Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 22: Xử lý ảnh ba chiều

Trong các chương trước, chúng ta đã đề cập đến ảnh số hai chiều. Các ảnh đó có thể coi là có các mức xám là hàm hai biến không gian. Sự tổng quát hoá dễ hiểu nhất lên ba chiều phải được thực hiện với các ảnh có các mức xám là hàm ba biến không gian. Chúng ta gọi những ảnh này là ảnh ba chiều không gian. Trong chương này, chúng ta sẽ đưa ra năm chủ đề về xử lý ảnh ba chiều. Những chủ đề này gần giống với sự xử lý dùng phần cứng và phần mềm theo hướng xử lý ảnh số hai chiều. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 22: Xử lý ảnh ba chiều Ch­¬ng 22 XỬ LÝ ẢNH BA CHIỀU 22.1. GIỚI THIỆU Trong các chương trước, chúng ta đã đề cập đến ảnh số hai chiều. Các ảnh đó có thể coi là có các mức xám là hàm hai biến không gian. Sự tổng quát hoá dễ hiểu nhất lên ba chiều phải được thực hiện với các ảnh có các mức xám là hàm ba biến không gian. Chúng ta gọi những ảnh này là ảnh ba chiều không gian. Một ví dụ điển hình là ảnh nhiệt độ nước đại dương như một hàm x, y và độ sâu; ảnh về mức độ ô nhiễm không khí như một hàm x, y và độ cao; và ảnh lực trọng trường như một hàm ba biến không gian ngoài. Một ví dụ có lẽ phổ biến hơn là các ảnh ba chiều các mẫu vật hiển vi trong suốt hay các đối tượng lớn hơn được quan sát bằng tia X quang. Trong các ảnh này, mức xám biểu diễn một tính chất cục bộ nào đó, chẳng hạn như mật độ quang học trên milimet chiều dài đường đi. Kinh nghiệm phổ biến nhất của con người là thế giới ảnh ba chiều mà chúng ta đang sống. Thực vậy, hầu hết các ảnh hai chiều mà chúng ta thấy đều thu nhận từ thế giới ảnh ba chiều này bằng các hệ thống camera sử dụng phép chiếu phối cảnh để rút số chiều từ ba xuống còn hai. Bằng cách mô phỏng phép chiếu, ta có thể thực hiện phép chiếu ngược lại để nghiên cứu thêm về đối tượng ba chiều tạo ra ảnh mà ta thu được. Tương tự, biết một mô tả toán học về đối tượng ba chiều, ta có thể tính toán ảnh sẽ thu được bằng một camera tại vị trí đã xác định rõ. Vì vậy, một chủ đề khác là xử lý ảnh ba chiều quan tâm đến việc mô phỏng các phép chiếu định hình ảnh và phép chiếu ngược của chúng. Trong chương này, chúng ta sẽ đưa ra năm chủ đề về xử lý ảnh ba chiều. Những chủ đề này gần giống với sự xử lý dùng phần cứng và phần mềm theo hướng xử lý ảnh số hai chiều. Về mặt cục bộ ma nói, những ứng dụng này xây dựng dựa trên các kỹ thuật đễ đề cập trong các chương trước. Ngược lại, đồ hoạ máy tính ba chiều có một sự khác nhau về tầm quan trọng của phần cứng và phần mềm. Để hiểu thêm về lĩnh vực hấp dẫn này, bạn đọc nên tham khảo tài liệu nói về vấn đề này. mục nhỏ dưới đây sẽ giới thiệu năm chủ đề đợc xem xét trong chương này. 22.1.1. Ảnh ba chiều không gian Xem xét một đối tượng ba chiều không hoàn toàn trong suốt, nhưng nó cho ánh sáng đi qua. Ta có thể coi như là một tính chất cục bộ phân bố khắp đối tượng theo ba chiều. tính chất này là mật độ quang học cục bộ. Nó có thể xác định theo đơn vị mật độ quang học trên milimet chiều dài đường đi. Ví dụ, nếu đối tượng là một tấm có tính chất đồng giống nhau cục bộ đặt theo hướng vuông góc với chùm tia tới, thì mật độ quang hoạc đo được của tấm tỷ lệ với cả gía trị của tính chất cục bộ lẫn độ dày của tấm. 444 Những mẫu vật mô sinh học mỏng có vẻ trong suốt dưới kính hiển vi. Trong chương này, chúng ta sẽ đề cập đến cách dùng kính hiển vi để thực hiện ảnh ba chiều. 