt đợc hai điểm kề nhau.
Trong quá trình này, ngời ta sử dụng khái niệm Picture element
mà ta quen gọi hay viết là Pixel - phần tử ảnh. ở đây cũng cần phân
biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ hoạ máy
tính. Để tránh nhầm lẫn ta tạm gọi khái niệm pixel này là pixel
thiết bị. Khái niệm pixel thiết bị có thể xem xét nh sau: khi ta quan