Chương 1 : ảnh và xử lý ành số

Xử lý ảnh số - sự thao tác trên ảnh bởi máy tính - là một thuật ngữ phát triển gần đây trong sự cảm nhận đối với thị giác con người. Trong lịch sử của mình, xử lý ảnh đã được áp dụng thực tế vào mọi kiểu hình ảnh, với các mức độ thành công khác nhau. Sức lôi cuốn chủ quan cố hữu của tạp chí ảnh có lẽ thu hút một khối lượng không cân xứng sự chú ý từ các nhà khoa học. Giống như các lĩnh vực nhiều qui tắc khác, xử lý...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 1 : ảnh và xử lý ành số PhÇn mét Ch­¬ng 1 ¶nh vµ xö lý sè 1.1 Giíi thiÖu Xö lý ¶nh sè - sù thao t¸c trªn ¶nh bëi m¸y tÝnh - lµ mét thuËt ng÷ ph¸t triÓn gÇn ®©y trong sù c¶m nhËn ®èi víi thÞ gi¸c con ng­êi. Trong lÞch sö cña m×nh, xö lý ¶nh ®· ®­îc ¸p dông thùc tÕ vµo mäi kiÓu h×nh ¶nh, víi c¸c møc ®é thµnh c«ng kh¸c nhau. Søc l«i cuèn chñ quan cè h÷u cña t¹p chÝ ¶nh cã lÏ thu hót mét khèi l­îng kh«ng c©n xøng sù chó ý tõ c¸c nhµ khoa häc. Gièng nh­ c¸c lÜnh vùc nhiÒu qui t¾c kh¸c, xö lý ¶nh sè còng tr¶i qua l¾m chuyÖn hoang ®­êng, hiÓu lÇm, quan niÖm sai vµ th«ng tin lÖch l¹c. Nã bao trïm lªn nhiÒu khÝa c¹nh kh¸c nhau nh­ quang, ®iÖn tö, to¸n häc, nhiÕp ¶nh vµ kü thuËt m¸y tÝnh. Nã bÞ trë ng¹i víi nh÷ng b iÖt ng÷ m¬ hå vµ th­êng m©u thuÉn tõ nh÷ng lÜnh vùc kh ¸c nhau. QuyÓn s¸ch nµy cè g¾ng ®Ó tËp hîp nh÷ng kh¸i niÖm c¬ së cña xö lý ¶nh sè vµo mét thÓ thèng nhÊt thÝch hîp, nh»m s¾p ® Æt cã hÖ thèng sù tr×nh bµy chñ ®Ò mét c¸ch t­¬ng ®èi dÔ hiÓu. NhiÒu nh©n tè cho biÕt lÜnh vùc xö lý ¶nh liªn tôc ph¸t triÓn. Nh©n tè chÝnh lµ sù gi¶m gi¸ liªn tôc cña c¸c thiÕt bÞ m¸y tÝnh cÇn thiÕt. C¸c khèi xö lý vµ c¸c thiÕt bÞ l­u tr÷ cì lín cµng ngµy cµng trë nªn Ýt ®¾t ®á h¬n. Nh©n tè thø hai lµ sù gia t¨ng tÝnh s½n cã cña thiÕt bÞ sè ho¸ vµ hiÓn thÞ ¶nh. Cã c¸c dÊu hiÖu cho thÊy gi¸ cña thiÕt bÞ m¸y tÝnh sÏ cßn tiÕp tôc gi¶m n÷a. NhiÒu xu h­íng c«ng nghÖ míi høa hÑn sÏ kÝch thÝch sù ph¸t triÓn lÜnh vùc nµy xa h¬n n÷a. Mét trong nh÷ng xu h­íng nµy lµ xö lý song