XỬ LÝ ẢNH · xử lý ảnh,nguyễn linh giang,dhbkhn Author: nguyễn linh giang Subject:...
Transcript of XỬ LÝ ẢNH · xử lý ảnh,nguyễn linh giang,dhbkhn Author: nguyễn linh giang Subject:...
XỬ LÝ ẢNH
Nguyễn Linh GiangBộ môn Truyền thông và Mạng máy tính
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Nội dungNhập mônHệ thống xử lý tín hiệu hai chiềuCảm nhận ảnhSố hóa ảnhCác phép biến đổi ảnhCải thiện chất lượng ảnhPhục hồi ảnhPhân tích ảnhNén ảnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Chương IIICảm nhận ảnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
III. Cảm nhận ảnh
3.1. Sóng điện từ, anh sáng và cácdạng ảnh3.2. Hệ thống thị giác3.3. Một số hiệu ứng thị giác3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1 Sóng điện từ, anh sáng vàcác dạng ảnh
Các dạng ảnhẢnh hồng ngoạiẢnh cực tímẢnh sóng vô tuyếnÁnh sáng nhìn thấySóng radaẢnh Rơn-ghenẢnh sóng âmẢnh điện tửẢnh quét positronẢnh cộng hưởng từ.....
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1 Sóng điện từ, anh sáng vàcác dạng ảnh
Dải phổ sóng điện từ
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.1 Sóng điện từ, anh sáng vàcác dạng ảnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Ví dụ về các loại ảnhẢnh theo độ chói ( cường độ sáng )Ảnh màuẢnh thiên văn
3.1 Sóng điện từ, anh sángvà các dạng ảnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Biểu diễn ánh sáng qua phổ phân bốnăng lượng theo bước sóng I(λ)
3.1 Sóng điện từ, anh sáng vàcác dạng ảnh
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.2. Hệ thống thị giác
Tầm quan trọng nghiên cứu vềhệ thống thị giác
Trong mã hóa ảnh: những thôngtin không cảm nhận được sẽkhông cần thiết lưu trữ
Cấu tạo sơ lượcCầu mắtGiác mạcThủy tinh thểDịch kínhVõng mạc
Tế bào queTế bào nónĐiểm vàngĐiểm mù
Cơ chế điều chỉnh thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Tế bào queCó từ 75-150 triệuRất nhạy cảm với ảnh sángCảm nhận trên dải rộngÁnh sáng ban ngày và đêmCung cấp khả năng nhìn đêmCảm nhận độ chói ( cường độ sáng ) Độ phân giải cao
3.2. Hệ thống thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Tế bào nónCó từ 6-7 triệuTập trung chủ yếu tại điểm vàng tại trung tâmvõng mạcCảm nhận trên dải hẹpĐộ phân giải thấpCó 3 loạitế bào nón cảm nhận các tần số: cảmnhận màu sắc
460 nm ( xanh lam ), 575 nm ( xanh lục ), 625 nm ( đỏ )
Khả năng nhìn ban ngày
3.2. Hệ thống thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Phân bố các tế bào que và tế bào nóntrong võng mạc
3.2. Hệ thống thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Độ nhạy sáng củatế bào que và tếbào nónHệ thống thị giáccho phép cảm nhận10 bậc chênh lệchvề cường độ trongdải chiếu sáng
3.2. Hệ thống thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.3 Một số hiệu ứng thị giác
Các vạch Mach – cảm nhận độ sáng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.3 Một số hiệu ứng thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.3 Một số hiệu ứng thị giác
Các điểm kì dị - cảm nhận độ tương phản
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.3 Một số hiệu ứng thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Các thuộc tính ánh sángĐộ chói( Radiance – watt )
Tổng năng lượng của chùm tia từ nguồn
Độ rọi ( Luminance - lumens, lm) Độ đo năng lượng ánh sáng thu nhận được từ nguồn sáng. Biến thiên theo khoảng cách từ nguồn sáng, bước sóng, …Không phụ thuộc vào môi trường;
