Bài giảng Maple - Lập trình tính toán: Chương 5 - Cơ bản về xử lý ảnh số trong Matlab

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

202
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Maple - Lập trình tính toán: Chương 5 - Cơ bản về xử lý ảnh số trong Matlab trình bày về các kiểu hình ảnh trong Matlab (ảnh chỉ số, ảnh độ sáng, ảnh nhị phân, ảnh RGB, chuyển đổi giữa các kiểu ảnh); đọc và ghi dữ liệu ảnh; các phép toán số học cơ bản trên ảnh; hàm hiển thị hình ảnh; phép biến đổi hình học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Maple - Lập trình tính toán: Chương 5 - Cơ bản về xử lý ảnh số trong Matlab

Chương 5 Cơ bản về xử lý ảnh số trong Matlab
5.1 Giới thiệu Trong Matlab, mỗi hình ảnh thường được biểu diễn bằng một ma trận hai chiều. Mỗi một phần tử của ma trận tương ứng với 1 pixel (một phân tử ảnh – picture element – biểu diễn bằng 1 điểm trên màn hình). Điểm ảnh ở góc trên bên trái ứng với hàng 1, cột 1. Matlab lưu giữ các hình ảnh dưới một trong các kiểu dữ liệu sau: logical, uint8, uint16, double. Người dùng có thể sử dụng các phép toán và các thao tác cơ bản trên ma trận để tác động lên dữ liệu hình ảnh với điều kiện các thao tác này chấp nhận các kiểu dữ liệu trên. 25/05/2014 Lập trình tính toán 2
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab Ảnh chỉ số (indexed images) Ảnh được biểu diễn bởi hai ma trận: - Ma trận dữ liệu X: thuộc kiểu uint8, uint16 hoặc double. - Ma trận màu (bản đồ màu) map: kích thước m×3, các phần tử có kiểu double có giá trị thuộc khoảng [0,1]. Mỗi hàng của ma trận xác định các thành phần red, green, blue trong tổng số m màu được sử dụng trong ảnh. Giá trị của một phần tử trong ma trận dữ liệu cho biết màu của điểm ảnh đó là màu nằm ở hàng nào trong ma trận màu. 25/05/2014 Lập trình tính toán 3
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh chỉ số (indexed images) (tt.) X(143,219) = 124 map(124,:) = 0.8392 0.9373 1.0000 25/05/2014 Lập trình tính toán 4
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh độ sáng (intensity images) Ảnh được biểu diễn bởi một ma trận hai chiều, trong đó giá trị của mỗi phần tử cho biết độ sáng (hay mức xám) của điểm ảnh đó. - Ma trận thuộc kiểu uint8, uint16 hoặc double. - Giá trị nhỏ nhất (0) ứng với màu đen. - Giá trị lớn nhất (255 hoặc 65535 hoặc 1 tùy kiểu dữ liệu là uint8, uint16 hay double) ứng với màu trắng. Ảnh biểu diễn theo kiểu này còn gọi là ảnh “trắng đen” hoặc ảnh grayscale. 25/05/2014 Lập trình tính toán 5
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh độ sáng (intensity images) (tt.) I(143,219) = 0.9151 25/05/2014 Lập trình tính toán 6
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh nhị phân (binary images) Ảnh được biểu diễn bởi một ma trận hai chiều, thuộc kiểu logical. - 0 ứng với màu đen. - 1 ứng với màu trắng. BW(143,219) = 1 25/05/2014 Lập trình tính toán 7
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh RGB (RGB images) Ảnh được biểu diễn bởi một ma trận ba chiều m × n × 3. - m × n: kích thước ảnh theo pixels. - Ma trận này định nghĩa các thành phần màu red, green, blue cho mỗi điểm ảnh, các phần tử có thể thuộc kiểu uint8, uint16 hay double. Ảnh biểu diễn theo kiểu này còn gọi là ảnh “truecolor”. Các file ảnh hiện nay thường sử dụng 8 bit cho một thành phần màu, nghĩa là mất 24 bit cho mỗi điểm ảnh (khoảng 16 triệu màu) 25/05/2014 Lập trình tính toán 8
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Ảnh RGB (RGB images) (tt.) RGB(143,219,1) = 0.8392 RGB(143,219,2) = 0.9373 RGB(143,219,3) = 1.0000 25/05/2014 Lập trình tính toán 9
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Chuyển đổi giữa các kiểu ảnh Tên hàm Cú pháp Mô tả Tạo ảnh nhị phân từ ảnh trắng dither(RGB,map) đen I hoặc tạo ảnh indexed từ dither dither(I) ảnh RGB và ma trận màu map bằng phương pháp dithering Chuyển ảnh nhị phân BW [X, map] = gray2ind(I,n) hoặc ảnh intensity I thành ảnh gray2ind [X, map] = gray2ind(BW,n) indexed thông qua ma trận tuyến tính gray(n) Chuyển ảnh trắng đen I thành ảnh indexed X bằng cách lấy X = grayslice(I,n) ngưỡng. Các giá trị ngưỡng grayslice X = grayslice(I,v) được xác định bởi vector v hoặc bởi n (khi đó các giá trị ngưỡng là 1/n, 2/n, …, (n-1)/n) 25/05/2014 Lập trình tính toán 10