song, kiÓu xö lý mµ thùc tÕ ®­îc thùc hiÖn bëi c¸c bé vi xö lý gi¸ thÊp; c¸c thiÕt bÞ ghÐp (Charge-coupled divice-CCD) kh«ng ®¾t tiÒn cho viÖc sè ho¸; c¸c c«ng nghÖ bé nhí míi mang l¹i c¸c m¶ng l­u tr÷ ¶nh cì lín, gi¸ thÊp; vµ c¸c h Ö thèng hiÓn thÞ mµu ®é ph©n gi¶i cao kh«ng ®¾t tiÒn. Mét sù thóc ®Èy ph¸t triÓn kh¸c b¾t nguån tõ l­u l­îng ra ®êi ®Òu ®Æn cña c¸c øng dông míi. C¸ch sö dông ¶nh sè trong c¸c øng dông th­¬ng m¹i, c«ng nghiÖp, y häc vµ trong nghiªn cøu khoa häc tiÕp tôc ph¸t triÓn. ThËm chÝ víi chiÒu h­íng gi¶m bít phÝ tæn qu©n sù, thµnh ra lµm t¨ng viÖc sö dông bé c¶m nhËn ®iÒu khiÓn tõ xa víi c«ng nghÖ ¶nh sè. V× vËy, víi sù gia t¨ng tÝnh s½n cã cña phÇn cøng kh«ng ®¾t tiÒn mét c¸ch hîp lý vµ mét vµi øng dông rÊt quan träng trong ph¹m vi hiÓu biÕt, cã thÓ tr«ng mong xö lý ¶nh sè thùc hiÖn mét vai trß quan träng trong t­¬ng lai. 1.2 C¸c phÇn tö xö lý ¶nh sè T¹i ®a sè c¸c møc c¬ b¶n cña nã, xö lý ¶nh sè ®ßi hái mét m¸y tÝnh ®Ó xö lý ¶nh vµ hai phÇn t¸ch rêi cña thiÕt bÞ vµo/ra ®Æc biÖt: mét bé sè ho¸ ¶nh vµ mét thiÕt bÞ hiÓn thÞ ¶nh. M¸y tÝnh kh«ng thÓ ph©n tÝch ¶nh trùc tiÕp ë d¹ng tù nhiªn. Bëi v× m¸y tÝnh lµm viÖc víi d÷ liÖu b»ng sè (chø kh«ng ph¶i h×nh ¶nh), nªn ¶nh ph¶i ®­îc chuyÓn ®æi thµnh d¹ng sè tr­íc khi m¸y tÝnh cã thÓ thùc hiÖn qu¸ tr×nh xö lý. H×nh 1-1 minh ho¹ c¸ch mµ mét ma trËn h×nh ch÷ nhËt c¸c sè cã thÓ biÓu diÔn mét ¶nh vËt lý. ¶nh vËt lý ®­îc chia thµnh c¸c khu vùc nhá gäi lµ c¸c phÇn tö ¶nh h ay pixel. Mäi s¬ ®å qu¸ tr×nh chia nhá phæ biÕn lµ l­íi h×nh ch÷ nhËt lÊy mÉu cho trong h×nh. ¶nh ®­îc chia thµnh c¸c dßng ngang cña c¸c ®iÓm ¶nh liÒn kÒ nhau. Con sè ®­îc chÌn vµo ¶nh sè t¹i mçi vÞ trÝ ® iÓm ¶nh ph¶n ¸nh ®é s¸ng cña ¶nh t¹i ®iÓm t­¬ng øng. 1 H×nh 1-1 H×nh 1-1 ¶nh vËt lý vµ ¶nh sè t­¬ng øng cña nã Qu¸ tr×nh chuyÓn ®æi ®ã ®­îc gäi lµ sù sè ho¸ (digitization) vµ d¹ng phæ biÕn ®­îc minh h o¹ ë h×nh 1-2. T¹i mçi vÞ trÝ ®iÓm ¶nh, qu¸ tr×nh lÊy mÉu vµ l­îng tö ho¸ sÏ t¹o ra mét sè nguyªn biÓu diÔn ®é s¸ng vµ ®é tèi cña ®iÓm ®ã. KÕt qu¶ lµ t¹o ra mét ma trËn c¸c sè nguyªn b iÓu diÔn gi¸ trÞ c¸c ®iÓm ¶nh cña ¶nh ®· cho. Mçi ®iÓm ¶nh ®­îc x¸c ®Þnh bëi mét vÞ trÝ sè nguyªn hoÆc ®Þa chØ (sè dßng hay hµng vµ sè mÉu hay cét) vµ mét gi¸ trÞ sè nguyªn gäi lµ møc x¸m (gray level). B©y giê d·y d÷ liÖu sè nµy lµ môc tiªu cho viÖc xö lý cña m¸y tÝnh. H×nh 1-3 tr×nh bµy toµn bé hÖ thèng xö lý ¶nh. ¶nh sè ®­îc t¹o ra bëi bé sè ho¸, sau ®ã l­u g i÷ t¹m thêi trªn mét thiÕt bÞ thÝch hîp. §Ó ®¸p øng c¸c c©u lÖnh tõ thao t¸c viªn, m¸y tÝnh gäi vµ thùc hiÖn c¸c ch­¬ng tr×nh xö lý ¶nh tõ th­ viÖn ch­¬ng tr×nh. Trong suèt qu¸ tr×nh thùc h iÖn, ¶nh ®Çu vµo ®­îc ®äc tõng dßng vµo m¸y tÝnh. Thao t¸c trªn mét hoÆc nhiÒu dßng, m¸y tÝnh t¹o ra tõng ®iÓm ¶nh ®Çu ra vµ l­u tr÷ nã tõng dßng trªn thiÕt bÞ l­u gi÷ d÷ liÖu ra. h×nh 1-2 H×nh 1-2 Qu¸ tr×nh sè ho¸ ¶nh H×nh 1-3 2 H×nh 1 -3 HÖ thèng xö lý ¶nh sè Trong suèt qu¸ tr×nh xö lý, c¸c ®iÓm ¶nh cã thÓ ®­îc thay ®æi bëi ý ®å cña ng­êi lËp tr×nh. C¸c b­íc xö lý chØ bÞ h¹n chÕ bëi kh¶ n¨ng s¸ng t¹o, tÝnh kiªn tr× cña ng­êi lËp tr×nh vµ khèi l­îng tÝnh to¸n. Sau khi xö lý, s¶n phÈm cuèi cïng ®­îc hiÓn thÞ bëi mét qu¸ tr×nh, mµ qu¸ tr×nh ®ã ng­îc víi qu¸ tr×nh sè ho¸: Møc x¸m cña mçi ®iÓm ¶nh ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ®é s¸ng cña ®iÓm t­¬ng øng trªn mµn h×nh hiÓn thÞ. B»ng c¸ch ®ã, ta cã thÓ nh×n thÊy ¶nh ®· xö lý vµ mét lÇn n÷a l¹i tu©n theo c¶m nhËn cña con ng­êi. 1.2.1 ThuËt ng÷ trong xö lý ¶nh sè ¶nh xuÊt hiÖn d­íi nhiÒu d¹ng, mét sè cã thÓ thÊy ®­îc vµ sè kh¸c th× kh«ng, mét sè lµ trõu t­îng cßn sè kh¸c l¹i thùc tÕ, cã lo¹i thÝch hîp cho m¸y tÝnh ph©n tÝch vµ cã lo¹i kh«ng thÝch hîp. V× thÕ, ®iÒu quan träng lµ cã mét nhËn thøc vÒ c¸c lo¹i ¶nh kh¸c nhau. ThiÕu ®iÒu n µy cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng nhÇm lÉn tai h¹i, ®Æc biÖt khi ng­êi ta trao ®æi víi nhau nh÷ng quan n iÖm vÒ ¶nh mµ l¹i cã nh÷ng kh¸i niÖm hoµn toµn kh¸c nhau vÒ chóng. Bëi v× mét phÇn lín nh÷ng g× ®· tr¶i qua trong cuéc ® ...