Chuong3 Phan1 200610 Revised

5/13/2018 Chuong3 Phan1 200610 Revised - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/chuong3-phan1-200610-revised 1/41

X lý âm thanh và hình nh Chươ ng 3:K thut x lý nh

43

Chươ ng 3: K thut x lý nh 3.1. Gi i thiu chung

3.1.1. Khái nim cơ bn v nh và x lý nh, video

ng trên góc cm nhn ca th giác, nh là mt s vt i din cho ngư i,sinh vt hay mt vt nào ó… ng trên góc k thut thì nh ư c nhn bit thôngqua h thng th giác hai chiu. nh ng (video) như ã thy trên truyn hình, phim nhlà tp h p ca nhiu nh liên tip. Khi mt nh ư c s hoá thì nó tr thành nh s vành s này li là tp h p ca các phn t nh nh ư c gi là im nh “pixel”. Mi imnh li ư c biu din dư i dng mt s hu hn các bit. Ta có th chia thành 3 loi nhkhác nhau:

• nh en trng: mi im nh ư c biu din b i 1 bit, các nh này ôi khicòn ư c gi là Bi-level hoc Bi-tonal images.

• nh Gray-scale: mi im nh ư c biu din bng các mc chói khácnhau, thư ng thì ư c biu din bng 256 mc chói hay 8 bit cho mi imnh.

• nh màu: mi im nh màu ư c chia ra gm 1 tín hiu chói và các tínhiu màu.

Biu din nh s

Mt mu tín hiu hai chiu có th mô t bng mt dãy hai chiu , kýhiu . Trong ó là các s nguyên, và là khong cách các mu camành và dòng. Cư ng ca tín hiu ư c c trưng b i cao ca to ô

.i v i nh en trng thì nh ư c biu din bng mt hàm cư ng sáng haichiu , trong ó là các giá tr ta không gian và giá tr ti bt kỳ ca mtim s t l v i sáng (mc xám) ca nh ti im này. ôi khi, ngư i ta cònbiu din hàm nh v i mt trc th 3 là cư ng sáng.

Hình 3.1: Biu din nh bng hàm Mt nh s là mt nh ư c gián on theo không gian và sáng.




44

Nu và là mt s hin hu các giá tr r i rc, chúng ta có nh s. Mt nh s ư c xem như là mt ma trn v i hàng và ct biu din mt im trong nh và giá tr im ma trn tươ ng ng mc xám ti im ó. Các phn t ca mt dãy s như th ư cgi là các im nh (pixels).

L ĩ nh vc x lý nh cp n vic x lý nh bng máy tính s. Trong thc t,ngư i ta phân chia thành ba loi x lý ca máy tính trong quá trình liên tc t: mc thp,mc trung, n mc cao.

- Quá trình x lý mc thp liên quan n nhng hot ng như là tin x lý nh gim nhiu, tăng sáng. Mt quá trình x lý thp có c im là c u vào và ura ca nó u là hình nh.- X lý nh mc trung liên quan n công vic như phân on nh (segmentation), môt nhng i tư ng và ưa chúng vào mt mu thích h p cho các máy tính x lý, vàphân loi tng i tư ng. Mc trung có c im u vào ca nó thư ng là hình nh,nhưng kt qu u ra ca nó là thuc tính trích ra t nhng hình nh (ví d như cáccnh, ư ng vin ca nh, và nhn dng ca các i tư ng cá nhân).- X lý nh mc cao liên quan n vic "to cm nhn" ca mt tp các i tư ngnhn dng, như trong phân tích nh, và xa hơ n là quá trình thc hin các chc năngnhn dng thông thư ng gn v i h thng th giác ca con ngư i.

3.1.2. Các ng dng ph bin ca x lý nh

Máy tính mnh u tiên thc hin nhim v x lý nh xut hin vào nhngnăm u ca thp k 60, th k 20. X lý nh bng máy tính ã ư c thc hin ti Phòngthí nghim Jet Propulsion (Pasadena, California) vào năm 1964 v hình nh ca mttrăng ư c truyn b i Ranger 7 t khong không vũ tr. Hình 3.2 hin th hình nh u

tiên ca mt trăng ưa b i Ranger 7 lúc 9h09’ sáng ngày 31 tháng 6 năm1964.

Hình 3.2: Hình nh u tiên ca mt trăng do tàu vũ tr Ranger 7 chp




45

T nhng năm 1960s cho n nay, x lý nh ã phát trin mnh m. Ngoài cácng dng trong l ĩ nh vc y khoa, thám him không gian vũ tr, thiên văn hc, a lý (pháthin các ngun tài nguyên thiên nhiên), d báo th i tit, x lý nh s hin nay ang ư cs dng a dng trong nhiu l ĩ nh vc ng dng khác nhau.

X lý nh dùng tia Gamma

Ch yu ng dng trong y hc ht nhân và quan sát thiên văn. Trong y hc htnhân, cách tip cn ây là tiêm vào ngư i bnh cht ng v phóng x phát ra các tiagamma khi b phân rã. Các hình nh ư c to ra t vic thu thp các bc x b i b pháthin tia gamma. Hình nh có ư c bng s dng tia Gamma hình v 3.3 dư i ây chothy bnh nhân có mt khi u trong não và trong phi qua các m nh màu trng.

Hình 3.3: Hình nh bnh nhân dùng tia Gamma

X lý nh dùng X-quang

X-quang là mt trong các phát minh lâu i nht ca vic dùng ngun bc x sóngin t cho vic to ra nh. Trong y khoa, X-quang rt phù h p cho vic chn oán bnh




46

và ư c dùng khá ph bin. Ngoài ra X-quang cũng ư c s dng rng rãi trong cácngành công nghip khác...

Hình 3.4: Minh ha v các nh chp bng X-quang

X lý nh trong băng c c tím

Các ng dng ca "ánh sáng" cc tím là rt a dng. Chúng bao gm iêu khc,kim tra công nghip, kính hin vi, laser, x lý nh sinh hc, và thiên văn hc. Hình v 3.5 dư i ây mô t x lý nh bng tia cc tím giúp phát hin ư c bnh nm Smut câyngô (hình bên phi) – mt loi bnh khá ph bin các cây ngũ cc.

Hình 3.5: X lý nh bng tia cc tím




47

X lý nh trong băng hng ngoi

Xem xét n các băng nhìn thy ư c ca quang ph in t là rt gn gũi v ihot ng ca tt c chúng ta. Băng hng ngoi thư ng ư c s dng cùng v i x lý nh

trc quan, vì vy x lý nh trong băng hng ngoi ư c ng dng khá nhiu trong thiênvăn vũ tr, cm bin t xa, kính hin vi… Quan trc th i tit và d oán là mt trong nhng ng dng chính ca x lý nh

hng ngoi. hình v 3.6 là nh ca mt cơ n bão cung cp b i mt v tinh Hi dươ nghc và khí tư ng Quc gia (NOAA). V tinh này s dng các cm bin hng ngoi vàmt ca cơ n bão ó nhìn rõ trong hình nh này.

Hình 3.6: X lý nh trong băng hng ngoi

X lý nh trong băng vi ba

ng dng chính ca x lý nh trong băng vi ba là Radar. Tính c trưng ca x lýnh bng Radar là kh năng thu thp d liu bt kỳ âu bt c lúc nào, bt k th i

tit hay iu kin ánh sáng. Mt s sóng Radar có th thâm nhp ám mây, và dư iiu kin nht nh cũng có th xuyên qua thm thc vt, băng, cát rt khô. Trongnhiu trư ng h p, Radar là cách duy nht thám him các vùng trên b mt Tráit.

Hình 3.7 minh ha nh bng Radar trên vùng núi khu vc ông nam ca TâyTng, cách 90 km v phía ông ca thành ph ca Lhasa.




48

Hình 3.7: nh Radar mt vùng núi Tây Tng

X lý nh trong băng radio

Các ng dng chính ca x lý nh trong băng radio ch yu trong y khoa và thiênvăn hc. Trong l ĩ nh vc y khoa, các sóng radio ư c s dng trong chp nh cng hư ngt (MRI). ây, bnh nhân ư c t trong t trư ng mnh và các sóng radio dng cácxung ngn ư c truyn qua cơ th ngư i bnh. Mi xung áp ng ca mt sóng vô tuynca bnh nhân phát giá. S nh v bt ngun t các tín hiu mnh ca chúng ư c xác

nh b i mt máy tính, nó cung cp mt nh bnh nhân hai chiu. MRI có th cung cpnh trong mi mt phng.