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Chuyển đổi giữa các kiểu ảnh (tt.) Tên hàm Cú pháp Mô tả BW = im2bw(I,level) Chuyển ảnh trắng đen, ảnh indexed hoặc ảnh RGB thành im2bw BW = im2bw(X,map,level) ảnh nhị phân BW bằng cách BW = im2bw(RGB,level) lấy ngưỡng bởi level Chuyển ảnh indexed X với ma ind2gray I = ind2gray(X,map) trận màu map thành ảnh trắng đen I Chuyển ảnh indexed X với ma ind2rgb RGB = ind2rgb(X,map) trận màu map thành ảnh RGB 25/05/2014 Lập trình tính toán 11
5.2 Các kiểu hình ảnh trong Matlab (tt.) Chuyển đổi giữa các kiểu ảnh (tt.) Tên hàm Cú pháp Mô tả Tạo ảnh trắng đen từ ma trận mat2gray I = mat2gray(A,[amin amax]) A; amin, amax thuộc [0 (đen), 1 (trắng)]. Chuyển ảnh RGB thành ảnh rgb2gray I = rgb2gray(RGB) trắng đen I Chuyển ảnh RGB thành ảnh indexed [X, map]: [X, map] = rgb2ind(RGB,n) TH1: n
5.3 Đọc và ghi các dữ liệu ảnh Đọc dữ liệu ảnh Hàm imread đọc các file ảnh với bất kỳ các định dạng ảnh đã biết hiện nay và lưu lại dưới dạng một ma trận biểu diễn ảnh trong Matlab. Cú pháp: A = imread(filename,fmt) [X,map] = imread(filename,fmt) filename: chuỗi xác định tên file cần đọc cùng với đường dẫn (nếu file này không nằm trong thư mục hiện hành) fmt: chuỗi cho biết định dạng của ảnh, VD: ‘bmp’, ‘gif’, ‘jpg’,… 25/05/2014 Lập trình tính toán 13
5.3 Đọc và ghi các dữ liệu ảnh (tt.) Ghi dữ liệu ảnh Hàm imwrite lưu một ảnh biểu diễn bằng một ma trận trong Matlab thành một file ảnh dưới một trong các định dạng ảnh đã biết. Cú pháp: imwrite(A,filename,fmt) imwrite(X,map,filename,fmt) 25/05/2014 Lập trình tính toán 14
5.3 Đọc và ghi các dữ liệu ảnh (tt.) Xem thông số một file ảnh >> info = imfinfo(filename,fmt) Các thông tin của ảnh được lưu dưới dạng cấu trúc (struct) Các thuộc tính (field) có được khi gọi hàm imfinfo. Tên thuộc tính Mô tả Filename Chuỗi chứa tên file FileModDate Chuỗi cho biết ngày hiệu chỉnh file gần đây nhất FileSize Một số nguyên chỉ kích thước file (đơn vị byte) 25/05/2014 Lập trình tính toán 15
5.3 Đọc và ghi các dữ liệu ảnh (tt.) Xem thông số một file ảnh (tt.) Tên thuộc tính Mô tả Format Chuỗi cho biết định dạng của ảnh Chuỗi hoặc số cho biết tên phiên bản của định FormatVersion dạng Width Số nguyên chỉ chiều rộng ảnh (pixels) Height Số nguyên chỉ chiều cao ảnh (pixels) BitDepth Số nguyên cho biết số bits trên một pixel Chuỗi cho biết kiểu ảnh: ‘truecolor’, ‘grayscale’ ColorType hoặc ‘indexed’ 25/05/2014 Lập trình tính toán 16
5.4 Chuyển đổi giữa các kiểu dữ liệu Sử dụng các hàm chuyển kiểu cho các ma trận biểu diễn ảnh: im2double im2uint8 im2uint16 Lưu ý: - Khi chuyển từ kiểu dữ liệu nhiều bit sang kiểu dữ liệu ít bit hơn, một số thông tin chi tiết về bức ảnh ban đầu sẽ bị mất. - Không phải lúc nào cũng có thể chuyển kiểu dữ liệu đối với kiểu ảnh indexed. Để chuyển, phải dùng hàm imapprox để giảm số màu cần biểu diễn ảnh xuống. 25/05/2014 Lập trình tính toán 17
5.5 Các phép toán số học cơ bản trên ảnh Tên hàm Cú pháp Mô tả Trừ mỗi phần tử của y từ phần imabsdiff z = imabsdiff(x,y) tử tương ứng của x, sau đó trả về trị tuyệt đối của hiệu Cộng hai ảnh hoặc cộng một ảnh với một hằng số, imadd z = imadd(x,y,out_class) out_class là chuỗi xác định kiểu dữ liệu của tổng imcomplement im2 = imcomplement(im) Lấy bù của ảnh im Chia các phần tử của ảnh x cho phần tử tương ứng của y, Imdivide z = imdivide(x,y) các giá trị phân số được làm tròn. 25/05/2014 Lập trình tính toán 18
5.5 Các phép toán số học cơ bản (tt.) Tên hàm Cú pháp Mô tả z = imlincomb(k1,a1, Lấy tổ hợp tuyến tính của các imlincomb k2,a2, …, kn,an, ảnh: k,out_class) z=k1*a1+k2*a2+…+kn*an+k Nhân hai ảnh hoặc nhân một ảnh với một hằng số, nếu kết immultiply z = immultiply(x,y) quả bị tràn thì sẽ được giới hạn lại trong tầm cho phép Trừ hai ảnh hoặc trừ một ảnh với một hằng số, nếu kết quả imsubstract im2 = imsubstract(x,y) bị tràn thì sẽ được giới hạn lại trong tầm cho phép 25/05/2014 Lập trình tính toán 19
5.5 Các phép toán số học cơ bản (tt.) Ví dụ 1: Chồng lẫn hai ảnh trên một nền chung I = imread(‘rice.png’); % Đọc ảnh thứ nhất J = imread(‘cameraman.tif’); % Đọc ảnh thứ hai K = imadd(I,J); % Cộng hai ảnh imshow(I) % Hiển thị ảnh thứ nhất imshow(J) % Hiển thị ảnh thứ hai imshow(K) % Hiển thị ảnh tổng 25/05/2014 Lập trình tính toán 20