Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 6: Các phép toán trên điểm

Phép toán trên điểm tạo thành một lớp các kỹ thuật xử lý ảnh đơn giản nhưng quan trọng. Chúng cho phép người sử dụng thay đổi cách điền dữ liệu ảnh vào phạm vi mức xám có sẵn. Điều này đặc biệt ảnh hưởng đến công việc hiện thị ảnh. Chương này sẽ trình bày một số kiến thức liên quan đến các phép toán trên điểm, mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Xử lý ảnh - Chương 6: Các phép toán trên điểm CHƯƠNG 6 CÁC PHÉP TOÁN TRÊN ĐIỂM 6.1 GIỚI THIỆU Phép toán trên điểm tạo thành một lớp các kỹ thuật xử lý ảnh đơn giản nhưng quan trọng. Chúng cho phép người sử dụng thay đổi cách điền dữ liệu ảnh vào phạm vi mức xám có sẵn. Điều này đặc biệt ảnh hưởng đến công việc hiện thị ảnh. Một phép toán trên điểm (point operation) thực hiện một ảnh vào riêng lẻ thành một ảnh ra riêng lẻ theo cách mỗi mức xám của điểm ảnh ra chỉ phụ thuộc vào mức xám của điểm ảnh vào tương ứng. Điều này trái ngược với các phép toán cục bộ (local operations), là thao tác mà trong đó các lân cận của điểm ảnh vào xác định mức xám của mỗi một điểm ảnh ra. Hơn nữa, trong thao tác điểm, mỗi điểm ảnh ra tương ứng trực tiếp với điểm ảnh vào có toạ độ tương tự. Vì theês, một thao tác điểm không thể làm thay đổi các quan hệ không gian bên trong ảnh. Đôi khi thao tác điểm cũng được gọi bằng một vài tên khác, chẳng hạn như, tăng cường độ tương phản (contrast enhancement), làm giãn độ tương phản (contrast stretching), biến đổi tỷ lệ xám (gray-scale transformation). Chúng thường được gắn liền như một phần không thể thiếu của quá trình số hoá ảnh và phần mềm hiển thị ảnh. Những thao điểm thay đổi lược đồ mức xám của ảnh theo cách dự đoán. Chúng có thể được xem như thao tác sao chép từng điểm ảnh một, ngoại trừ các mức xám được thay đổi theo hàm biến đổi mức xám đã định trước. Một thao tác điểm biến đổi một ảnh A(x,y) đầu vào thành một ảnh B(x,y) đầu ra có thể biểu diễn như sau B( x, y )  f  A( x, y ) (1) Thao tác điểm hoàn toàn được xác định bởi hàm biến đổi tỷ lệ xám (gray-scale transformation-GST), f(D), chỉ ra phép ánh xạ mức xám đầu vào thành mức xám đầu ra. 6.1.1 Ứng dụng của thao tác điểm Thao tác điểm đôi khi được sử dụng để khắc phục những hạn chế của bộ số hoá ảnh trước khi bắt đầu xử lý thực sự. Tầm quan trọng không kém của thao tác điểm lad cỉa thiện quá trình hiển thị ảnh. Điều chỉnh quang trắc (Photometric Calibration). Thường là điều mong muốn để có được các mức xám của một ảnh số phản ánh một vài tính chất vật lý, như cường độ ánh sáng hay mật độ quang học. Phép toán trên điểm có thể thực hiện công việc này bằng cách di chuyển các kết quả của tính phi tuyến bộ cảm biến ảnh. Cho ví dụ, giả sử một ảnh được số hoá bằng một thiết bị đáp ứng với cường dọ ánh sáng phi tuyến. Phép toán trên điểm có thể biến đổi tỷ lệ xám để các mức xám biểu diễn sự gia tăng cường độ ánh sáng. Đây là một ví dụ cho sự điều chỉnh quang trắc (photometric calibration). Một chức năng hữu ích khác của phép toán trên điểm là biến đổi khối mức xám. Giả sử một ảnh hiển vi được số hoá bởi