Hình 3.8: nh chp cng hư ng t u gi ca bnh nhân




49

3.1.3. Các bư c x lý nh s

Các bư c x lý nh s ư c mô t hình v 3.9 dư i ây.

Hình 3.9: Các bư c x lý nh s

Tip theo ây là mô t tóm tt các giai on chính trong x lý nh:

1. Thu nhn hình nh: ây là giai on u tiên và quan trng nht trong tòan b quá trình x lý nh. nh nhn ư c ti ây chính là nh gc ưa vào x lý ti các giaion sau, trư ng h p nh gc có cht lư ng kém hiu qu ca các bư c x lý tip theo s b gim. Thit b thu nhn có th là các ng ghi hình chân không (vidicon, plumbicon...)hoc CCD (Charge-Coupled Device).

2. Tin x lý nh: Giai on x lý tươ ng i ơ n gin nhm nâng cao cht lư ngnh tr giúp cho các quá trình x lý nâng cao tip theo, ví d: tăng tươ ng phn, làmni ư ng biên, kh nhiu …

3. Phân on: là quá trình tách hình nh thành các phn hoc vt th riêng bit.ây là mt trong nhưng vn khó gii quyt nht trong l ĩ nh vc x lý nh. Nu thchin tách quá chi tit thì bài toán nhn dng các thành phn ư c tách ra tr nên phc tp,còn ngư c li nu quá trình phân on ư c thc hin quá thô hoc phân on sai thì ktqu nhn ư c cui cùng s không chính xác.




50

4. Biu din và mô t: là quá trình x lý tip sau khâu phân on hình nh. Các vtth sau khi phân on có th ư c mô t dư i dng chui các im nh to nên ranh gi imt vùng, hoc tp h p tt c các im nh nm trong vùng ó. Phươ ng pháp mô t thông qua ranh gi i vùng thư ng ư c s dng khi cn tp trung s chú ý vào hình dngbên ngòai ca chi tit nh như cong, các góc cnh… Biu din vùng thư ng ư c s

dng khi chúng ta quan tâm t i c tính bên trong ca vùng nh như ư ng vân (texture)hay hình dng (skeletal).

5. Nén nh: bao gm các bin pháp gim thiu dung lư ng b nh cn thit lưutr hình nh, hay gim băng thông kênh truyn, cn thit truyn tín hiu hình nh s.

6. Nhn dng: là quá trình phân loi vt th da trên cơ s các chi tit mô t vt th ó (ví d các phươ ng tin giao thông có trong nh).

3.1.4. Các thành phn ca h thng x lý nh s Cu trúc ca mt h thng x lý nh s ư c mô t hình v 3.10 dư i ây.

Hình 3.10: Các thành phn chính ca h thng x lý nh s




51

Thit b thu nhn hình nh: là thit b bin i quang-in, cho phép bin i hình nhquang hc thành tín hiu in dư i dng analog hay trc tip dư i dng s. Có nhiudng cm bin cho phép làm vic v i ánh sáng nhìn thy hoc hng ngoi. Hai loi thitb bin i quang – in ch yu thư ng ư c s dng là èn ghi hình in t và CCD.

B nh trong và ngoài: các h thng x lý nh s thư ng có dung lư ng rt l n dùng lưu tr nh t ĩ nh và ng dư i dng s. Ví d, lưu mt nh s en trng kích thư c1024x1024 im, mi im ư c mã hóa bng 8 bits cn b nh ~1MB. lưu mt nhmàu không nén, dung lư ng b nh phi tăng lên gp 3. B nh s trong h thng x lýnh có th chia làm 3 loi: 1- b nh m trong máy tính lưu nh trong quá trình x lý.B nh này phi có kh năng ghi/ c rt nhanh (ví d 25 hình/s); 2- b nh ngoài có tc truy cp tươ ng i nhanh, dùng lưu thông tin thư ng dùng. Các b nh ngoài có th là cng, th nh flash... 3- B nh dùng lưu tr d liu. Loi b nh này thư ng códung lư ng l n, tc truy cp không cao. Thông dng nht là ĩ a quang ghi 1 ln(ROM) hoc nhiu ln (ROM) như ĩ a DVD có dung lư ng 4.7GB (mt mt). Ngoài ratrong h thng x lý nh còn s dng các thit b cho phép lưu nh trên vt liu khác như giy in, giy in nhit, giy trong, ó có th là máy in phun, in laser, in trên giy nh cbit bng công ngh nung nóng …

B x lý nh chuyên dng: S dng chip x lý nh chuyên dng, có kh năng thc hinnhanh các lnh chuyên dùng trong x lý nh. Cho phép thc hin các quá trình x lý nhnhư lc, làm ni ư ng bao, nén và gii nén video s…Trong b x lý nh thư ng tíchh p b nh m có tc cao.

Màn hình hin th: H thng bin i in - quang hay èn hình (en trng cũng như

màu) có nhim v bin i tín hiu in có cha thông tin ca nh (tín hiu video) thànhhình nh trên màn hình. Có hai dng display ư c s dng rng rãi là èn hình CRT(Cathode-Ray Tube) và màn hình tinh th lng LCD (Liquid Crystal Display). èn hìnhCRT thư ng có kh năng hin th màu sc tt hơ n màn hình LCD nên ư c dùng ph bin trong các h thng x lý nh chuyên nghip.

Máy tính: có th là máy tính bàn cũng như siêu máy tính có chc năng iu khin ttc các b phn chc năng trong h thng x lý nh s.

3.1.5. ha và các kiu d liu nh

S lư ng các nh dng tp tin ư c s dng trong truyn thông a phươ ng tinliên tc phát trin. Bng 3.1dư i ây cho thy mt danh sách các nh dng file ph bins dng trong sn phm Macromedia Director. ây, chúng ta ch tp trung gi i thiumt s nh dng tp tin ph bin như GIF và nh dng hình nh JPG.




52

Bng 3.1: Các nh dng file

3.1.5.1. Hình nh 1-bit

Hình nh bao gm các i m nh, ho c Pels hình nhphn t trong hình nh k thut s. Mt hình nh 1-bit bao gm các bit on và off và do ó là loi ơ n gin nht cahình nh. Mi pixel ư c lưu gi như là mt bit duy nht (0 hay 1). Do ó, do vy mthình nh cũng ư c gi như là mt hình nh nh phân.

Nó cũng ư c gi là mt hình nh ơ n s c-1, vì nó không cha màu sc. Hình3.11 cho thy mt hình nh ơ n sc 1-bit (các nhà khoa hc a phươ ng tin gi là "Lena"- ây là mt hình nh tiêu chun ư c s dng minh ha nhiu thut toán). Mt hìnhnh kích thư c 640 x 480 ơ n sc òi hi 38,4 Kb dung lư ng lưu tr (640 x 480/8).

Hình nh ơ n sc 1-bit ch tt cho hình có cha ha ơ n gin và văn bn.

Hình 3.10: Bc nh Lena ơ n sc 1 bit

File Import File Export Native

Image Palette Sound Video Anim. Image Video

.BMP,

.DIB,

.GIF,

.JPG,

.PICT,

.PNG,

.PNT,

.PSD,

.TGA,

.TIFF,

.WMF

.PAL

.ACT.AIFF.AU

.MP3

.WAV

.AVI

.MOV.DIR.FLA

.FLC

.FLI

.GIF

.PPT

.BMP .AVI.MOV

.DIR

.DXR

.EXE




53

3.1.5.2. nh thang xám 8-Bit

Xem xét mt hình nh 8-bit, mi mt im nh có giá tr m c xám (Gray level) gia 0 và 255. Mi pixel ư c i din b i mt byte duy nht - ví d, mt im nh ti có

th có giá tr 10, và mt im nh sáng có th là 230.Toàn b hình nh có th ư c xem như mt mng hai chiu ca các giá tr pixel.

Chúng ta tham kho mt mng như bitmap, - mt i din ca các ha / d liu hìnhnh song song v i cách thc mà nó ư c lưu tr trong b nh video.

Chúng ta có th xem hình nh 8-bit như là mt tp h p các mt phng bit(bitplanes) 1 bit. Hình 3.11 mô t khái nim v các mt phng bit. Mi mt mt phng bitcó th có giá tr 0 hoc 1 ti mi pixel, nhưng cùng v i tt c các bitplanes to thành mtbyte duy nht lưu tr giá tr mc xám t 0 n 255.

Hình 3.11: Các mt phng bit cho hình nh 8-bit thang xám.