22.1.2. Máy quét CAT Trong phạm vi tia X của phổ điện từ, nhiều chất, kể cả thân thể con người, đều là trong suốt. Chụp X quang trục nhờ máy tính (Computerized Axial Tomography- CAT) là kỹ thuật X quang tạo ra ảnh một đối tượng thuần nhất theo ba chiều. Kỹ thuật này được sử dụng trong chẩn đoán y học, để quan sát các cấu trúc nằm sâu bên trong cơ thể con người. Nó cũng được sử dụng trong việc kiểm tra nội soi (tạm dịch từ nondestructive-không phá huỷ), để kiểm tra có các vết nứt bên trong các bộ phận nguy hiểm hay không. NDT (Nondestructive Testing) được dùng trong các bộ phận động cơ máy bay, các thành phần không gian vũ trụ, các ống điều áp lò phản ứng hạt nhân và nhiều kim loại và các thành phần tổng hợp khác nhau đòi hỏi tính chính xác cao. Các máy quét CAT đã tạo ra một ảnh hưởng đáng kể về lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ và NDT trong hai thập kỷ trước đây. CAT là một ngành chuyên môn đòi hỏi xử lý ảnh số cho mọi sự hiện hữu của nó: dữ liệu ghi nhận phải tải qua quá trình xử lý trực tiếp trước khi một ảnh bất kỳ được nhìn thấy. 22.1.3. Hình học không gian Khi một camera tạo thành ảnh của một cảnh ba chiều, nó cần phải loại bỏ bớt một số thông tin nào đó về cảnh đó. Những thông tin mất đi này là kết quả trực tiếp từ phép chiếu phối cảnh để giảm số chiều từ ba xuống còn hai. Ví dụ, một đặc trưngvề kích thước nào đấy trong ảnh có thể nhận được từ một đối tượng rất cách xa hay gần như nằm ngay bên cạnh. Sự nhập nhằng về khoảng cách này là kết quả của những thông tin bị mất trong khi chiếu ảnh. Khi một cảnh ba chiều được chụp bởi một cặp camera đặt tại các vị trí hơi khác nhau, sự nhập nhằng về khoảng cách có thể được giải quyết. Hai ảnh tạo ra được gọi là cặp ảnh hình học không gian. Một ảnh khoảng cách là một ảnh mà trong đó mức xám không biểu diễn độ sáng, mà là khoảng cách từ camera đến bề mặt phản xạ gây ra độ sáng điểm ảnh tương ứng của cảnh. Mỗi một điểm ảnh trong ảnh số có thể coi như phép chiếu một hình nón mảnh xuyên qua một thấu kính ảnh (hình 22-1). Trong ảnh độ sáng, mức xám của một ảnh riêng biệt cho biết lượng ánh sáng phản xạ lại bề mặt thứ nhất phân cắt bởi nón điểm ảnh (pixel cone). Trong ảnh khoảng cách, mức xám biểu diễn cho chiều dài nón điểm ảnh. Sự kết hợp một ảnh độ sáng với một ảnh khoảng cách sẽ khôi phục nhiều thông tin bị mất trong khi chiếu ảnh. Tuy nhiên, đây không phải là một miêu tả đầy đủ ảnh ban đầu, vì những bề mặt trong ảnh có thể bị mờ. Dù sao, đối với nhiều mục đích, ảnh khoảng cách cũng là có lợi cho ảnh độ sáng. Hình học không gian là kỹ thuật thu nhận một ảnh khoảng cách từ một cặp ảnh độ sáng lập thể. Từ lâu nó đã được sử dụng như kỹ thuật thủ công để tạo những bản đồ độ cao của bề mặt trái đất. Phần sau của chương này, chúng ta sẽ đề cập đến hình học không gian thực hiện nhờ máy tính. 22.1.4. Hiển thị hình học không gian Nếu có thể tính một ảnh khoảng cách từ một cặp ảnh lập thể, thì cũnh phải có khả năng tạo ra một cặp ảnh lập thể dựa vào một ảnh độ sáng và một ảnh khoảng cách đơn lẻ. Thực tế, kỹ thuật này có khả nă ...