Chương 2: Cải thiện ảnh

Chia sẻ: Lê Sĩ Năm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

156
lượt xem 58
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cải thiện ảnh là quá trình xử lý để cải thiện thể hiện của ảnh đối với người xem, hoặc để cải thiện một hệ xử lý ảnh khác các phương pháp và mục tiêu thay đổi tùy theo ứng dụng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Cải thiện ảnh

Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh Ch¬ng 2 c¶i thiÖn ¶nh  Më ®Çu C¶i thiÖn ¶nh lµ qu¸ tr×nh xö lý ®Ó c¶i thiÖn thÓ hiÖn cña ¶nh ®èi víi cho ngêi xem, hoÆc ®Ó c¶i thiÖn mét hÖ xö lý ¶nh kh¸c c¸c ph¬ng ph¸p vµ môc tiªu thay ®æi tuú theo øng dông. Khi ¶nh ®îc c¶i thiÖn cho ngêi xem nh ë truyÒn h×nh, môc ®Ých lµ c¶i thiÖn sù c¶m thô: chÊt lîng ¶nh, ®é dÔ hiÓu hoÆc thÓ hiÖn ®èi víi thÞ gi¸c. Trong øng dông kh¸c nh dïng m¸y nhËn d¹ng ®èi tîng, ¶nh ®îc tiÒn xö lý ®Ó hç trî cho m¸y. V× môc tiªu c¶i thiÖn ¶nh phô thuéc vµo bèi c¶nh øn g dông, vµ tiªu chÝ c¶i thiÖn thêng lµ chñ quan hoÆc qu¸ phøc t¹p cho nªn khã ®æi ra thµnh nh÷ng phÐp ®o kh¸ch quan h÷u dông. Algorit c¶i thiÖn ¶nh v× vËy cã xu híng ®¬n gi¶n, ®Þnh lîng vµ kh«ng theo thÓ thøc (ad hoc). Ngoµi ra, trong mét øng dông ®· c ho th× algorit xö lý tèt cho lo¹i ¶nh nµy kh«ng nhÊt thiÕt còng tèt cho lo¹i ¶nh kh¸c. C¶i thiÖn ¶nh liªn quan mËt thiÕt tíi phôc håi ¶nh, ®iÒu ®ã sÏ ®îc th¶o luËn trong ch¬ng 3. Khi ¶nh bÞ xuèng cÊp, c¶i thiÖn ¶nh thêng ®em l¹i kÕt qu¶ lµ phôc håi ¶nh gèc. Tuy nhiªn vÉn cã mét vµi sù kh¸c nhau quan träng gi÷a phôc håi ¶nh vµ c¶i thiÖn ¶nh. Trong phôc håi ¶nh, khi mét ¶nh lý tëng bÞ xuèng cÊp th× môc tiªu lµ lµm cho ¶nh qua xö lý cµng gièng ¶nh gèc cµng tèt. Trong c¶i thiÖn ¶nh, môc tiªu lµ lµm cho ¶nh ®îc xö lý tèt h¬n ¶nh cha xö lý theo mét nghÜa nµo ®ã. Trong trêng hîp nµy, ¶nh lý tëng phô thuéc vµo bèi c¶nh cña vÊn ®Ò vµ thêng kh«ng ®îc ®Þnh nghÜa râ rµng. §Ó minh ho¹ sù kh¸c nhau nµy, lu ý r»ng ¶nh gèc kh«ng xuèng cÊp kh«ng cßn g× ®Ó phôc håi h¬n n÷a, nhng vÉn cã thÓ ®em c¶i thiÖn ®Ó t¨ng ®é nÐt b»ng c¸ch cho qua bé läc th«ng cao. Trong mét sè bèi c¶nh c¶i thiÖn ¶nh lµ ®iÒu mong muèn. Trong mét líp vÊn ®Ò quan träng, ¶nh ®îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch thay ®æi ®é t¬ng ph¶n hoÆc d¶i ®éng. Ch¼ng h¹n, mét ¶nh ®iÓn h×nh dÉu kh«ng xuèng cÊp còng sÏ cã thÓ hiÖn tèt h¬n khi c¸c ®êng 39