Như vy, mi im nh thư ng ư c lưu tr như là mt byte (cho mt giá tr mcxám gia 0-255), do ó, mt nh thang xám 640 x 480 òi hi dung lư ng lưu tr hơ n300 Kb (640 x 480 x 8 = 307.200 Kb). Hình 3.12 minh ha mt ln na hình nh Lenatheo thang xám.

Hình 3.12: Hình nh thang xám ca Lena.




54

3.1.5.3. nh 24 bít màu

Trong mt hình nh 24-bit màu, mi im nh ư c i din b i 3 byte, thư ng lài din cho RGB. Vì mi giá tr trong khong 0-255, nh dng này h tr 256 x 256 x

256, hoc tng s 16.777.216 màu sc có th kt h p . Tuy nhiên, như s linh hot dnn bt l i trong vic lưu tr vì: mt hình nh 640 x 480 24-bit màu s yêu cu 921,6 Kbdung lư ng lưu tr.

Hình 3.13 minh ha mt ám cháy rng qua mt hình nh 24-bit trong MicrosoftWindows nh dng BMP (forestfire. bmp).

Hình 3.13: Hình nh có phân gii màu sc cao và

các nh màu sc t các kênh R, G, B

3.1.5.4. nh mu 8 bit

Khi lưu tr nh là vn quan tâm thì nhiu h thng có th ch dùng 8 bit thôngtin màu (gi là "256 màu sc") trong vic th hin nh trên màn hình. Lúc này mt nhmu 640 x 480 8-bit ch òi hi dung lư ng 300 Kb, so v i 921,6 Kb cho mt hình nhmàu 24 bit mà chưa cn áp dng mt gii pháp nén bt kỳ nào.




55

Hình 3.14 cho thy hình nh 8-bit theo nh dng GIF và chúng ta thy rng rt khó phân bit s khác nhau gia hình nh 24-bit mu (3.13), và hình nh 8-bit mu (3.14).

Hình 3.14: Hình nh 8-bit màu

3.1.5.5. Các nh dng file nh ph bin

nh dng GIF (Graphics Interchange Format): ư c ưa ra b i Công ty Unisys vàCompuserve, ban u truyn các hình nh ha trên ư ng dây in thoi thông quaModem. Các tiêu chun GIF s dng thut toán nén Lempel-Ziv-Welch và ư c gi i hncho 256 màu (8 bit). Trong thc t, GIF có hai chun: GIF87a (Phiên bn k thut banu) và GIF89a – Phiên bn m rng h tr cho hot hình ơ n gin.

nh dng JPEG: Các tiêu chun hin hành quan trng nht cho nén hình nh là JPEG,tiêu chun này ư c to ra b i mt nhóm làm vic ca T chc tiêu chun quc t (ISO)ã ư c chính thc gi là Joint Photographic Experts Group và do ó các file nh ư cto ra theo chun nén JPEG có tên nh dng jpeg. JPEG cho phép ngư i dùng thit lpmt mc mong mun v cht lư ng, hoc t l nén.

nh dng PNG (Portable Network Graphics): Xut phát t s ph bin ca Internet

nhm h tr nhiu hơ n cho các nh dng hình nh h thng c lp. Tiêu chun PNG cóth thay th các tiêu chun GIF và h tr lên n 48 bit thông tin màu sc.

nh dng TIFF (Tagged Image File Format): là mt tp tin nh dng ph bin hìnhnh. Phát trin b i Công ty Aldus vào nhng năm 1980, sau ó nó ã ư c h tr b iMicrosoft. TIFF có th lưu tr nhiu loi khác nhau ca hình nh: 1-bit, màu xám, 8-bit,24-bit RGB.




56

nh dng EXIF (Exchange Image File): là mt nh dng hình nh cho máy nh k thut s. Ban u phát trin vào năm 1995, phiên bn hin ti ca nó (2.2) ã ư c ưara vào năm 2002 b i các hãng in t Nht Bn và Informa - Hip hi Công nghip Côngngh (JEITA). Nén các tp tin EXIF s dng chun nén JPEG.

nh dng Windows WMF (Windows Metafile): là nh dng file gc cho môi trư ng h iu hành Microsoft Windows. Tp tin WMF thc s bao gm mt tp h p các hàm giao

din thi t b ha (GDI), cũng có ngun gc các môi trư ng Windows. Khi chơ i(play) mt tp tin WMF (thông thư ng bng cách s dng hàm Windows PlayMetaFile())các ha mô t ư c tr li.

nh dng Windows BMP (Bitmap): là tiêu chun h thng nh dng tp tin ha l ncho Microsoft Windows, ư c s dng trong Microsoft Paint và chươ ng trình khác. Nócó th lưu tr nh 24-bit bitmap khá hiu qu. Tuy nhiên lưu ý BMP có có rt nhiu ch khác nhau, bao gm c không nén hình nh 24-bit.

3.1.6. Mu sc trong nh và video

Ánh sáng là mt dng sóng in t và màu sc ca nó ư c c trưng b i cácbư c sóng. Ánh sáng Laser ch có mt bư c sóng ơ n - ví d, Laser Ruby to ra mtchùm tia sáng màu tươ i. Ngư c li, phn l n các ngun ánh sáng có nhiu bư c sóng.Con ngư i không th phát hin tt c các ánh sáng – mà ch có các anh sáng có bư csóng thuc vùng nhìn thy ư c. Bư c sóng ngn to ra mt cm giác màu xanh, vàbư c sóng dài to ra mt cm giác màu .

Ánh sáng nhìn thy ư c là mt dng sóng in t có bư c sóng trong khong400-700 nm. Hình 3.15 minh ha cho thy mi quan h v công sut tươ ng i ca tngbư c sóng có trong thành phn ca ánh sáng ban ngày. ư ng cong này ư c gi là phânb năng lư ng quang ph (SPD), hoc quang ph ca ánh sáng E (λ ) ti mi bư c sóngλ .




57

Hình 3.15: Phân b năng lư ng quang ph ca ánh sáng ban ngày.

3.1.6.1. Các mô hình màu trong nh

Các lý thuyt v mu sc ch ra rng bt kỳ mt màu nào u có th ư c tng h pt ba màu chính, cơ bn có cư ng tươ ng thích ó là ba màu: (Red); Xanh lá cây(Green) và Xanh lơ (Blue). Thông tin v ba mu cơ bn ư c minh ha hình 3.16 dư iây. Ngư c li bt kỳ màu sc nào cũng u có th phân chia thành ba mu cơ bn R, Gvà B.

Hình 3.16: Các mu cơ bn

Mô hình cng màu RGB

Mô hình cng mu RGB ư c mô t hình v 3.17. Theo ó chúng ta có mt s nguyên tc cng màu như sau:

Magenta = Red + BlueCyan = Blue + GreenYellow = Green + RedWhite = Red + Blue + Green

Mu

(R)

Xanh lơ (B)

Xanh lá cây (G)

615

470

532

Bư c sóng, 10-9 m




58

Hình 3.17: Mô hình cng màu RGB

Mô hình màu loi tr CMYMô hình loi tr màu CMY (C: Cyan-Màu lc lam; M: Magenta-Màu tươ i; Y:

Yellow-Màu vàng) ư c mô t hình v 3.18. Theo ó chúng ta có mt s nguyên tctr màu như sau:

Magenta = White - GreenCyan = White - RedYellow = White - BlueBlack = Red + Blue + Green

Hình 3.17: Mô hình tr màu CMYChuyn i t RGB thành CMY

Mt s h ta mu quan trng có th ư c chuyn i sang nhau thông qua mts phép bin i ơ n gin. Ví d như chuyn i t RGB thành CMY, ngư i ta s dngquan h:




59

(3.1)

Ngư c li khi chuyn t CMY thành RGB, ngư i ta s dng quan h:

(3.2)

3.1.6.2. Các mô hình màu trong Video

Các nh, trư c khi ư c truyn i, phi ư c quét v i 3 thit b quang, mà mimt trong s chúng u có mt b lc màu khác nhau t phía trư c ca thit b. Bakênh (R, G, B) ư c hiu chnh sao cho nu mt vùng trng u ư c quét, thì c 3 ura phi có in áp cân bng nhau.

B i vì mt ngư i có nhy khác nhau i v i các màu có cùng cư ng , nên chói phi ư c b sung thêm các trng s. chói ca tín hiu Y ư c xác nh b i:

Y= 0.299R+0.587G+0.114B (3.3)

Thông tin v bão hoà màu cũng ã ư c xác nh cùng v i chói; tránh victruyn nhiu ln v bão hòa màu, nó s b loi tr ra khi các thành phn ca màu. Cácthành phn hiu màu cn mt băng tn truyn thp hơ n so v i thông tin chói, b i vìmt ngư i không th phân tích ư c nhiu chi tit màu như chi tit chói.