thiết bị, mà thiết bị này có thể tạo ra những giá trị mức xám tuyến tính với hệ số truyền của mẫu xét nghiệm. Phép toán trên điểm 68 được sử dụng để tạo ra ảnh với các mức xám thể hiện các bậc của mật độ quang học. Chúng ta có thể xem xét sự điều chỉnh quang trắc dưới khía cạnh phần mềm số hoá ảnh. Tăng cường độ tương phản (Contrast Enhancement). Trong một số ảnh số, những đặc điểm quan trọng chỉ chiếm giữ một phạm vi mức xám hẹp có liên quan mà thôi. Người ta có thể sử dụng phép toán trên điểm để mở rộng các đặc điểm tương phản quan trọng nhằm chiếm giữ phần lớn phạm vi mức xám hiển thị. Thỉnh thoảng điều này cũng được gọi là tăng cường độ tương phản, hay giãn độ tương phản. Điều chỉnh hiển thị (Display Calibration). Một vài thiết bị hiển thị có phạm vi mức xám được ưu tiên, mà với các mức xám đó ảnh trở nên rõ rệt nhất. Các đặc điểm tối hơn và sáng hơn, có độ tương phản tương tự trong ảnh số, cũng không xuất hiện đây. Trong trường hợp này, người sử dụng có thể dùng phép toán trên điểm để bảo đảm rằng những đặc điểm quan trọng rơi vào phạm vi có thể nhìn thấy được tối đa (maximum -visibility). Nhiều thiết bị hiển thị không duy trì mối quan hệ tuyến tính giữa mức xám của một điểm ảnh trong ảnh số với độ chói của điểm tương ứng trên màn hình hiển thị. Tương tự, nhiều bộ ghi film không thể chuyển đổi các mức xám tuyến tính thành mật độ quang học. Những thiếu sót này có thể khắc phục bằng cách một phép toán trên điểm được thiết kế thích hợp trước khi hiển thị ảnh. Cùng được thực hiện, phép toán trên điểm và các tính chất phi tuyến kết hợp để huỷ bỏ lẫn nhau, và điều này bảo toàn tính tuyến tính của ảnh hiển thị. Chuỗi hành động này được gọi là sự điều chỉnh hiển thị. Đôi khi sự trình bày ảnh chính xác đòi hỏi một quan hệ phi tuyến đặc biệt. Tính phi tuyến này được định rõ bởi gamma của màn hình TV và CRT. Các phép toán trên điểm có thể sửa chữa và hiệu chỉnh gamma của những thiết bị hiển thị ảnh. Thỉnh thoảng, các phép toán trên điểm cũng được xem như là các bước xử lý ảnh đưa ra chi tiết hay tăng thêm sự tương phản giữa các phần tử thuộc ảnh. Tuy nhiên, cái gì thực sự đang được thực hiện, đang làm cho các mức xám của các phần ảnh quan trọng phù hợp với phạm vi tương phản của thiết bị hiển thị, khi thông tin đó hiện diện trên ảnh số suốt cả một khoảng thời gian dài. Vì thế, chúng ta có thể xem xét sự điều chỉnh hiển thị và tăng cường độ tương phản dưới khía cạnh phần mềm hiển thị ảnh số. Đường bao (Contour Lines). Một phép toán trên điểm có thể thêm các đường bao vào một ảnh. Ta cũng có thể thực hiện sự chọn ngưỡng với phép toán trên điểm để dựa trên mức xám mà phân chia ảnh thành các miền rời nhau. Điều này thường được sử dụng để định nghĩa các đường biên hay làm mặt nạ cho các phép toán tiếp theo sau. Sự cắt rời (Clipping). Bởi vì ảnh số thường được lưu trữ dưới dạng số nguyên (thường là byte), nên phạm vi các mức xám có sẵn tất yếu bị hạn chế. Đối với ảnh 8 bit, mức xám đầu ra phải được cắt rời ra thành mảng 0 – 255 trước khi mỗi giá trị điểm ảnh được gán vào. trong chương này, chúng ta giả thiết rằng mỗi ...