Bài giảng địa tin học chuyển đổi ảnh tăng cường không gian

Tổng quanTăng cường chất lượng không gian ảnh là việc hiệu chỉnh giá trị pixel của ảnh dựa vào giá trị của các pixel xung quanh chúng Tăng cường chất lượng không gian ảnh liên quan mật t

SPATIAL ENHANCEMENT

SPATIAL FILTER (LỌC KHÔNG GIAN)

NỘI DUNG

1 Tổng quan

2 Bản chất phương pháp lọc không gian

3 Các phương pháp lọc

Tổng quan

Tăng cường chất lượng ảnh là quy trình làm cho ảnh dễ giải đoán hơn phục vụ cho 1 ứng dụng cụ thể.

Các phương pháp tăng cường chất lượng ảnh:

1 Tăng cường bức xạ (radiometric enhancement)

- Linear Enhancement (tăng cường tuyến tính)

- Non Linear Enhancement (tăng cường phi tuyến)

2 Tăng cường không gian (Spatial Enhancement)

- Spatial filter (lọc không gian)

3 Tăng cường phổ (Spectral Enhancement)

- Vegetation indices (chỉ số thực vật)

4 Tăng cường thời gian (temporal Enhancement)

- Principle Component (phân tích thành phần chính)

Tổng quan

Tăng cường chất lượng không gian ảnh là việc hiệu chỉnh giá trị pixel của ảnh dựa vào giá trị của các pixel xung quanh chúng

Tăng cường chất lượng không gian ảnh liên quan mật

thiết với tần số không gian của ảnh (spatial frequency) Tần

số không gian của ảnh là sự sai khác giữa giá trị độ sáng cao nhất và thấp nhất của 1 tập hợp các pixel mà chúng ta xem xét trên ảnh Một ảnh viễn thám có thể tồn tại các loại tần số không gian sau:

+ Tần số không gian bằng 0 (không có tương phản trên ảnh)

+ Tần số không gian thấp (tương phản thấp trên ảnh)+ Tần số không gian cao (tương phản cao trên ảnh)

Tổng quan

Tăng cường chất lượng không gian ảnh là việc hiệu chỉnh giá trị pixel của ảnh dựa vào giá trị của các pixel xung quanh chúng

Tăng cường chất lượng không gian ảnh liên quan mật

thiết với tần số không gian của ảnh (spatial frequency) Tần

số không gian của ảnh là sự sai khác giữa giá trị độ sáng cao nhất và thấp nhất của 1 tập hợp các pixel mà chúng ta xem xét trên ảnh Một ảnh viễn thám có thể tồn tại các loại tần số không gian sau:

+ Tần số không gian bằng 0 (không có tương phản trên ảnh)

+ Tần số không gian thấp (tương phản thấp trên ảnh)+ Tần số không gian cao (tương phản cao trên ảnh)

Tổng quan

Tổng quan

Tần số không gian ảnh có thể được tăng cường hoặc

giảm thiểu bằng phương pháp lọc không gian.

Ví dụ:

+ Sai số trong quá trình truyền dữ liệu hoặc dữ liệu

bị gián đoạn làm xuất hiện hiện tượng lốm đốm (muối

tiêu) trên ảnh, do vậy cần áp dụng phép lọc không gian ảnh để giảm tần số không gian của ảnh làm cho ảnh mịn hơn.

+ Ảnh có tần số không gian thấp, khi áp dụng phép lọc không gian, làm cho tần số không gian của ảnh cao,

do vậy làm nổi bậc các đối tượng quan tâm.

Tổng quan

Phép lọc làm mịn ảnh

Tổng quan

Phép lọc làm giảm nhiễu

Bản chất Lọc Không gian

trong đó giá trị độ sáng pixel (BV) tại

vị trí (i,j) của ảnh kết quả là hàm số của trung bình trọng số của các pixel lân cận xung quanh vị trí (i,j) của ảnh gốc.

 Phép lọc như thế gọi là lọc convolution (spatial convolution filtering)

Bản chất Lọc Không gian

 Để thực thi phép lọc không gian, cần phải có 1 cửa sổ lọc (convolution

kernel) Cửa sổ lọc là một ma trận có kích thước thường là số lẻ (ví dụ: 3x3, 5x5…), ma trận cửa sổ lọc chứa các

giá trị, các giá trị này dùng để tính

toán giá trị mới các pixel trên ảnh gốc.

Bản chất Lọc Không gian

 Giá trị pixel của ảnh gốc sẽ được tính theo mô hình như sau:

 Giả sử kernel được cho bởi matrận W và ảnh cho bởi matrận A

Cửa sổ được di chuyển theo

mọi vị trí trên ảnh

Bản chất Lọc Không gian

Lọc tần thấp - Mean

Lọc tần thấp – Median, Mode

-Lọc Mode, Median không có giá trị của cửa sổ lọc (kernel) Giá trị pixel của ảnh kết quả chỉ là giá trị mode, median của các giá trị pixel của ảnh gốc

Lọc tần thấp – Gauss

- Giống như phép lọc Mean, nhưng trọng số của các pixel không đều nhau, những pixel lân cận xa hơn so với pixel trung tâm được gán giá trị nhỏ hơn.

Lọc tần cao

- Công dụng: làm tăng tần số không gian của ảnh, làm nổi bật các đối tượng quan tâm Ảnh lọc tần cao có histogram tương đối hẹp nên cần kéo dãn tuyến tính cấp độ xám để thuận tiện cho giải đoán ảnh.

- Các phương pháp:

+ Ảnh lộc tần cao = 2 lần giá trị độ sáng pixel ảnh gốc – giá trị độ sáng pixel của ảnh được lọc tần thấp tương ứng

+ Dùng các cửa sổ lọc:

Lọc tăng cường biên

- Công dụng: Trong viễn thám, các ứng dụng liên quan đến lĩnh vực khoa học trái đất, thông tin

quan trọng nhất thường có nguồn gốc từ các biên xung quanh đối tượng (edge) Do vậy, việc tách biên có ý nghĩa trong các so sánh và giải đoán

Tách biên tuyến tính

Tách biên đứng

Tách biên ngang và nghiêng

Tách biên phi tuyến

Toán tử sobel

Dùng hai toán tử, khi đó giá trị pixel được lọc được tính bằng căn bậc hai của hai giá trị được lọc từ mỗi toán tử

Tách biên phi tuyến

Toán tử prewitt

Dùng hai toán tử, khi đó giá trị pixel được lọc được tính bằng căn bậc hai của tổng bình phương hai giá trị được lọc từ mỗi toán tử