Do mt sc màu ư c xác nh nu hai trong s ba màu cơ bn ư c bit, cho nênngư i ta ch cn truyn i thông tin ca 2 tín hiu hiu màu. Màu cơ bn th 3 s ư ctính toán li ti phía thu. T ây, ngư i ta ưa ra mt s mô hình màu khác nhau trongtruyn dn tín hiu video.

Mô hình màu YUV

Ban u, mô hình YUV ư c s dng cho tín hiu video tươ ng t h PAL. Mtphiên bn ca YUV hin nay cũng ư c s dng trong tiêu chun CCIR 601 cho videok thut s.

u tiên, nó mã hóa tín hiu chói Y theo biu thc (4.3) và tip theo ó các tínhiu hiu mu U, V ư c xác nh theo biu thc 4.4 dư i ây.

(3.4)T các biu thc (4.3) và (4.4) ta có:




60

(3.5)

Trong các tín hiu PAL tươ ng t, băng thông 1,3 MHz ư c giành cho các tín

hiu hiu mu U và V, trong khi ó băng tn 5,5 MHz ư c dành riêng cho các tín hiu chói Y. V i tín hiu video s, 8 bit ư c giành cho Y và 4 bit cho các tín hiu U, V.

Mô hình màu YIQ

YIQ ư c dùng trong truyn hình màu h NTSC. Mc dù U và V ư c nh ngh ĩ akhá ơ n gin, nhưng nó không nm bt ư c h thng phân cp bc thp nht v nhyhin th ca con ngư i. NTSC ã s dng I và Q thay th. YIQ ư c xem như là mtphiên bn ca YUV, v i cùng mt Y nhưng v i U và V ư c quay i góc 33 °.

(3.6)iu này dn n các ma trn bin i sau ây:

(3.7)

NTSC cp phát băng thông 4,2 MHz cho tín hiu chói Y; 1,5 MHz cho tín hiuhiu màu I và 0,6 MHz cho tín hiu Q. Tuy nhiên, hin nay c I và Q u ư c cp phátbăng thông 1,0 MHz.

Mô hình màu YCbCr

Chun quc t chính thc cho các tín hiu video s thành phn là Khuyn ngh ITU-R BT.601-4 (ư c gi là "Rec. 601"). Tiêu chun này dùng mt không gian màu

YCbCr. Bin i YCbCr ư c s dng trong nén nh JPEG và nén video MPEG và cóliên quan n bin i YUV. C th như sau:

(3.8)

Khi ó, chúng ta có:

(3.9)

3.1.7. Cơ bn v Video

Tín hiu Video nói chung ư c s dng trong rt nhiu l ĩ nh vc: truyn hình,truyn hình qung bá, truyn hình v tinh, truyn hình di ng… V i công ngh pháttrin ngày nay thì tín hiu Video ư c s dng rng rãi c bit là Video s.




61

3.1.7.1. Các loi tín hiu Video

Các tín hiu Video có th ư c t chc theo ba cách khác nhau: Video thành phn(Component Video); Video t h p (Composite Video) và S-Video.

Video thành phn: Các h thng Video u cui cao cp như các phòng thu hình(studios) s dng ba tín hiu Video riêng r cho các nh màu , xanh lá cây và xanh lơ .Các tín hiu này ư c bit n như là các tín hiu Video thành phn. nhng h thngphòng thu này ngư i ta s dng ba dây (connector) kt ni Camera hoc các thit b khácn TV hay màn hình.

Video thành phn cho tái to màu sc tt nht vì không có xuyên nhiu gia bakênh tín hiu khác nhau, tuy nhiên nó òi hi nhiu băng thông hơ n và ng b tt hơ ncho c ba tín hiu thành phn.

Video t h p: Các tín hiu mu và chói ư c trn vào trong mt sóng mang ơ n. Tín

hiu mu là t h p ca hai thành phn hiu mu I và Q (hoc U và V). Tín hiu Viedo t h p ư c s dng trong truyn hình mu qung bá, thích ng v i truyn hình en – trng.Trong h truyn hình NTSC, I và Q ư c kt h p thành mt tín hiu mu, và mt

sóng mang s t tín hiu mu vào cui tn s cao hơ n ca kênh chia s v i tín hiu chói. Sau ó, các thành phn chói và màu ư c tách ra ti u cui máy thu và haithành phn màu sc ư c khôi phc tip theo ó.

Khi u ni v i TV hoc VCR, Video t h p ch s dng 1 dây (Hình 3.18) và cáctín hiu mu video ư c trn v i nhau, không gi riêng bit. Các tín hiu ng b vàting cũng ư c ưa vào chung v i tín hiu này. Vì tín hiu mu và chói ư c ưa vàocùng mt tín hiu, nên nhiu gia chúng là không th tránh khi.

Hình 3.18: Cáp Video t h p

S-Video: Xem như là s tha hip gia Video thành phn và Video t h p S-Video(Separated Video hoc Supper Video) s dng 2 dây, mt cho chói và mt cho tínhiu mu. Kt qu là, có ít xuyên nhiu gia các thông tin v màu sc và mc xám.




62

Hình 3.18: Cáp S-Video

3.1.7.2. Video tươ ng t

Phn l n các TV hin nay vn gi và nhn tín hiu Video tươ ng t. Mt tín hiutươ ng t f(t) ly mu mt nh bin i theo th i gian. Mt quá trình quét tun t (lũytin) tng dòng mt t trên xung dư i theo ht mt nh (mt khung) trong mt khongth i gian nào ó ư c gi là chu kỳ (tc ) quét - ∆ t s/ nh . Màn hình máy tính có phân gii cao thư ng có chu kỳ (tc ) quét ∆ t = 1/72 sec.

Trong TV cũng như trong nhiu chun a phươ ng tin khác, quét xen k ư c s dng mà ó các dòng l ư c quét u tiên và sau ó n các dòng chn. Kt qu là cácmành "chn" và "l" to nên mt khung hình.

Trong thc t, các dòng l ư c quét bt u trên cùng bên trái mành, các dòngchn ư c bt u quét gia mành. Hình 3.19 minh ha biu quét. Trư c tiên ư nglin nét (l) ư c quét t P n Q, sau ó R n S, và kt thúc ti T - sau ó các mànhchn bt u t U và kt thúc V. S nhy t Q n R trong hình 3.19 ư c gi là quétngư c ngang. S nhy t T n U hoc V t i P ư c gi là quét ngư c ng.

Hình 3.19: Quét mành xen k




63

Cn phi lưu ý rng nu yêu cu video có phân gii (c không gian và th igian) cao, ví d như truyn hình nét cao HDTV thì cn phi s dng ch quét liêntc. Mc d các video ư c quét theo kiu xen r cũng ã là mt la chn tt cho tín hiutruyn hình, song nó không thích h p cho vic hin th trên màn hình máy tính v i cim là khong cách gia màn hình và ngư i dùng là nh. Nu như các hình nh trên TV

ư c s dng cho máy tính s gây cm giác khó chu b i rung gia các dòng, cundòng… tránh các hin tư ng này, các máy tính s dng các màn hình có ch hinth liên tc v i tc l n hơ n 50/60 khung/s, thông thư ng là 72 khung/s.

Hình 3.20 minh ha mt tín hiu in t cho mt dòng quét video t h p theochun NTSC. Tín hiu “mc trng-White” có giá tr nh 0,714 V; tín hiu “mc en-Black” là 0,055 V; tín hiu “xóa-Blank” là 0 V. Khong th i gian cho các xung xóa trongtín hiu cũng ư c s dng cho vic ng b v i giá tr tín hiu ng b (Sync) xp x -0,286V.

Hình 3.20: Tín hiu in cho mt dòng quét NTSC

Chun NTSC (National Television System Committee)

Chun TV NTSC (U ban Tiêu chun Truyn hình quc gia) ư c s dng ph bin Bc M và Nht Bn t năm 1953. NTSC áp dng t l nh 4:3; 525 dòng quét/60Hz chomt khung (Quét xen k, 262.5 dòng / mành) và tc khung là 30 khung hình/sec; môhình màu là YIQ. NTSC cp phát băng thông 4,2 MHz cho chói Y; 1.6 MHz cho I và0,6 MHz cho Q do mt ngư i ít nhy cm hơ n i v i các chi tit v mu sc so v i

chói. Ư u im chính ca h thng chun này này là: ơ n gin, thit b mã hóa và gii mãkhông phc tp, giá thành thp khi xây dng h thng thit b. Tuy nhiên d b sai màukhi h thng truyn tín hiu không lý tư ng và có nhiu.

