Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 15: Quang học và phân tích hệ thống

Ở các chương trước, chúng ta đã trình bày bộ các công cụ cho phép ta phân tích các thành phần thường dùng trong biểu diễn ảnh số. Bây giờ chúng ta ứng dụng những công cụ này để phát triển những đặc tính của các hệ thống xử lý ảnh số. Hai trường hợp thường nảy sinh, đòi hỏi một phương pháp khả thi đối với phân tích hệ thống. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng để biết thêm các nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 15: Quang học và phân tích hệ thống Ch­¬ng 15 QUANG HỌC VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 15.1. GIỚI THIỆU Trong phạm vi phần 2, chúng ta đã trình bày bộ các công cụ cho phép ta phân tích các thành phần thường dùng trong biểu diễn ảnh số. Bây giờ chúng ta ứng dụng những công cụ này để phát triển những đặc tính của các hệ thống xử lý ảnh số. Hai trường hợp thường nảy sinh, đòi hỏi một phương pháp khả thi đối với phân tích hệ thống. Một là khi được yêu cầu chọn lựa hay cấu hình một hệ thống biểu diễn ảnh số cho một loại thường dùng. Ở đây, một tập các thành phần phù hợp hay toàn bộ một hệ thống phải được chọn từ tập các lựa chọn, thường theo quan niệm liên quan đến giá cả. Trường hợp còn lại nảy sinh mỗi khi người dùng hệ thống tiếp cận một vấn đề mới. Bình thường, ngườ sử dụng chỉ thao tác một khâu tromh chuỗi xử lý ảnh: chương trình máy tính thực hiện các phép toán xử lý số. Thao tá của các thành phần hệ thống khác, từ bộ số hoá đến thiết bị hiển thị, thường được điều chỉnh trước bằng thiết kế phần cứng, mặc dù có thể có những tuỳ chọn cho trước. Việc bảo trì đúng đắn cũng cần thiết để phục vụ cho việcthực hiện tốt nhất. Có thể ta phải chỉ rõ ảnh hưởng mà một thành phần phần cứng của hệ thống sẽ tác động lên ảnh, để bù cho những ảnh hưởng này trong phần mềm. Theo cách này, Chương trình xử lý có thể được cấu thành để đạt đến mục tiêu đã đề ra, đồng thời không làm giảm giá trị của đề tài. Trước đây, một vấn đề về ảnh số đặc trưng có thể tiếp cận một cách hoàn chỉnh, người ta phải thừa nhận rằng sự trang bị máy móc sử dụng là thoả đáng cho công việc. Nói chung, độ phân giải, độ phóng đại, số điểm ảnh, kích thước điểm ảnh và khoảng cách điểm ảnh phải tương xứng với công việc sắp tới. Nên có một sự cân bằng giữa các dụng cụ quang học (camera, kính viễn vọng, kính hiển vi,…), cảm nhận ảnh (camera), số hoá ảnh, phần cứng lưu trữ và hiển thị, và các thuật giải sử dụng để xử lý và phân tích định lượng ảnh số. Trong chương này, chúng ta sẽ nhằm vào tập các nguyên tắc có thể thực hiện đối với việc thiết lập một sự cân bằng như trên. Phân tích chi tiết mọi mặt của một hệ thống xử lý ảnh có thể trở nên rất phức tạp và điều này vượt quá tầm kiểm soát của ta. Cách tiếp cận ở đây là làm cho một vài giả thiết trên thực tế trở nên đơn giản và có khả năng ứng dụng rộng rãi. Nếu cần thiết, có thể thêm vào một lượng dư để đảm bảo không có sai sót trong những giả thiết. Phần lớn các trường hợp trong thực tế, kết quả chính xác được cung cấp đầy đủ. 15.1.1. Thực hiện phân tích một hệ thống ảnh số Câu hỏi mà chúng ta đặt ra ở đây là: phân tích một hệ thống như thế nào để có thể xác định