Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Giảng viên TS Phạm Việt Hà Email phamviethagmail com ĐT CQ (04) 37544486 Địa chỉ CQ 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 1 Chương 1 Giới thiệu chung về xử lý ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2 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 cá.
Trang 1Giảng viên: TS Phạm Việt Hà
Email: phamvietha@gmail.com
ĐT CQ: (04).37544486
Địa chỉ CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
Trang 21 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
Trang 31 Giới thiệu chung
Hình 1 Hệ thống tạo ảnh
Trang 41 Giới thiệu chung
Hình 2 Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh
Trang 52 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
Trang 62 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
Trang 72 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
Trang 83 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)
Trang 93 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
Trang 104 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
Trang 114 Ứng dụng
Nâng cao chất lượng ảnh
Trang 124 Ứng dụng
Giảm nhiễu ảnh
Trang 134 Ứng dụng
Tăng độ nét
Trang 144 Ứng dụng
Phục hồi ảnh
Trang 154 Ứng dụng
Nén ảnh
original image 262144
Trang 164 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