Chun PAL (Phase Alteration Line)




64

Chun PAL ư c phát trin t năm 1962 c. PAL dùng t l nh 4:3; 625 dòngquét/50Hz (Quét xen k，312.5 dòng/mành), 25 khung hình/giây; mô hình màu YUV v ibăng thông cho Y là 5.5 MHz và U, V là 1,8MHz. Chun h PAL có méo pha nh hơ nhn so v i h NTSC, không có hin tư ng xuyên ln màu, thun tin cho vic ghi bănghình hơ n h NTSC, nhưng máy thu hình h PAL phc tp hơ n, tính kt h p v i h truyn

hình en trng kém hơ n h NTSC

Chun SECAM (Sequentiel Couleurs a Memoire – Sequential Color with Memory)

SECAM ư c trin t năm 1956 Pháp. SECAM cũng s dng 625 dòng quét/50Hz chomi khung hình, 25 khung hình / giây, v i t l 4:3 và quét mành xen k. SECAM cũngs dng mô hình màu YUV v i băng thông 6MHz cho Y và 2MHz cho U và V. Chunh SECAM có tính chng nhiu tươ ng i cao; kém nhy v i méo pha, méo biên .

3.1.7.3. Video s

Video dù thuc dng RGB hay YUV u có dng s. Trong trư ng h p này, cácmu r i rc ca tín hiu video tươ ng t ư c s hóa to ra chui các t mã biu din cácim nh. Các t mã này ư c phân thành ba trư ng biu din cho tng tín hiu mt caRGB hay YUV. Phm vi ca các chiu dài là 16 bit hoc 24 bit. V i 24 bit thì trong ó R= G = B = 8 bit; còn v i 16 bit thì Y = 8 bit và U = V = 4 bit.

Video s có nhiu ưu im so v i Video tươ ng t, c th như sau:

• Lưu tr video trên các thit b s hoc trong b nh , sn sàng ư c x lý (loib nhiu, ct và dán, …) và tích h p vào nhiu các ng dng a phươ ng tin khácnhau.

• Truy cp trc tip, và làm cho biên tp video tr nên ơ n gin.• Lp i lp li vic x lý hình mà không làm gim cht lư ng hình nh.• D dàng mt mã hóa.

Các chun CCIR cho Video s

CCIR là U ban tư vn quc t v Radio và mt trong các tiêu chun quan trngnht cho Video s là CCIR-601 cho tín hiu Video s thành phn. Chun này ã tr thànhchun ITU-R-601, mt tiêu chun quc t cho các ng dng video chuyên nghip.

Chun NTSC có 525 dòng quét; mi mt dòng có 858 im nh (v i 720 im nhnhìn thy và s còn li không nhìn thy trong chu kỳ xóa). Do NTSC dùng mô hình lymu 4:2:2, mi im nh tươ ng ng v i hai bytes (8 bit cho Y và 8 bit thay i gia Cbvà Cr) nên tc bit d liu Video s xp x 216 Mbps(525×858×30×2bytes×8bits/byte≈216Mbps).




65

Bng 3.2 dư i ây mô t các tham s c trưng ca Video s theo các chun khácnhau. Lưu ý các chun u áp dng t l nh 4:3.

Bng 3.2: Thông s video s 3.2. Cơ s k thut x lý nh

3.2.1. Cơ s ca cm nhn th giác

Vic x lý hình nh trong các ng dng có mc chính là giúp con ngư iquan sát thông tin trong mt hình nh. Vì vy, iu quan trng là phi hiu ư c h thngth giác ca con ngư i. H thng th giác ca con ngư i tp trung ch yu vào mt (cmbin hình nh hay camera), thn kinh th giác (ư ng dn hình nh), và não (các khithông tin x lý v nh…). Cu to ca mt ngư i ư c minh ha hình 3.21 dư i ây.

Hình 3.21: Cu to ca mt ngư i

Mt ngư i có cu trúc gn dng hình cu v i ư ng kính trung bình khong20mm. Mt ngư i gm có các thành phn ch yu sau:

Giác mc: Là phn trư c li trong sut ca l p xơ phía ngoài con ngươ i mà bao bcmng mt và ng t.

Màng c ng: Bc phía ngoài có s i trng cng bao trùm tt c con ngươ i tr giác mc.




66

Mô mc: Choàng ly mch máu nâu ti ca mt gia màng cng và võng mc bao gmcác màng máu cung cp dinh dư ng cho mt.

Mng mt: Mng mt m rng hoc thu gn nhm iu khin lư ng ánh sáng chiu vàomt.

Thu kính: ư c to ra t nhng l p ng tâm ca nhng t bào có s i, cha 60-70%lư ng nư c.

Võng mc: Mnh d, nhiu l p, màng nhy cm và ư c ni b i thn kinh th giác t inão. Là nơ i nhy cm v i ánh sáng và mu sc.

Mt hot ng như mt camera, v i thu kính tp trung hình nh vào võng mc. Võngmc có cha các t bào hình que (rods) và ba loi t bào hình nón (cones) theo như hìnhdáng ca chúng. Các t bào hình que (có khong 75-150 triu) ư c phân b xung quanhhoàng im (im vàng), rt nhy cm v ánh sáng nhưng không cm th màu sc. Cáct bào hình nón (có khong 6,5 triu) ư c tp trung ti hoàng im, kém nhy cm v i

ánh sáng, nhưng cm th và phân bit ư c màu sc tươ ng ng v i ba loi t bào hìnhnón nhy cm v i 3 mu khác nhau: , Xanh lá cây và Xanh lơ .

Mt ngư i nhy cm nht v i ánh sáng vùng gia ca ph nhìn thy ư c. Gingnhư thuc tính phân b năng lư ng quang ph (SPD) ca mt ngun ánh sáng, như tronghình 3.15, chúng ta thy nhy tươ ng i là hàm ca bư c sóng. Hình 3.22 minh hahàm nhy ca mt ngư i V(λ ) (ư ng t nét) và là tng ca các ư ng cong ápng ph ca các mu , xanh lá cây, và xanh lam. Theo ó, mt ngư i không nhy cmng u v i các màu sc có bư c sóng khác nhau và nhy cm nht vùng xanh lá cây-vàng (λ ≈ 555nm).

Gi q R(λ ),qG(λ ) và q B(λ ) là các hàm nhy ph ca các màu cơ bn R, G, và B,khi ó chúng ta có hàm vector q(λ ), v i các thành phn:

(3.10)

Các phn ng trong tng kênh màu trong mt ngư i t l v i s lư ng t bào thn

kinh liên quan. i v i các kênh màu , bt kỳ ánh sáng nào rơ i xung bt c nơ i nào phn khác không ca hàm nhy ca t bào hình nón - nhy cm v i màu trong hình3.22 s to ra mt s phn ng.




67

Hình 3.22: áp ng ph ( nhy) ca mt ngư i

áp ng tng h p ca kênh màu là tng tt c ánh sáng rơ i vào võng mc nơ i

có các t bào hình nón nhy cm v i màu ang cm nhn. Nu chúng ta xem các hàm nhy là liên tc, thì các màu sc cơ bn có th ư c xác nh b i biu thc (3.11).

(3.11

Vì tín hiu hình nh ư c truyn i có ba thành phn mu cơ bn nên các mu sc

hình thành mt không gian vector ba chiu.Biu thc (3.11) trên thc t ch áp dng khi chúng ta xem mt i tư ng t phát

sáng (ngh ĩ a là mt ngun ánh sáng). Trong phn l n các trư ng h p, chúng ta nhìn thyhình nh ca mt vt th là do ánh sáng phn x t b mt ca vt th ó n mt chúngta. Các b mt phn x các lư ng ánh sáng khác nhau các bư c sóng khác nhau, b mtsm thì phn x năng lư ng ít hơ n các b mt sáng. Hàm phn x ư c ký hiu là S(λ ).

Tình hung hình thành hình nh ư c mô t như sau. Ánh sáng t ngun sáng v iphân b năng lư ng quang ph (SPD) - E(λ ) n b mt ca vt th, có hàm phn x ph

b mt S(λ

) và sau ó ư c lc b i các hàm nhy ph tươ ng ng v i các t bào hìnhnón q(λ ) – Hình 3.23. Hàm C (λ ) ư c gi là tín hiu màu sc và tich ca E (λ ) và S(λ ).

