Chiếu sáng trong ảnh và ứng dụng

Giới thiệu tổng quan về đề tài Chiếu sáng ảnh là quá trình chúng ta có thể thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh.. Với việc thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào các bức ảnh đó có thể

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT

- -LÊ THỊ ĐÌNH

CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Chuyên ngành : Khoa học máy tính

Thái Nguyên, năm 2011

Trang 2

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 5

1 Giới thiệu tổng quan về đề tài 5

2 Lý do chọn đề tài 6

3 Bố cục của luận văn 6

Phần 2 NỘI DUNG 8

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH 8

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh 8

1.1.1 Xử lý ảnh 8

1.1.2.Quá trình thu nhận ảnh, biểu diễn ảnh và lưu trữ ảnh 8

1.1.2.1 Quá trình thu nhận ảnh 8

1.1.2.2 Biểu diễn ảnh 8

1.1.2.3 Lưu trữ ảnh 10

1.1.3 Các mô hình biểu diễn màu 12

1.1.3.1 Hệ màu chuẩn RGB 12

1.1.3.2 Hệ màu CMY 13

1.1.3.3.Hệ màu YIQ 14

1.1.3.4.Hệ màu L*a*b 14

1.1.3.5.Hệ màu HSI(Hue- Saturation- Itensity) 14

1.2 Ánh sáng và sự chiếu sáng trong ảnh 16

1.2.1 Khái quát về chiếu sáng ảnh 16

1.2.2 Một số ứng dụng của chiếu sáng ảnh 16

1.2.3 Một số hình ảnh về chiếu sáng 17

Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ẢNH 20

2.1 Kỹ thuật Phong Shading 21

2.2 Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading 23

2.3 Kỹ thuật Gouraud Shading 24

2.4 Phép nội suy Phong 26

2.5 Tính bất biến về màu sắc với RETINEX 27

2.6 So sánh các kỹ thuật chiếu sáng: Phong Shading, phản chiếu ngược Phong Shading, Gouraud Shading 35

Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 37

3.1 Bài toán chiếu sáng trong ảnh 37

Trang 3

Luận văn thạc sỹ: “Chiếu sáng trong ảnh và ứng dụng”

2

3.2 Chương trình thử nghiệm 38

3.2.1 Các khối Modul chính trong chương trình 38

3.2.1.1 Khối Modul thực hiện mở một ảnh mới 38

3.2.1.2 Khối Modul thực hiện xử lý thêm nguồn sáng vào ảnh 39

3.2.1.3 Khối Modul thực hiện thêm nguồn sáng mới 40

3.2.1.4 Khối Modul thực hiện thiết lập thông số nguồn sáng 41

3.2.1.5 Khối Modul thực hiện các sự kiện khi thay đổi nguồn sáng 45

3.2.1.6 Khối Modul thực hiện hiển thị kết quả xử lý ảnh 50

3.2.2 Giao diện chương trình 51

3.2.2.1 Giao diện chính của chương trình chiếu sáng trong ảnh 51

3.2.2.2 Giao diện thực hiện mở ảnh 52

3.2.2.3 Giao diện thiết lập màu, tọa độ nguồn sáng, kiểu chiếu sáng,… 52 3.2.2.4 Giao diện xử lý chiếu sáng ảnh và kết quả 53

3.2.2.5 Giao diện thêm nhiều nguồn sáng đồng thời 54

Phần 3 PHẦN KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Chiếu sáng trong ảnh và ứng dụng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Thị Hồng Minh Các

số liệu, hình ảnh được sử dụng trong luận văn cũng như các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực

LÊ THỊ ĐÌNH

Trang 5

Tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo TS Nguyễn Thị Hồng Minh đã tạo điều kiện, trực tiếp hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, cán bộ viên chức trường Dự bị đại học dân tộc Nội trú Sầm Sơn đã tạo mọi điều kiện cho bản thân tôi và các học viên lớp cao học CNTT K8B hoàn thành khoa học

Tôi xin chân thành cảm ơn các học Viên trong lớp Cao học CNTTK8B đã động viên, chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức, tài liệu cho bản thân tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Trang 6

Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Giới thiệu tổng quan về đề tài

Chiếu sáng ảnh là quá trình chúng ta có thể thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh Với việc thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào các bức ảnh đó có thể làm cho các bức ảnh sáng sủa, lãng mạn hơn và ngược lại cũng có thể làm cho bức ảnh

