Bài giảng Xử lý tín hiệu và mã hóa - Chương 1: Giới thiệu chung về xử lý ảnh - Phạm Việt Hà

Xử lý tín hiệu và mã hóa
(Master program)
Giảng viên: TS. Phạm Việt Hà
Email: phamvietha@gmail.com
ĐT CQ: (04).37544486
Địa chỉ CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
1
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2
1. Giới thiệu chung
Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng
vai trò quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng
máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ đó phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng
dụng trong cuộc sống. Xử lý ảnh và đồ hoạ đóng một vai trò quan trọng trong
tương tác người - máy.
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào
nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có
thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 3
1. Giới thiệu chung
Hình 1. Hệ thống tạo ảnh
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4
1. Giới thiệu chung
Hình 2. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 5
2. Các bước cơ bản
Thu nhận ảnh (Image Acquisition): Là thiết bị biến đổi quang-điện,
cho phép biến đổi hình ảnh quang học thành tín hiệu điện dưới dạng analog hay
trực tiếp dưới dạng số. Có nhiều dạng cảm biến cho phép làm việc với ánh sáng
nhìn thấy hoặc hồng ngoại. Hai loại thiết bị biến đổi quang – điện chủ yếu
thường được sử dụng là đèn ghi hình điện tử CCIR (Comittee Consultatif
International Radiotelecommunique ) là loại camera ống chuẩn với tần số 1/25,
mỗi ảnh 25 dòng và chip CCD (Charge Couple Device) là photodiode tạo
cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại quét dòng ; ảnh tạo
ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị
thu, vào môi trường.
Tiền xử lý ảnh (Image PreProcessing): Sau bộ thu nhận, ảnh có thể
nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng.
Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh
rõ hơn, nét hơn.
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 6
2. Các bước cơ bản
Phân vùng/đoạn ảnh (Segmentation): là tách một ảnh đầu vào thành
các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Đây là phần phức
tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của
ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này.
Biểu diễn ảnh (Image Representation): Đầu ra ảnh sau phân đoạn
chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các
vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho
xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích
chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới
dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với
đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được.
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 7
2. Các bước cơ bản
Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation): 
nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng
cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán
đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau
về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân
theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản:
- Nhận dạng theo tham số.
- Nhận dạng theo cấu trúc.
Truyền ảnh hoặc lưu trữ (Chanel or Storage): ảnh sau khi số hoá sẽ
được lưu vào bộ nhớ, hoặc chuyển sang các khâu tiếp theo để phân tích hoặc
truyền. Nếu lưu trữ/truyền ảnh trực tiếp từ các ảnh thô, đòi hỏi dung lượng bộ
nhớ cực lớn và không hiệu quả theo quan điểm ứng dụng và công nghệ. Thông
thường, các ảnh thô đó được đặc tả (biểu diễn) lại (hay đơn giản là mã hoá) theo
các đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh như: biên ảnh, vùng ảnh.
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 8
3. Một số khái niệm trong xử lý ảnh
Điểm ảnh (Picture Element/Pixel): được xem như là dấu hiệu hay
cường độ sáng tại một toạ độ trong không gian của đối tượng.
Ảnh (Picture): được xem như là một tập hợp hữu hạn các điểm ảnh kề
nhau. Khi được số hoá nó thường được biểu diễn là ma trận 2 chiều a[i][j], mỗi
phần tử của ma trận tương ứng với một điểm ảnh có một giá trị nguyên là đặc
trưng cường độ sáng hoặc là một véc tơ cấu trúc màu với một hàm n biến P(c1,
c2,..., cn).
Mức xám (Gray level): là kết quả của sự mã hoá tương ứng một cường
độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lượng hoá.
Các thang giá trị mức xám thông thường là 16, 32, 64, 128, 256. (Mức 256 là
mức phổ dụng. Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức
xám, tức là từ 0 đến 255).
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 9
3. Một số khái niệm trong xử lý ảnh
Độ phân giải của ảnh (Resolution): là mật độ điểm ảnh được ấn định
trên một ảnh số được hiển thị.
Kỹ thuật xử lý ảnh: là quá trình biến đổi một hình ảnh thành một hình
ảnh khác bằng máy tính điện tử một cách tự động phụ thuộc vào mục đích của
người sử dụng.
Ảnh Số bit/pixel Số màu
Ảnh đen trắng 1 2
Ảnh đa cấp xám 8 256
Ảnh RGB 24 2563
Ảnh 32 bit
(true color+độ sâu)
32 2564
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 10
4. Ứng dụng
Nâng cao chất lượng ảnh: Là bước thú vị nhất trong xử lý ảnh số. Về
cơ bản, nâng cao chất lượng ảnh là làm nổi bật các chi tiết của ảnh, hoặc tăng độ
tương phản, làm sắc nét, làm mượt ảnh.
Phục hồi ảnh: liên quan đến việc nâng cao chất lượng của ảnh, liên
quan đến đối tượng trong ảnh.
Nén ảnh: là bước giảm kích thước để lưu trữ ảnh, hoặc là băng thông
cần thiết để truyền ảnh.
Nhận dạng: là quá gán nhãn cho một đối tượng dựa trên các đặc trưng
của nó.
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 11
4. Ứng dụng
Nâng cao chất lượng ảnh
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 12
4. Ứng dụng
Giảm nhiễu ảnh
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 13
4. Ứng dụng
Tăng độ nét
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 14
4. Ứng dụng
Phục hồi ảnh
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 15
4. Ứng dụng
Nén ảnh
dungleba@gmail.com
compressed bitstream
00111000001001101
(2428 Bytes)
image
encoder
image
decoder
original image 
262144 Bytes
Chương 1. Giới thiệu chung về xử lý ảnh
Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 16
4. Ứng dụng
Nhận dạng chữ viết: Là bước thú vị nhất trong xử lý ảnh số. Về cơ
bản, nâng cao chất lượng ảnh là làm nổi bật các chi tiết của ảnh, hoặc tăng độ
tương phản, làm sắc nét, làm mượt ảnh.
Phục hồi ảnh: liên quan đến việc nâng cao chất lượng của ảnh, liên
quan đến đối tượng trong ảnh.
Nén ảnh: là bước giảm kích thước để lưu trữ ảnh, hoặc là băng thông
cần thiết để truyền ảnh.
Nhận dạng: là quá gán nhãn cho một đối tượng dựa trên các đặc trưng
của nó.