Các biu thc hình thành màu sc tươ ng t như biu thc (3.12) mà có tính n cácmô hình hình thành hình nh là:




68

(3.12

Hình 3.23: Mô hình hình thành hình nh

3.2.2. Quá trình thu tín hiu hình nh

nh có th nhn qua camera màu hoc en trng. Thư ng nh nhn qua camera lành tươ ng t (loi camera ng chun CCIR v i tn s 1/25, mi nh 25 dòng), cũng cóloi camera ã s hoá (như loi CCD – Change Coupled Device) là loi photodiode tocư ng sáng ti mi im nh.

Camera thư ng dùng là loi quét dòng; nh to ra có dng hai chiu. Cht lư ng

mt nh thu nhn ư c ph thuc vào thit b thu, vào môi trư ng (ánh sáng, phongcnh). Trên thc t các thit b thu nhn nh có th là: máy quay (Cameras) cng v i b chuyn i tươ ng t s; máy quét (Scaners) chuyên dng và các b cm bin nh(Sensors).

Thu nhn nh s dng b cm bin ơ n

Hình v 3.24 dư i ây mô t các thành phn ca mt b cm bin ơ n. B cmbin ph bin nht ca loi này là photodiode, ư c cu thành t các vt liu silicon códng sóng in áp u ra t l v i ánh sáng u vào. Vic s dng b lc mt trư c cab cm bin nâng cao tính chn lc. Ví d mt b lc mu xanh lá cây phía trư c b

cm bin ánh sáng s thiên v hơ n cho ánh sáng trong băng mu xanh lá cây ca ph mu.Kt qu là, u ra ca b cm bin s cho ra nh có ánh sáng mu xanh mnh hơ n cácthành phn mu khác trong ph ánh sáng nhìn thy ư c.




69

Hình 3.24: B cm bin nh ơ n

Thu nhn nh s dng các di cm bin

Di cm bin bao gm nhiu cm bin ư c sp xp theo mt hàng như mô t hình v 3.25.

Hình 3.25: Di cm bin

Di cm bin thư ng ư c dùng to ra các phn t nh theo mt hư ng nào ó.Chuyn ng theo hư ng vuông góc v i di cm bin s to ra nh theo mt hư ng khácnhư ư c thy hình 3.26 (a). Các di cm bin thư ng ư c dùng cho các ng dng x

lý nh bng máy bay mà ó h thng x lý nh ư c gn trên máy bay và bay ô caonht nh v i vn tc không i trên b mt ca mt vùng a lý nào ó cn ư c chpnh.

Các di cm bin cũng có cu hình vòng s dng trong y hc và công nghip to ra các nh ct l p cho các vt th 3 chiu – hình 3.26 (b).




70

Hình 3.26: Thu nhn nh s dng di cm bin tuyn tính (a) và di cm bin vòng (b)

Thu nhn nh s dng mng cm bin

Hình 3.27 mô t các b cm bin ư c sp xp li hình thành nên mt mngcm bin hai chiu. Các thit b cm bin siêu âm, in t trư ng…thư ng ư c sp xp

theo dng mng như th này. Kiu sp xp theo mng cũng hay gp trong các camera s (loi CCD).

Hình 3.27: Mng cm bin




71

Ư u im chính ca mng cm bin là có th thu nhn ư c ngay toàn b nh hoànchnh ca vt th thông qua vic tp trung ngun năng lư ng sáng trên b mt ca mngcm bin.

Cách thc mà mt mng cm bin ư c s dng thu nhn nh ư c mô t chi

tit trong hình 3.28. ây, ánh sáng mà i tư ng phn x ra t mt ngun sáng chiuvào nó ư c thu nhn b i mng cm bin hình thành nên nh ca i tư ng và sau ónh ư c chuyn hóa thành nh s cho các x lý tip theo.

Hình 3.28: Ví d minh ha v quá trình thu nhn nh s

3.2.3. Ly mu và lư ng t hóa

Môi trư ng xung quanh chúng ta tn ti mt mc quan sát h p lý trong mtth liên tc v không gian/th i gian. Tươ ng t như vy, các tín hiu và hình nh có rtnhiu trong môi trư ng (trư c khi ư c cm nhn) là nhng i tư ng tươ ng t t nhiên.

Nói là tươ ng t ngh ĩ a là: các tín hiu tn ti trong min (không gian/th i gian) là liên tcvà cũng có th nhn các giá tr liên tc. Tuy nhiên, khi nói v vic x lý các tín hiuvideo và hình nh s, tc là khi các tín hiu video hoc hình nh s ư c cm nhn,chúng phi ư c chuyn sang dng s mà máy vi tính có th c ư c. Nói là k thut s chúng tôi mun ch hai iu: tín hiu ư c xác nh trên min (không gian/th i gian) r irc, và nó nhn các giá tr t mt tp các kh năng r i rc. Trư c khi vic x lý s có th bt u, quá trình chuyn i t tươ ng t sang s (Bin i A/D) phi ư c thc hin.




72

Bin i A/D bao gm hai tin trình riêng bit: ly mu và lư ng t hóa. Quá trình bini tín hiu và nh t tươ ng t sang s ư c minh ha hình 3.29 dư i ây.

Hình 3.29: Quá trình chuyn i tín hiu và nh t tươ ng t sang s

3.2.3.1. Ly mu và lư ng t hóa tín hiu nh

Tín hiu hình nh nhn ư c t cm bin quang in thư ng có dng tươ ng t, ví d tín hiu in áp có biên thay i liên tc theo chói ca nh ngun. có th ưa

tín hiu hình nh vào x lý bng máy tính cn thc hin quá trình s hóa thông qua haigiai an: ly mu và lư ng t hóa.

Ly mu tín hiu: Quá trình ly mu tín hiu ư c mô t trên hình 3.30. Tín hiunh ng v i mt dòng nh AB là tín hiu mt chiu liên tc theo th i gian và có biên bin i liên tc (hình 3.30b). Khi ly mu, th i gian truyn dòng AB ư c chia ra thànhnhiu on bng nhau. Giá tr tín hiu ti các im ly mu ư c ánh du ô vuông trên th. Theo nh lý ly mu Nyquist, nu tn s ly mu l n hơ n (hoc bng) hai ln tn




73

s l n nht trong ph tín hiu tươ ng t, thì tp h p các mu r i rc nhn ư c hoàn toànxác nh tín hiu ó.

bin i tip tín hiu thành dng s, chúng ta phi thc hin giai on lư ng t hóa các mu va nhn ư c. ây là quá trình r i rc tín hiu theo biên . Trên hình

3.30d thang xám ư c chia thành 8 mc r i rc t mc trng t i mc en. Lư ng t hóaư c thc hin ơ n gin bng cách tìm giá tr mc lư ng t gn ging nht v i giá tr thc ca mu và gán giá tr này cho mu nh.

Kt qu nhn ư c sau khi ly mu và lư ng t hóa là chui s r i rc mô t bini chói trong mt dòng nh. Nu thc hin quá trình s hóa cho tt c các dòng nht trên xung dư i, chúng ta s nhn ư c nh s trong không gian hai chiu.

Hình 3.30: Qúa trình s hóa tín hiu nh

3.2.3.2. Ly mu và lư ng t hóa tín hiu Video

Trong nhng năm gn ây công ngh phn cng và nhng hot ng chun hóa ãphát trin t i mc có tính kh thi trong vic truyn ti, lưu tr, x lý, và xem nhng tínhiu video ư c lưu dng s, và trong vic chia s tín hiu video gia các ng dngkhác nhau. ó là s phát trin t nhiên vì thay i tm th i thư ng có liên quan nchuyn ng ca vài kiu là thuc tính quan trng nht ca mt tín hiu trc quan.




74

Theo lý thuyt, mt tín hiu video tươ ng t I(x, y, t) trong ó (x, y) là ta khônggian liên tc và t là th i gian liên tc thì liên tc trong c hai chiu th i gian và khônggian, vì thông lư ng bc x vn có cm bin video là liên tc mc quan sát bìnhthư ng.