đó trở nên tối tăm, ảm đạm hơn Chiếu sáng ảnh có thể chỉnh sửa được màu sắc ánh sáng, thêm vào nhiều kiểu ánh sáng một cách đa dạng, thay đổi chất lượng bề mặt bức ảnh, thêm vào nhiều loại hiệu ứng ánh sáng bao quanh

Mô hình về ánh sáng và sắc thái là một trong những mô hình chiếu sáng ảnh được phát triển nhanh chóng và phổ biến nhất Việc sử dụng các mô hình về ánh sáng và sắc thái nhằm tạo ra những hình ảnh thực bằng cách chúng ta sẽ tái tạo lại

vẻ bên ngoài của các bề mặt trong nhiều điều kiện sáng khác nhau Từ đó chúng ta

có thể thu được sự phản chiếu từ các điểm trên bề mặt

Các mô hình chiếu sánh ảnh phổ biến gồm có mô hình Phong shading và Gouraud shading

Phong shading dùng để chỉ một tập hợp các kỹ thuật trong đồ họa máy tính 3D Phong shading bao gồm một mô hình của sự phản chiếu ánh sáng từ các bề mặt

và một phương pháp ước tính màu sắc điểm ảnh bằng những dạng bình thường của

bề mặt nội suy trên những đa giác định dạng

Mô hình phản chiếu có thể là “mô hình phản chiếu Phong – Phong refection model”, “Phong illumination” hay “Phong lighting” Cũng có thể gọi là “Phong shading” nếu đó là bóng điểm ảnh hoặc những nơi mà tính toán ánh sáng có thể gọi

là “shading - bóng” Phong refection là mô hình thực nghiệm chiếu sáng cục bộ Nó

mô tả cách mà một bề mặt phản xạ ánh sáng như là sự kết hợp giữa phản xạ khuếch tán ở các bề mặt thô ráp với phản xạ phản chiếu ở cá bề mặt sáng bóng Nó dựa trên quan sát của BUI TUONG PHONG là: bề mặt sáng bóng có những điểm phản chiếu cường độ nhỏ, trong khi bề mặt mờ đục có những điểm phản chiếu lớn và giảm đi từ

từ

Gouraud shading, là một phương pháp được sử dụng trong đồ họa máy tính

để mô phỏng các hiệu ứng khác nhau của ánh sáng và màu sắc trên bề mặt của một

Trang 7

6

đối tượng Trong thực tế, Gouraud shading được sử dụng để đạt được ánh sáng mịn trên bề mặt đa giác thấp (low polydon) mà không có các yêu cầu nặng nề về tính toán chiếu sáng cho mỗi điểm ảnh Gouraud công bố lần đầu tiên kỹ thuật này vào năm 1971, sau khi phát minh ra Le Sapot

2 Lý do chọn đề tài

hỏi chúng ta có những bức ảnh sống động rõ nét phản ảnh đúng đủ trong những thời

kỳ, thời điểm nhất định Để đáp ứng được các yếu tố đó đòi hỏi các bức ảnh phải được điều phối mầu sắc, ánh sáng,… cho phù hợp với các yêu cầu thực tế Vì vậy

để hỗ trợ thêm cho việc tạo ra các bức ảnh như mong muốn như đã nêu trên ta cùng nghiên cứu các kỹ thuật chiếu sáng ảnh Với việc thêm các hiệu ứng ánh sáng thực vào các bức ảnh đó có thể làm cho các bức ảnh sáng sủa, lãng mạn hơn, rực rỡ và ngược lại cũng có thể làm cho bức ảnh đó trở nên tối tăm, ảm đạm hơn

Chính vì lý do nêu trên tôi quyết định chọn đề tài “Chiếu sáng trong ảnh và

ứng dụng”

3 Bố cục của luận văn

 Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài và bố cục luận văn

 Nội dung:

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh

1.2 Ánh sáng và sự chiếu sáng trong ảnh

1.2.1 Khái quát về chiếu sáng ảnh 1.2.2 Một số ứng dụng của chiếu sáng ảnh 1.2.3 Một số hình ảnh về chiếu sáng

Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ẢNH

2.1 Kỹ thuật Phong Shading

2.2 Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading

2.3 Kỹ thuật Gouraud Shading

Trang 8

2.4 Phép nội suy Phong

2.5 Tính bất biến về màu sắc với RETINEX

2.6 So sánh các kỹ thuật chiếu sáng: Phong Shading, phản chiếu ngược Phong Shading, Gouraud Shading

Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM

3.1 Bài toán chiếu sáng ảnh

3.2 Chương trình thử nghiệm

3.2.1 Các khối Modul chính trong chương trình 3.2.2 Giao diện chương trình

Phần kết luận: Tóm tắt các kết quả đạt được, hướng phát triển tiếp

 Tài liệu tham khảo

Trang 9

8

Phần 2 NỘI DUNG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CHIẾU SÁNG ẢNH 1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh

1.1.1 Xử lý ảnh

Xử lý ảnh (Image Proceessing) là một lĩnh vực có quan hệ mật thiết với nhận

thức về ảnh của con người Hay nói một cách khác “thị giác máy” dựa trên phép xử

lý ảnh bằng sự phân tích của máy Trong thực tế, hai lĩnh vực “xử lý ảnh số” và “ thị giác máy” có liên kết chặt chẽ với nhau Tuy nhiên, cho đến nay cả hai lĩnh vực này đã hoàn thiện đến mức chúng có thể cho phép giải quyết các vấn đề một cách riêng rẽ, độc lập

1.1.2 Quá trình thu nhận ảnh, biểu diễn ảnh và lưu trữ ảnh

1.1.2.1 Quá trình thu nhận ảnh

Ảnh tồn tại trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Ảnh có thể được thu nhận qua Camera, từ vệ tinh nhân tạo qua bộ cảm biến Sensor hay qua máy Scanner

Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh Số hóa là quá trình rời rạc hóa về không gian và lượng tử hóa thành phần giá trị Quá trình rời rạc hóa về không gian là quá trình thu nhận những điểm rời rạc từ một ảnh liên tục Quá trình này cũng chính là việc tìm cách biểu diễn một ảnh lớn có vô số điểm, thành ảnh có hữu hạn điểm, mà không làm mất hay thay đổi tính chất của ảnh, để việc lưu trữ và xử lý được dễ dàng Quá trình lượng tử hóa về giá trị là quá trình rời rạc hóa về mặt giá trị để có thể đơn giản hóa việc tính toán và đưa vào máy tính để xử lý Tùy theo từng loại ảnh, độ chính xác yêu cầu và khả năng xử lý của máy tính mà ta có các mức lượng tử thích hợp

1.1.2.2 Biểu diễn ảnh

Trong biểu diễn ảnh, có hai khái niệm thường dùng đó là pixel(phần tử ảnh)

và grey level(mức xám)

* Phần tử ảnh (Pixel)

Trang 10

Với tính chất ảnh được thu nhận như trên thì ảnh có thể được biểu diễn bằng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số Trong biểu diễn số của các ảnh đa cấp xám, một ảnh thường được biểu diễn bằng một ma trận hai chiều Mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho mức xám hay cường độ của ảnh tại vị trí đó Mỗi phần tử như vậy

trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh, thông thường kí hiệu là PEL(Picture

Element) hoặc là điểm ảnh(Pixel) Mỗi Pixel gồm một cặp tọa độ x,y và màu

Cặp tọa độ x,y tạo nên độ phân giải của ảnh( Resolution) Một ảnh là một tập hợp các điểm ảnh Khi được số hóa, nó thường được biểu diễn bởi bảng hai chiều

- Với ảnh đen trắng: Nếu dùng 8 bit(1 byte) để biểu diễn mức xám, thì số các

hay 256 Mỗi mức xám được biểu diễn dưới dạng là một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 255, với mức 0 biểu diễn cho mức cường độ đen nhất và 255 biểu diễn cho mức cường độ sáng nhất

- Với ảnh màu: Cách biểu diễn cũng tương tự như với ảnh đen trắng, chỉ khác

là các số tại mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho ba màu riêng rẽ, bao gồm: Đỏ(Red), Lục(Green) và Lơ(Blue) Để biểu diễn cho một điểm ảnh màu cần 24 bit,

24 bit này được chia thành ba khoảng 8 bit Mỗi khoảng này biểu diễn cho cường

độ sáng của một trong các màu chính

Pixel hay

PEL

Độ sáng trung bình trong mỗi hình chữ nhật = giá trị một điểm ảnh

Hình 1.1.2.2: a - Biểu diễn một mức xám của ảnh số

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	462,39 KB