I(x, y, λ) – phân bố ánh sáng trong không gianV(λ) – hàm hiệu suất cảm độ rọi tương đối của hệ thống thị giác ( hàm dạng chuông )
∫∞
=0
)(),,(),( λλλ dVyxIyxL
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcĐộ sáng ( Brightness )
Là thuộc tính chủ quan, đặc trưng cho khả năngcảm nhận độ rọiPhụ thuộc vào độ rọi của môi trường xung quanh
Độ tương phản tức thờiCảm nhận của hệ thống thị giác nhạy cảm hơn vớiđộ tương phản độ rọi hơn là độ rọi tuyệt đối;
|Ls – L0|/L0 = constĐối với độ rọi tương đối nhận biết được ΔL
ΔL / L ~ d(logL) ~ 0.02 ( const )Các mô hình độ rọi – độ tương phản
Giả thiết: L ∈ [1..100], c ∈ [1..100]C = 50 log10LC = 21.9 L1/3
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Mô hình cảm nhận đơn sắcHàm truyền đạt điều biến ( MTF )Được xác định qua thực nghiệm với những hàm đánhgiá hình sin với độ tương phản khác nhauTương tự bộ lọc thông dải
Nhạy cảm với những tần số trung bìnhKém nhạy với những tần số cao
Phụ thuộc vào hướng đánh giáNhạy cảm hơn với hướng nằm ngang và thẳng đứng
Nhìn chung về cảm nhận đơn sắcThể hiện khả năng ánh sáng được mắt chuyển đổithành những thông tin về độ sáng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcTiêu chuẩn đánh giá độ trung thực ảnh
Các độ đo chủ quan ( định tính )Đánh giá theo cảm nhận của thị giác:
Thang tốt-xấu: tuyệt vời, tốt, khá tốt, kém, không đáp ứngCác độ đo đối sánh
Đối sánh với những ảnh khác, nhóm ảnh khác
Các độ đo khách quan ( định lượng )Sai số trung bình bình phương và các biến thểƯu điểm
Đơn giản, phông phụ thuộc vào chủ quanĐơn giản về mặt tính toán toán học
Nhược điểmKhông phải lúc nào cũng phản ảnh được cảm nhận thị giác
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Tiêu chuẩn trung bình bình phươngTrung bình ( hoặc tổng ) của bình phương saiphân độ rọi của điểm sáng giữa hai ảnh
( )
( ) error square mean average - ),('),(1
error square average - ),('),(1
error square mean '
1 1
23
1 1
22
21
∑∑
∑∑
= =
= =
−=
−=
−−=
M
m
N
n
M
m
N
n
nmlnmlEMN
nmlnmlMN
llE
ε
ε
ε
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Tỷ lệ tín hiệu – và nhiễu (SNR)
A – đặc trưng cho giá trị đỉnh- đỉnh ( peak – to – peak value )PSNR thường cao hơn SNR khoảng 12 – 15 Db
( )( )22
10
2210
/log10
(Db) /log10
e
es
A PSNR
SNR
σ
σσ
=
=
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Màu sắcCảm nhận màu sắc phụ thuộc vào phổcủa ánh sángMàu của phổ: ánh sáng nhìn thấy với dảiphổ rất hẹpÁnh sáng với tất cả các thành phần phổnhìn thấy có năng lượng bằng nhau sẽđược cảm nhận là ánh sáng trắng
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Các thuộc tính mô tả màu sắcCác màu được phân biệt dựa theo các thuộc tính: độ sáng, sắc độ, và độ bão hòa màuĐộ sáng: đặc trưng cho độ rọi cảm nhậnĐặc trưng màu ( Chrominance )
Sắc độ ( Hue )Là thuộc tính liên quan tới bước sóng chủ yếu trong hỗn hợpcác bước sóng ánh sáng. Đặc trưng cho màu sắc chủ đạo được người quan sát cảm nhận
Độ bão hòa ( Saturation )Đặc trưng cho độ thuần khiết tương đốiPhụ thuộc vào độ rộng của phổ ánh sángThẻ hiện lượng màu trắng được trộn với sắc độ
Hue và độ bão hòa gọi là đặc trưng màu( chromaticity )
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màusắc
Biểu diễn màu bằng 3 màu cơ bản
Một màu bất kỳ có thểđược tạo nên bằng cáchtrộn 3 màu cơ bản3 dạng tế bào nón cảmnhận màu sắc