Video s là hin th ca mt hin tư ng t nhiên trc quan (th gi i thc), ư cly mu theo không gian và th i gian. Mt hin tư ng ư c ly mu mt im th i gian to ra khung (là hin th ca hin tư ng trc quan mt cách y ti th i im ó)hoc mt trư ng (bao gm các dãy các mu v không gian ư c ánh s chn l). Lymu ư c lp li theo chu kì (ví d, chu kì 1/25 hoc 1/30 giây) to ra tín hiu videong. Có 3 b mu (các thành phn) ư c yêu cu ch yu hin th mt hin tư ngtheo màu sc. Như vy mi mt mu không gian – th i gian (yu t hình nh hay pixel)ư c hin th như là mt s hay mt b các s mô t chói và màu sc ca mu.

Hình 3.31: Ly mu theo không gian và th i gian ca mt chui video

Ly mu không gian

u ra ca mt mng CCD là mt tín hiu tươ ng t, mt tín hiu in bin ihin th hình nh video. Ly mu tín hiu ti mt th i im to ra mt hình nh haykhung hình ư c ly mu xác nh giá tr trong tp các im ly mu. nh dng ph bin nht cho mt nh ly mu là mt hình ch nht v i im ly mu nm trên mt hình

vuông hay lư i ch nht. Hình 3.32 ch ra mt khung liên tc v i 2 lư i ly mu khácnhau ư c t chng lên nhau. Vic ly mu xy ra ti mt trong các im giao nhau trênlư i và hình nh ư c ly mu có th ư c tái to li b i vic hin th tng mu như làmt yu t hình nh vuông (pixel).




75

Hình 3.32: Hình nh v i 2 lư i ly muCht lư ng hin th ca hình nh b nh hư ng b i s lư ng các im ly mu.

La chn mt lư i ly mu “thô” (lư i màu en trong hình 3.32) to ra hình nh ư c lymu có phân gii thp (hình 3.33) trong khi tăng s lư ng im ly mu (lư i màuxám, hình 3.34) tăng áng k phân gii ca hình nh ư c ly mu.

Hình 3.33: Hình nh ư c ly mu phân gii thô (lư i ly mu màu en)




76

Hình 3.34: Hình nh ư c ly mu phân gii tt hơ n(lư i ly mu màu xám)

Ly mu th i gian

Mt hình nh video chuyn ng ư c chp b i vic chp theo im ch nht catín hiu theo các chu kì th i gian. Chiu li mt lot các khung to ra s chuyn ng.Tc ly mu cao hơ n (tc khung) cho ta s chuyn ng mư t mà hơ n trong cnhvideo nhưng yêu cu nhiu mu ư c chp và lưu nhiu hơ n. Tc khung dư i 10khung trên giây thư ng ư c s dng cho thông tin video tc bit thp (vì s lư ng

thông tin tươ ng i nh) nhưng s chuyn ng thì khá git và không t nhiên tc này. T 10 n 20 khung trên giây thì thông dng hơ n cho thông tin video tc bit thp;hình nh trơ n tru hơ n nhưng chuyn ng b git có th xy ra trong các phn hình nhchuyn ng nhanh. Ly mu 25 n 30 hình trên giây là chun cho hình nh truynhình (s an xen vào nhau ci thin hình nh chuyn ng, xem bên dư i); 50 n 60khung trên giây s chuyn ng mư t mà (tuy nhiên chi phí cao cho tc rt cao này).

Các dng ly mu YCbCr

Hình 3.35 th hin 3 cách ly mu cho Y, Cb và Cr theo chun MPEG-4 và H.264.

Ly mu 4:4:4 có ngh ĩ a 3 thành phn (Y,Cb và Cr) là tươ ng ươ ng, và do ó mu cami thành phn tn ti ti mi v trí im nh.Các tham s ch ra mi quan h tc ly mu ca mi thành phn trong mt

phng nm ngang, ví d ly 4 mu chói có 4 mu Cb và 4 mu Cr. Ly mu 4:4:4 mbo tính trung thc ca mi thành phn. V i ly mu 4:2:2 ( ôi khi ư c gi là YUY2)các thành phn có cùng t l theo phươ ng thng ng tuy nhiên có mt na t l theophươ ng nm ngang, ví d ly 4 mu chói có 2 mu Cb và 2 mu Cr.




77

V i nh dng 4:2:0 ph bin (YV12), Cb và Cr mi thành phn có giá tr bngmt na t l theo chiu ngang và theo chiu dc ca Y. Do mi thành phn màu scriêng bit bao gm mt phn tư s lư ng mu trong thành phn Y, 4:2:0 video yêu cuchính xác mt na s lư ng mu ca 4:4:4 video.Ví d v i 1 nh 720 x 576 pixels.

phân gii Y 720 x 576 mu, mi mu ư c th hin v i 8 bits.4:4:4: phân gii Cb, Cr : 720 x 576 mu, mi mu 8 bits.Tng s bits : 720 x 576 x 8 x 3 = 9953280 bits.

4:2:0: phân gii Cb, Cr : 360 x 288 mu, mi mu 8 bits.Tng s bits : (720 × 576 × 8) + (360 × 288 × 8 × 2) = 4976640bits.4:2:0: video yêu cu chính xác mt na s lư ng mu ca 4:4:4 video.

Hình 3.35: Các mu 4:4:4 , 4:2:2 và 4:2:0




78

Mu 4:2:0 ôi khi ư c gi là 12 bits trên mt im nh. V i mt nhóm bao gm4 im nh, s dng mu 4:4:4 có tng cng 12 mu, 4 cho mi tham s Y, Cb, Cr, yêucu tng cng 12 x 8 = 96 bits, trung bình 96 / 4 = 24 bits/ 1 im nh. V i mu 4:2:0 ch s dng 6 mu trong ó 4 cho Y và 1 cho mi Cb và Cr, yêu cu tng cng 6 x 8 = 48bits, trung bình 48 / 4 = 12 bits/ im nh.

Tip theo ly mu là quá trình lư ng t hóa. S lư ng t hóa là quá trình chuynmt nh có giá tr liên tc, có mt khong liên tc (tp các giá tr nó có th nhn) thànhnh có giá tr r i rc, có mt khong r i rc. Vic này thư ng ư c thc hin b i quytrình ct tròn, ct xén hoc mt vài quá trình không tuyn tính, không th o ngư c cas phá hy thông tin. Lư ng t hóa là tin thân ca vic x lý s vì các cư ng nhphi ư c biu din v i gi i hn chính xác (ư c gi i hn b i dài ca t) trong bt kỳ b x lý s nào.

Không ging như vic ly mu, s lư ng t hóa rt khó phân tích vì nó khôngtuyn tính. Hơ n na hu ht các phươ ng pháp mang tính lý thuyt ca vic x lý s u

gi thit rng các tín hiu nghiên cu không ư c lư ng t hóa, vì iu này dư ng như s làm phc tp s phân tích. Trái li, lư ng t hóa là mt phn thit yu ca bt kỳ phéptoán nén tín hiu nào, ó mc tiêu có th ư c xem như vic tìm mt chin lư c lư ngt hóa ti ưu mà cùng mt lúc gim lư ng d liu có trong tín hiu trong khi gn như gi nguyên trung thc ca tín hiu.

3.2.4. X lý nh trong min không gian

Nâng cao cht lư ng nh s là quá trình x lý trên nh ban u to ra kt qu làmt bc nh tt hơ n xét theo mt tiêu chí c th. Ví d x lý nâng cao cht lư ng ca

nh chp X-quang s khác v i vic nâng cao cht lư ng ca nh chp ca mt v tinh at ĩ nh. Có nhiu phươ ng pháp nhm tăng cư ng cht lư ng ca nh, nhưng tp trung vàohai nhánh chính là x lý nh trong min không gian và x lý nh trong min tn s.Trong min không gian, nh ư c x lý trc tip trên các pixels. Min tn s s dngbin i Fourier x lý.

Min không gian là tp h p các pixels trong mt bc nh. Chúng ta s tin hànhx lý trc tip trên các pixels này. Quá trình x lý này có th ư c mô t thông qua biuthc sau:

g(x, y)=T[f(x, y)] (3.13

V i f(x, y) là nh gc, g(x,y) là nh sau x lý, và T là phép toán bin i, da trên

các im nh xung quanh (x, y).Các im nh xung quanh có th có các kích c khác nhau, có th là dng vuông

hoc ch nht, trong ó im nh cn x lý v trí trung tâm. Trên hình là mt khung cókích thư c 3x3. Tùy mc ích c th mà ta dùng các phép bin i khác nhau.




79

Hình 3.36: Lân cn 3x3 ca im nh (x,y)3.2.4.1. Phép bin i m c xám

Trong phép bin i này, giá tr g(x, y) ch ph thuc vào giá tr ca f(x, y), và T tr thành hàm bin i mc xám. Ta có biu thc ơ n gin sau:

s=T(r) (3.14

V i r là mc xám ban u ti (x,y), s là mc xám sau bin i ti (x,y).

