Đây một hệ thống chuyên dụng đã được trang bị để mã hóa các bức ảnh thành một dạng tín hiệu sau đó truyền qua hệ thống dây cáp, ở đầu nhận tín hiệu sẽ có một hệ thống chuyên dụng để giải
Nội dung
Đại cương về xử lý ảnh
1 Một số khái niệm cơ bản trong ảnh và xử lý ảnh
Trong ngành khoa học máy tính, xử lý ảnh là một loại xử lý tín hiệu với đầu vào là hình ảnh hoặc các khung hình từ phim Đầu ra có thể là hình ảnh, tập hợp ký tự hoặc các tham số liên quan đến hình ảnh Kỹ thuật xử lý ảnh thường liên quan đến xử lý tín hiệu hai chiều và được áp dụng theo một chuẩn riêng về kỹ thuật xử lý ảnh.
1.1 Nguồn gốc của xử lý ảnh
Các phương pháp xử lý ảnh chủ yếu tập trung vào nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh Nâng cao chất lượng ảnh đã được ứng dụng trong ngành công nghiệp báo chí, với những bức ảnh được truyền qua dây cáp ngầm giữa Luân Đôn và New York Vào những năm 1920, hệ thống Bartlane ra đời, cho phép truyền ảnh số qua dây cáp, giảm thời gian truyền từ hơn một tuần xuống chỉ còn hơn 3 giờ Hệ thống này mã hóa ảnh thành tín hiệu để truyền qua cáp, và tại đầu nhận, một hệ thống chuyên dụng sẽ giải mã và khôi phục lại hình ảnh.
Chất lượng của các bức ảnh số phụ thuộc vào phương thức in, phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh.
Năm 1955, việc nâng cao chất lượng ảnh đã được phát triển để giải quyết vấn đề này Các kỹ thuật xử lý ảnh không ngừng cải thiện trong những năm tiếp theo, đồng thời ngành công nghệ máy vi tính cũng phát triển mạnh mẽ, đáp ứng tốt nhu cầu công nghệ Giá thành ngày càng giảm và tốc độ xử lý được cải thiện đáng kể Những yêu cầu trong nghiên cứu khoa học không gian đã tạo động lực thúc đẩy cho sự phát triển của kỹ thuật xử lý ảnh.
Năm 1964, vệ tinh Ranger 7 đã truyền về Trái Đất những bức ảnh đầu tiên chụp bề mặt Mặt Trăng Những bức ảnh này sau đó được máy tính xử lý để nâng cao chất lượng, làm nổi bật đường biên và lưu trữ hình ảnh.
Kể từ năm 1964, ứng dụng của xử lý ảnh đã mở rộng ra ngoài thăm dò nghiên cứu vũ trụ, với nhiều kỹ thuật được áp dụng cho các mục đích khác nhau Hầu hết các bài toán đều tập trung vào phân tích và nâng cao chất lượng ảnh Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm thăm dò địa chất, sinh học, y học, hóa học và vật lý.
Hình 1.1: Bức ảnh đầu tiên về mặt trăng của cơ quan vũ trụ mỹ NASA Vào lúc 9:09 phút sáng ngày 31/6/1964
1.2 Xử lý ảnh là gì ?
Con người tiếp nhận thông tin chủ yếu qua các giác quan, với thị giác là quan trọng nhất Gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của phần cứng máy tính đã thúc đẩy sự tiến bộ trong xử lý ảnh và đồ họa, mở ra nhiều ứng dụng trong đời sống Xử lý ảnh và đồ họa đóng vai trò thiết yếu trong tương tác giữa con người và máy móc.
Quá trình xử lý ảnh là thao tác trên ảnh đầu vào để đạt được kết quả mong muốn, có thể là một bức ảnh “tốt hơn” hoặc một “kết luận” cụ thể.
Nguồn gốc của bức ảnh tự nhiên là một hình ảnh liên tục về không gian và độ sáng Để xử lý bằng máy tính, ảnh cần được số hóa, tức là chuyển đổi gần đúng từ ảnh liên tục thành tập hợp các điểm ảnh tương ứng với vị trí và độ sáng Khoảng cách giữa các điểm ảnh được thiết lập sao cho mắt người không nhận ra ranh giới giữa chúng Mỗi điểm ảnh này được gọi là pixel.
Điểm ảnh (Pixel) là phần tử cơ bản của ảnh số, mang độ xám hoặc màu sắc nhất định Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh được lựa chọn hợp lý để mắt người cảm nhận được sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần giống như ảnh thật Mỗi phần tử trong ma trận ảnh được gọi là một phần tử ảnh.
Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được gán bằng giá trị số tại điểm đó
1.5 Định nghĩa ảnh số Ảnh số là tập hợp các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật
1.6 Đặc điểm biên và đường biên Đặc trưng cho đường biên của đối tượng và do vậy rất hữu ích trong việc trích trọn các thuộc tính bất biến được dùng khi nhận dạng đối tượng Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ toán tử gradient, toán tử la bàn, toán tử
Laplace, toán tử “chéo không” (zero crossing) v.v…
Việc trích chọn đặc điểm một cách hiệu quả là rất quan trọng để nâng cao độ chính xác trong nhận dạng các đối tượng ảnh, đồng thời cải thiện tốc độ tính toán và giảm dung lượng bộ nhớ lưu trữ.
2 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh Quá trình xử lý một tấm ảnh được tóm tắc bằng sơ đồ sau :
Hình 1.3: Các bước cơ bản trong xử lý ảnh
2.1 Thu nhận ảnh (Image Acquisition) Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh
Camera thường sử dụng là loại quét dòng, tạo ra hình ảnh hai chiều Chất lượng ảnh thu được phụ thuộc vào thiết bị và điều kiện môi trường như ánh sáng và phong cảnh.
2.2 Tiền xử lý (Image Processing)
Sau khi thu nhận, ảnh có thể bị nhiễu và có độ tương phản thấp, do đó cần sử dụng bộ tiền xử lý để cải thiện chất lượng Bộ tiền xử lý có chức năng chính là lọc nhiễu và nâng cao độ tương phản, giúp ảnh trở nên rõ nét và sắc sảo hơn.
2.3 Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh
Phân vùng ảnh là quá trình tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh
Ứng dụng Matlab trong xử lý ảnh
Phép biến đổi Fourier cho phép biểu diễn ảnh như một tổng hợp của các lũy thừa phức, bao gồm các thành phần biên độ, tần số và pha khác nhau Đối với hàm f(m,n) là hàm của hai biến không gian rời rạc m và n, biến đổi Fourier hai chiều của f(m,n) được định nghĩa rõ ràng.
Nếu f(m,n) là độ sáng của ảnh X tại pixel (m,n), thì F(w1,w2) là biến đổi Fourier của ảnh X Do dữ liệu trên máy tính được lưu trữ dưới dạng rời rạc, biến đổi Fourier cũng được rời rạc hóa thành biến đổi Fourier rời rạc (DFT) Giả sử hàm f(m,n) chỉ khác 0 trong miền (0
