Bài giảng Xử lý tín hiệu và mã hóa - Chương 1: Giới thiệu chung về xử lý ảnh - Phạm Việt Hà

Nội dung text: Bài giảng Xử lý tín hiệu và mã hóa - Chương 1: Giới thiệu chung về xử lý ảnh - Phạm Việt Hà

1. Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Giảng viên: TS. Phạm Việt Hà Email: phamvietha@gmail.com ĐT CQ: (04).37544486 Địa chỉ CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 1
2. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 1. Giới thiệu chung Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ đó phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Xử lý ảnh và đồ hoạ đóng một vai trò quan trọng trong tương tác người - máy. Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2
3. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 1. Giới thiệu chung Hình 1. Hệ thống tạo ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 3
4. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 1. Giới thiệu chung Hình 2. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4
5. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 2. Các bước cơ bản Thu nhận ảnh (Image Acquisition): Là thiết bị biến đổi quang-điện, cho phép biến đổi hình ảnh quang học thành tín hiệu điện dưới dạng analog hay trực tiếp dưới dạng số. Có nhiều dạng cảm biến cho phép làm việc với ánh sáng nhìn thấy hoặc hồng ngoại. Hai loại thiết bị biến đổi quang – điện chủ yếu thường được sử dụng là đèn ghi hình điện tử CCIR (Comittee Consultatif International Radiotelecommunique ) là loại camera ống chuẩn với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng và chip CCD (Charge Couple Device) là photodiode tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại quét dòng ; ảnh tạo ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường. Tiền xử lý ảnh (Image PreProcessing): Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 5
6. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 2. Các bước cơ bản Phân vùng/đoạn ảnh (Segmentation): là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này. Biểu diễn ảnh (Image Representation): Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 6
7. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 2. Các bước cơ bản Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation): nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: - Nhận dạng theo tham số. - Nhận dạng theo cấu trúc. Truyền ảnh hoặc lưu trữ (Chanel or Storage): ảnh sau khi số hoá sẽ được lưu vào bộ nhớ, hoặc chuyển sang các khâu tiếp theo để phân tích hoặc truyền. Nếu lưu trữ/truyền ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ. Thông thường, các ảnh thô đó được đặc tả (biểu diễn) lại (hay đơn giản là mã hoá) theo các đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh như: biên ảnh, vùng ảnh. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 7
8. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 3. Một số khái niệm trong xử lý ảnh Điểm ảnh (Picture Element/Pixel): được xem như là dấu hiệu hay cường độ sáng tại một toạ độ trong không gian của đối tượng. Ảnh (Picture): được xem như là một tập hợp hữu hạn các điểm ảnh kề nhau. Khi được số hoá nó thường được biểu diễn là ma trận 2 chiều a[i][j], mỗi phần tử của ma trận tương ứng với một điểm ảnh có một giá trị nguyên là đặc trưng cường độ sáng hoặc là một véc tơ cấu trúc màu với một hàm n biến P(c1, c2, , cn). Mức xám (Gray level): là kết quả của sự mã hoá tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lượng hoá. Các thang giá trị mức xám thông thường là 16, 32, 64, 128, 256. (Mức 256 là mức phổ dụng. Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức xám, tức là từ 0 đến 255). Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 8
9. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 3. Một số khái niệm trong xử lý ảnh Độ phân giải của ảnh (Resolution): là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh số được hiển thị. Kỹ thuật xử lý ảnh: là quá trình biến đổi một hình ảnh thành một hình ảnh khác bằng máy tính điện tử một cách tự động phụ thuộc vào mục đích của người sử dụng. Ảnh Số bit/pixel Số màu Ảnh đen trắng 1 2 Ảnh đa cấp xám 8 256 Ảnh RGB 24 2563 Ảnh 32 bit 32 2564 (true color+độ sâu) Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 9
10. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Nâng cao chất lượng ảnh: Là bước thú vị nhất trong xử lý ảnh số. Về cơ bản, nâng cao chất lượng ảnh là làm nổi bật các chi tiết của ảnh, hoặc tăng độ tương phản, làm sắc nét, làm mượt ảnh. Phục hồi ảnh: liên quan đến việc nâng cao chất lượng của ảnh, liên quan đến đối tượng trong ảnh. Nén ảnh: là bước giảm kích thước để lưu trữ ảnh, hoặc là băng thông cần thiết để truyền ảnh. Nhận dạng: là quá gán nhãn cho một đối tượng dựa trên các đặc trưng của nó. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 10
11. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Nâng cao chất lượng ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 11
12. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Giảm nhiễu ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 12
13. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Tăng độ nét Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 13
14. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Phục hồi ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 14
15. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Nén ảnh original image 262144 Bytes image compressed bitstream image encoder 00111000001001101 decoder (2428 Bytes) dungleba@gmail.com Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 15
16. Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4. Ứng dụng Nhận dạng chữ viết: Là bước thú vị nhất trong xử lý ảnh số. Về cơ bản, nâng cao chất lượng ảnh là làm nổi bật các chi tiết của ảnh, hoặc tăng độ tương phản, làm sắc nét, làm mượt ảnh. Phục hồi ảnh: liên quan đến việc nâng cao chất lượng của ảnh, liên quan đến đối tượng trong ảnh. Nén ảnh: là bước giảm kích thước để lưu trữ ảnh, hoặc là băng thông cần thiết để truyền ảnh. Nhận dạng: là quá gán nhãn cho một đối tượng dựa trên các đặc trưng của nó. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 16