Hình 3.37: Các hàm bin i mc xám nâng cao tươ ng phn

Ví d: Xét hai phép bin i mc xám sau:V i hình 3.37a, phép bin i cho ta nh sau x lý có tươ ng phn cao hơ n so

v i nh ban u. Các giá tri mc xám r<m qua phép bin i ư c nén li gn mc 0 (tihơ n), tươ ng t v i các giá tr r>m nhưng ư c nén li gn mc 1 (sáng hơ n) làm nh saux lý có tươ ng phn cao. Phép bin i hình 3.37b nhm bin 1 nh grayscale thành1 nh nh phân. Ta xét mc ngư ng m, v i r<m ư c xét thành mc 0, và r>m xét thànhmc 1.




80

3.2.4.2. Lc nh không gian

Nhiu thư ng xut hin trên nh do nhiu nguyên nhân khác nhau. gim nhiuvà nâng cao cht lư ng nh ta s dng nhng phươ ng pháp lc khác nhau, phù h p v imi loi nhiu c th. Lc không gian (spatial filtering) cũng là mt quá trình x lý trên

các im nh, da trên mt phép toán v i các im nh xung quanh. Phươ ng pháp lcnh bao gm các bư c: (1) xác nh im nh trung tâm (x, y); (2) thc hin các phéptoán v i các im xung quanh (x, y); (3) kt qua ta ư c áp ng ca quá trình lc ti (x,y); (4) lp li các bư c trên v i tt c các im nh khác.

3.2.5. X lý nh trong min tn s

3.2.5.1. Bin i Fourier

Trư c tiên ta xem xét các khái nim và bn cht ca bin i Fourier (FT) cho tín

hiu s mt chiu và hai chiu. Vì nh s ch là mt phn ca tín hiu s nên phi dùngmt dng khác ca bin i FT ó là bin i Fourrier r i rc DFT (Discrete FourrierTransform).

a. Khái nim và công th cBin i Fourrier cho mt tín hiu có th hình dung như sau:

x(t) FT X(f)Min th i gian Min tn s

Mt s ng dng cn min phc, ngư i ta dùng bin i phc (bin i z) :

x(n) TZ X(z) v i z là bin ph c

Bin i Fourrier cho mt tín hiu mt chiu gm mt cp bin i:- Bin i thun: chuyn s biu din t không gian thc sang không gian tn s

(ph và pha). Các thành phn tn s này ư c gi là các biu din trong không gianFourrier ca tín hiu.

- Bin i ngư c: chuyn i s biu din ca i tư ng t không gian Fourriersang không gian thc.

a1. Không gian mt chiuCho mt hàm f(x) liên tc. Bin i Fourrier ca f(x), kí hiu F(u), u biu din tns không gian, ư c nh ngh ĩ a:

F(u) = f x e dxixu( ) −

−∞

∞

∫ 2π (3.15

trong ó:




81

f(x): biu din biên tín hiue

-2π ixu : biu din pha.Bin i ngư c ca F(u) cho f(x) ư c nh ngh ĩ a:

f(x) = F u e duixu( ) 2π

−∞

∞

∫ (3.16

a2. Không gian hai chiu

Cho f(x, y) hàm biu din nh liên tc trong không gian 2 chiu, cp bin iFourier cho f(x, y) ư c nh ngh ĩ a:

- Bin i thun

F(u ,v) = f x y e dxdyi xu yv( , ) ( )− +

−∞

∞

−∞

∞

∫ ∫ 2π (3.17

u,v biu din tn s không gian.- Bin i ngư c

f(x ,y) = F u v e dudvi xu yv( , ) ( )2π +

−∞

∞

−∞

∞

∫ ∫ (3.18

b. Bin i Fourrier r i rc - DFT

Bin i DFT ư c phát trin da trên bin i Fourrier cho nh s. ây, tadùng tng thay cho tích phân. Bin i DFT tính các giá tr ca bin i Fourriercho mt tp các giá tr trong không gian tn s ư c cách u.

b1. DFT cho tín hiu mt chiu

V i tín hiu mt chiu, ngư i ta biu din b i mt chui trc giao các hàm cơ s .V i các hàm liên tc, khai trin chui trc giao s cung cp chui các h s dùng trongnhiu quá trình khác nhau hay trong phân tích hàm. Khai trin Fourrier r i rc DFTcho mt dãy {u(n), n = 0, 1, ..., N-1} nh ngh ĩ a b i:

v(k) = u n WN

n

N kn

( )=

−

∑0

1

, k = 0, 1, ..., N-1; v i W N = e-j2π /N (3.19

và bin i ngư c:

u(n) =1

0

1

N

v k k

N

( )=

−

∑ W N -kn

, k = 0, 1, ..., N-1

(3.20 Thc t trong x lý nh ngư i ta hay dùng DFT ơ n v:

v(k) =1

0

1

N u k

n

N

( )=

−

∑ W N kn

, k=0, 1, ..., N-1 (3.21




82

u(n) =1

0

1

N v k

k

N

( )=

−

∑ W N -kn

, k=0, 1, ..., N-1 (3.22

Các DFT và DFT ơ n v có tính i xng. Hơ n na khai trin DFT và DFT ơ n v

ca mt chui và bin i ngư c li ca nó có tính chu kỳ và chu kỳ N .

b2. DFT cho tín hiu hai chiu (nh s)

DFT hai chiu ca mt nh M x N : {u(m, n)} là mt bin i tách ư c và ư cnh ngh ĩ a:

v(k,l) = u m nn

N

m

N

( , )=

−

=

−

∑∑0

1

0

1

W N km

W N ln

0 = l, k = N-1 (3.23

và bin i ngư c:

u(m,n) =

12

0

1

0

1

N v k l

l

N

k

N

( , )=

−

=

−

∑∑ W N

-km

W N

-ln

0=

m, n=

N-1 (3.24Cp DFT ơ n v hai chiu ư c nh ngh ĩ a:

v(k,l) =1

0

1

0

1

N u m n

n

N

m

N

( , )=

−

=

−

∑∑ W N km

W N ln

0 = l, k = N-1 (3.25

u(m,n) =1

0

1

0

1

N v k l

l

N

k

N

( , )=

−

=

−

∑∑ W N -km

W N -ln

0 = m, n = N-1 (3.26

Vit li công thc trên, ta có:

v(k,l) = 10

1

0

1

N u m n

n

N

m

N

( , )=

−

=

−

∑∑ W N (km

+ ln)

0 = l, k = N-1

(3.27)

u(m,n) =1

0

1

0

1

N v k l

l

N

k

N

( , )=

−

=

−

∑∑ W N -(km

+ ln)

0 = m, n = N-1 (3.28

ây, W N (km+ln) là ma trn nh cơ s , e

jα = cos(α ) +jsin(α ) (công thc Eucle). Do vy:

W N (km+ln)

= e-j2π (km+ln)/N

= cos(2π (km+ln)/N) - j sin (2π (km+ln)/N)

(3.29

Như vy, các hàm cơ s trong ma trn nh cơ s ca bin i Fourier là các hàmcosine và hàm sine. Theo tính toán trên, ta thy bin i Fourrier biu din nh trongkhông gian m i theo các hàm sine và cosine.




83

3.2.5.2. Lc nh trong min tn s

Như chúng ta ã bit bin i Fourier óng vai trò quan trng trong x lý nh, cókh năng linh hot cao trong thit k và tin hành các phươ ng pháp lc trong vic nângcao cht lư ng nh, phc hi nh, nén nh… ây, mi giá tr F(u, v) cha tt c các

thành phn f(x, y) nhân v i thành phn mũ, do ó ph Fourier có liên quan n s thayi các giá tr mc xám ca nh. Tn s thp ng v i các thành phn có s thay i chmv mc xám ca nh, trong khi ó tn s cao ng v i s thay i mc xám nhanh hơ n, ví d như nhiu và cnh biên. Như vy nu lc i các thành phn tn s cao và ly thànhphn tn s thp thì nh thu ư c s mư t và gim nhiu, trong khi ó nu ta ch ly cácthành phn tn s cao thì nh sau lc s sc nhn và các chi tit như nhiu s ni bt hơ n.Ta có các b lc tươ ng ng là b lc thông thp và b lc thông cao.

Chuong3 Phan1 200610 Revised

Documents

Transcript of Chuong3 Phan1 200610 Revised