Đỏ, Lục, LamCảm nhận màu đượcmô tả bằng đáp ứngphổ αi(C)Các màu đượccảmnhận như nhau nếuαi(C1) = αi(C2)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcCác màu cơ bản: các tế bàonón hấp thụ các phổ Si(λ) có đỉnh tại các bước sóng
Màu đỏ (700 nm)65% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng đỏ ( 650nm)
Xanh lục (550nm)33% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng lục
Xanh lam (450nm)2% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng lam
Pha trộn các màu R,G,B không thể biểu diễn tất cảcác màu
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Đối sánh và tái tạo màu sắcHỗn hợp của 3 thành phần: C = Sumk(βkPk(λ))Đối sánh với một màu cho trước C1
Tăng βk sao cho αi(C1) = αi(C), i = 1, 2, 3Các giá trị ba kích thích:Tk(C)
Tk(C) = βk/wk
wk – định lượng của thành phần cơ bản thứ k để đối sánh vớimàu trắgn tham chiếu;
Độ màu ( chromaticity )tk = Tk/( T1 + T2 + T3 )t1 + t2 + t3 = 1Biểu đồ biểu diễn t1, t2 gọi là biểu đồ màu ( chromaticity diagram )Những giá trị âm có thể có, nhưng không thể tạo được từ nhữngmàu cơ bản.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcBiểu đồ đặc trưng màu
Các hệ số 3 màuX, Y, Z: các giá trị kích thích màu, biểu diễn lượng màu Đỏ, Lục, Lam cần thiết để tạo nên mộtmàu bấtkỳ
Ta có, x + y + z = 1, x và y sẽ tạonên biểu đồ đặc trưng màu
Biểu đồ đặc trưng màu CIE( Commision Internationale d’Eclairage )
x: Đỏ, y: LụcMàu trên vùng biên được bão hòahoàn toànĐộ bão hòa tại những điểm cónăng lượng bằng nhau bằng zero
, ,X Yx yX Y Z X Y Z
ZzX Y Z
= =+ + + +
=+ +
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Gam màu ( color gamut )Bất kỳ 3 điểm trong biểuđồ thuộc tính màu có thểtạo ra tất cả các màutrong tam giác nàyDạng hình cong của biểuđồ cho thấy không cóhỗn hợp của 3 màu nàocó thể tạo nên tất cả cácmàu có thể
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các hệ biểu diễn màuĐỏ, Lục, Lam (RGB)Lục lam, Đỏ tươi, Vàng ( Cyan Magenta Yellow - CMY)Sắc độ, Bão hòa, Cường độ( Hue Saturation Intensity - HSI): gần với HVSMàu sắc = điểm giá trị màu trong khônggian màu 3D
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
RGB và CMYRGB: màn hình, videoCMY: công nghệ in
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
R, G, B tại 3 trục nhậngiá trị [0 1]Thang mức xám dọc theotrục chínhNếu mỗi thành phầnđược lượng tử hóa 256 mức [0:255], số lượngmàu: (28)3 = 224 = 16,777,216 màuRGB safe color:
Mỗi thành phần đượclượng tử hóa thành 6 mức từ 0 đến 255
24-bit RGB color cube RGB safe color cube
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Mô hình màu HSISắc độ
Thuộc tính đặc trưngcho màu thuần [0,360]
Độ bão hòaMức độ của màu thuầnđược trộn với màutrắng [0,1]
Mô hình HSISắc độ và độ bão hòanằm trong mặt phẳngvuông góc với trụccường độ sáng [0,1]
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc
Chuyển đổi giữa cáchệ biểu diễn màu
RGB CYM
HSI RGB
111
C RY G
RGB HISCường độ = Độ rọiĐộ bão hòa = Cường độ màuSắc độ = MàuHS = các tọa độ cực
M B
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
0 120(1 )
cos1cos(60 )
1 ( )
o
o
HB I S
S HR IH
G R B
≤ ≤= −
⎡ ⎤⋅= ⋅ +⎢ ⎥−⎣ ⎦= − +
[ ]
( )
1
2
( ) ( ) / 2cos
( ) ( )( )
3603 min( , , )1
/ 3
R G R B
R G R B G B
B GH
B GR G BS
R G BI R G B
θ
θθ
−⎧ ⎫− + −⎪ ⎪= ⎨ ⎬
− + − −⎪ ⎪⎩ ⎭≤⎧
= ⎨ − >⎩⋅
= −+ +
= + +
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt