Bài giảng Xử lý ảnh số: Chương 5 (phần 1) – ThS. Võ Quang Hoàng Khang

Chương 5 (phần 1) - Tiền xử lý ảnh. Nội dung chính trong chương này gồm có: Các biến đổi trên mức xám, biến đổi trên Geometry, tiền xử lý sử dụng dữ liệu cục bộ, biến đổi Fourier, biến đổi Wavelets. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 5:

TIỀN XỬ LÝ ẢNH

2. Biến đổi trên Geometry

3. Tiền xử lý sử dụng dữ liệu cục bộ

4. Biến đổi Fourier

5. Biến đổi Wavelets

6. Tổng kết

 Ứng dụng các phép biến đổi trên mức xám để

điều chỉnh chất lượng ảnh

 Mô tả được các phép biến đổi hình học trên ảnh

 Áp dụng các kỹ thuật dựa trên dữ liệu cục bộ để

làm mịn ảnh, làm nổi biên ảnh, xác định cạnh

 Áp dụng các kỹ thuật phân tích trên miền tần số

để phân tích các đặc điểm của ảnh

 Thay đổi giá trị không phụ thuộc vào tọa độ cácđiểm ảnh: g(x, y) = T[ f(x, y)]

kê tần suất, biến đổi tần suất, v.v.

 Sử dụng biểu đồ tần suất, còn gọi là histogram

 Tần suất mức xám g của ảnh I là số điểm ảnh có giátrị g Histogram là biểu đồ các mức xám có trongảnh Ví dụ cho ảnh I, histogram h(g) của I là:

 Ảnh âm của ảnh I có [0,L-1] mức xám được xác định

bởi, với r là mức xám cụ thể:

r L

s   1 

Original

Image

được mức xám cao hơn Nhằm làm cho bớt tối.

 Mức xám s mới được xác định bởi

) 1

c

 Sinh viên đọc thêm “Digital Image Processing-3 rd

Edition” của Rafael C Gonzalez từ 130-137 Thực hiện với Matlab những biến đổi này.



cr

của ảnh

 Hình dạng histogram thể hiện độ tương phản(contrast) của ảnh

vùng có tương phản thấp sẽ được cải thiện

 Thay đổi cường độ xám của từng pixel để có được ảnh

mới có histogram chuẩn hơn.

 Cần một hàm biến đổi trên mức xám.

 Ảnh I được gọi là cân bằng "lý tưởng" nếu với mọi

n n





định một hàm biến đổi T(.) giá trị độ sáng phân bố

đồng đều (uniformly distributed) trong khoảng [0,1]

 Giả sử ảnh đầu vào có độ sáng liên tục [0, 1], với r=0 cho màu đen và r = 1 cho màu trắng

 Cần xác định một hàm biến đổi s = T(r), trên

histogram ảnh đầu vào

 Kỹ thuật “cân bằng histogram” có thể cải thiện chất lượng ảnh tự động mà không cần làm thủ công với chức năng co/giãn mức xám.

 Phần trình bày sau chỉ là một cách cân bằng histogram.

 T(r) là hàm đơn điệu tăng ánh xạ từ [0,1] vào [0,1] (miền mức xám đã chuẩn hóa).

 Chọn T đơn điệu tăng đảm bảo cho pixel có cường độ cao hơn pixel khác vẫn giữ nguyên tính chất đó trong

in out

lượt là hàm mật độ mức sáng trên ảnh đầu vào vàđầu ra

 Mục tiêu là thực hiện biến đổi sao cho p out (s) “tiến

tới” phân phối chuẩn Nghĩa là đạt cực đại ở giữalược đồ và giảm đều về hai bên

 Nếu pin (r) và T(r) biết trước, và r  T -1 (s) tăng đơn

điệu, theo lý thuyết xác suất có thể viết :

) ( 1

) ( )

(

s T r

in out

ds

dr r

p s

 Một cách để nâng cao chất lượng ảnh là tìm T(.) sao

cho mức sáng của ảnh đầu ra có phân bố đồng đềutrên [0, 1] Nghĩa là, ảnh ouput có mức xám “nhưnhau”

 Xét biến đổi (đây chỉ là một trong các loại hàm

, ) ( )

r in

ds



 Hàm mật độ là đồng đều cho mọi ảnh đầu vào

 Sử dụng hàm biến đổi CDF trên ảnh histogram đầu

vào, ta có được ảnh đầu ra với mức xám đồng đều

) (

1 )

( )

) (

1 1

p

r p s

s T r in

in out

 Xét ảnh xám {x} và đặt n i là số lần xuất hiện của mức

xám i Xác suất xuất hiện pixel có mức xám i trong ảnh là (n là tổng pixel, L là tổng mức xám, p x (i) là

histogram cho mức xám I đã chuẩn hóa [0, 1]

n i

x p i

(

0

) ( )

(

 Xét ảnh 8 mức xám kích thước 64 x 64 với các mứcsáng (0, 1, …, 7) Mức sáng chuẩn hóa là (0, 1/7, 2/7,

…, 1) Histogram chuẩn hóa như sau

0

) ( )

(

I = imread('Image_0_01.tif');

J = histeq(I);

imshow(I);

figure, imshow(J);

http://en.wikipedia.org/wiki/Histogra m_equalization

http://en.wikipedia.org/wiki/Histogram_equalization

 Histogram của ảnh trên (đếm pixel có cùng mứcxám)

 Min trong ảnh là 52 và max là 154 Cdf được chuyển

sang miền [0, 255] bởi

cdf v

cdf round

v h

1 )

( )

h

182

255 1

63

1

46 )

 Cho ảnh I kích thước mxn=N.

 Gọi new_levels là số mức xám mong muốn của ảnh

được cân băng histogram

N tb

t

0

) ( )

(





 Ảnh sau khi cân bằng là

Hãy viết chương trình Matlab nhằm thực hiện:

 Chuyển ảnh xám sang trắng đen

 Co giãn độ tương phản

 Biến đổi ảnh âm bản, log,…

 Hiện thực cân bằng Histogram ảnh

 Cân bằng histogram trên ảnh xám thông qua tuyếntính hóa hàm CDF của các mức xám.

 Minh họa cân bằng histogram trêm miền [0,1] và[0,255]