nó có thích hợp và giá cả có gây ấn tượng cho việc thực hiện xử lý ảnh và các dự án định lượng ảnh mà nó sử dụng hay không? Ta sẽ cố gắng để thiết lập sự cân bằng giữa các thành phần khác nhau trong chuỗi xử lý ảnh, sao cho toàn bộ sự thực hiện là phù hợp với công việc và không có thành phần nào thể hiện quá mức cần thiết so với những gì được yêu cầu để thực hiện công việc. 283 Chúng ta sẽ chỉ ra những chủ đề về độ phân giải không gian và lấy mẫu ảnh, với mục đích thiết lập sự cân bằng giữa thực hiện từng thành phần hệ thống và toàn bộ hệ thống. Mục đích này có liên quan đến việc thực hiện những thành phần khác nhau trong một hệ thống thành một khối. Độ phân giải. Những nhầm lẫn đáng kể thường xuất hiện xung quanh khái niệm về độ phân giải. Để tránh nhầm lẫn, ta cần một định nghĩa rõ ràng về độ phân giải là gì và một sự cảm nhận sâu sắc về mục đích của bất kỳ phân tích nào về công cụ xử lý ảnh. Đối với mục đích của chúng ta, câu hỏi chủ yếu về độ phân giải là: Hệ thống sẽ tái tạo những chi tiết nhỏ trong đối tượng quan tâm một cách thích hợp? Câu hỏi này có thể được trả lời dễ dàng nếu đầu tiên chúng ta có một câu trả lời định lượng, ngắn gọn cho một câu hỏi khác: Hệ thống làm cách nào để tái tạo lại các đối tượng có kích thước khác nhau? Sau đó, giả sử rằng chúng ta biết kích thước của những chi tiết đang xét, chúng ta có thể thu được trả lời cho câu hỏi về độ phân giải. Để tiếp cận với câu hỏi sau, ta áp dụng công cụ của lý thuyết hệ thống tuyến tính (chương 9) vào những thành phần của hệ thống trước bộ phận lấy mẫu (chuyển đổi từ dạng tương tự sang dạng số chẳng hạn). Những thành phần này có thể coi như là các thành phần hệ thống tuyến tính bất biến dịch, để có thể ứng dụng lý thuyết hệ thống tuyến tính. Nói chung, chúng ta phân tích dạng ảnh quang học và bộ cảm nhận ảnh (camera) để xác định kích thước và hình dáng thật sự của điểm quét. Từ đó mà ta có hàm tán xạ điểm (Point Spread Function-PSF) của hệ thống ảnh và hàm tương đương của nó, hàm truyền đạt điều biên (Modulation Transfer Function-MTF). Hàm MTF hình thành đặc điểm định lượng của độ phân giải mà ta cần cho việc phân tích. Lấy mẫu. Câu hỏi đặt ra đối với các tham số của quá trình lấy mẫu có thể được biểu diễn như sau: Cần có bao nhiêu điểm ảnh và khoảng cách giữa chúng như thế nào, để đảm bảo cho ảnh số hoá diến đạt được chính xác nội dung của ảnh quang học? Điều này kéo theo một tập các khái niệm hoàn toàn khác những khái niệm liên quan đến độ phân giải. Lấy mẫu là quá trình phi tuyến hoàn toàn và việc không phân biệt được giữa các khái niệm lấy mẫu và độ phân giải có thể tạo ra sự nhầm lẫm đáng tiếc. Để tiếp cận câu hỏi lấy mẫu, ta sẽ áp dụng lý thuyết lấy mẫu (chương 12) vào bước chuyển đổi tương tự sang số. Đây là một phương pháp đơn giản để xác định khoảng cách điểm ảnh có đủ nhỏ hay không và miêu tả điều sẽ xảy ra nếu nó không đủ nhỏ. Hiển thị ảnh. Câu hỏi thứ ba trong phân tích hệ thống ảnh số có thể diễn tả như sau: Ảnh hiển thị biểu diễn các đối tượng mà ta quan tâm chính xác đến mức nào? Trong những ứng dụng chỉ bao gồm phân tích định lượng, hiển thị ảnh có thể không quan trọng lắm hay thậm chí không cần thiết. Trong những ứng dụng khác ...