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh biªn ¶nh ®îc lµm s¾c nÐt h¬n. T¬ng tù, khi mét ¶nh cã d¶i ®éng lín ®îc ghi vµo trong mét m«i trêng víi d¶i ®éng hÑp nh phim hoÆc giÊy th× ®é t¬ng ph¶n vµ do ®ã c¶ c¸c chi tiÕt cña ¶nh sÏ bÞ gi¶m, ®Æc biÖt trong nh÷ng vïng rÊt tèi vµ rÊt s¸ng. ¶nh chôp tõ m¸y bay bÞ gi¶m ®é t¬ng ph¶n khi c¶nh bÞ m©y hoÆc s¬ng mï bao phñ. Khi ®ã, lµm t¨ng møc t¬ng ph¶n côc bé vµ lµm gi¶m d¶i ®éng toµn bé sÏ cã ý nghÜa ®¸ng kÓ vÒ c¶i thiÖn ¶nh. Mét vÊn ®Ò kh¸c trong c¶i thiÖn ¶nh, lµ ¶nh bÞ xuèng cÊp cã thÓ ®îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch lµm gi¶m sù xuèng cÊp. C¸c vi dô vÒ xuèng cÊp cña ¶nh lµ mê, nhiÔu nÒn ngÉu nhiªn lín, nhiÔu lèm ®èm vµ nhiÔu lîng tö.Trong lÜnh vùc nµy c¶i thiÖn trïng víi phôc håi ¶nh. Mét algorit ®¬n gi¶n vµ phi thÓ thøc (ad hoc), kh«ng khai th¸c c¸c ®Æc tÝnh cña tÝn hiÖu vµ sù xuèng cÊp, thêng ®îc coi lµ mét algorit c¶i thiÖn ¶nh. Mét cã algorit tÝnh to¸n häc cao h¬n vµ phøc t¹p h¬n, cã khai th¸c c¸c ®Æc tÝnh cña t Ýn hiÖu vµ sù xuèng cÊp, cã tiªu chÝ sai sè râ rµng ®Ó so s¸nh ¶nh ®îc xö lý víi ¶nh gèc cha xuèng cÊp, thêng ®îc coi lµ mét algorit phôc håi. Sù ph©n biÖt nµy kh¸ m¬ hå vµ tuú ý. Nhng cÇn ph¶i ®a ra mét sè quyÕt ®Þnh tuú ý ®Ó ph©n chia mét vµi ®Ò mô c gi÷a ch¬ng nµy víi ch¬ng sau (ch¬ng Phôc håi ¶nh). Ta biÕt r»ng ®êng biªn lµ mét ®èi tîng chøa rÊt nhiÒu th«ng tin quan träng, cã thÓ dïng trong nh÷ng øng dông lý gi¶i ¶nh. Bíc ®Çu tiªn trong øng dông ®ã lµ tiÒn xö lý mét ¶nh thµnh mét b¶n ®å ®ê ng biªn. V× sù ph¸t hiÖn ®êng biªn cña ¶nh chÝnh x¸c h¬n sÏ c¶i thiÖn chÊt lîng cña hÖ lý gi¶i ¶nh khai th¸c th«ng tin ®ã, cho nªn viÖc ®æi ¶nh thµnh b¶n ®å ®êng biªn cña nã cã thÓ xem nh mét qu¸ tr×nh c¶i thiÖn ¶nh. Mét líp quan träng kh¸c trong c¶i thiÖn ¶nh lµ hiÓn thÞ d÷ liÖu hai chiÒu (2 -D), d÷ liÖu nµy cã thÓ ®¹i biÓu cho cêng cêng ®é cña ¶nh, còng cã thÓ kh«ng. Mét ¶nh cã ®é ph©n gi¶i thÊp 128 x 128 pixel cã thÓ lµm võa ý thÞ gi¸c cña ngêi xem h¬n b»ng c¸ch ®em néi suy ®Ó t¹o ra ¶nh lín h¬n, vÝ dô 256 x 256 pixel.Trong phÐp íc lîng phæ 2-D, c¸c gi¸ trÞ íc lîng cña phæ thêng ®îc hiÓn thÞ thµnh b¶n ®å ®êng biªn. MÆc dï d÷ liÖu (2-D) nh vËy kh«ng ph¶i lµ ¶nh theo ®óng nghÜa thêng hiÓu, nhng vÉn cã thÓ biÓu diÔn chóng nh ¶nh. Cã thÓ hiÓn thÞ chóng nh ¶nh tr¾ng -®en, cã khi c¶i thiÖn thªm b»ng mÇu, cèt ®Ó cho thÓ hiÖn tèt h¬n vµ th«ng tin nã mang theo ®îc diÔn ®¹t râ rµng h¬n. Trong nh÷ng øng dông kh¸c, nh ¶nh radar hång ngo¹i, cã c¶ th«ng tin vÒ cù ly còng nh cêng ®é ¶nh. §em th Ó hiÖn th«ng tin vÒ cù ly b»ng mÇu cã thÓ nªu bËt cù ly t¬ng ®èi cña c¸c ®èi tîng trong ¶nh. ThËm chÝ chÊt lîng ¶nh tèt còng cã thÓ ®îc c¶i thiÖn b»ng c¸ch cè t×nh g©y mét sè mÐo d¹ng. Ch¼ng h¹n, khi mét 40
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh ®èi tîng trong ¶nh ®îc t« mµu gi¶ th× cã thÓ lµm næi bËt ®èi tîng ®èi víi ngêi xem. Trong ch¬ng nµy, ta nghiªn cøu c¸c ph¬ng ph¸p c¶i thiÖn ¶nh ®· th¶o luËn ë trªn: tiÕt 1 bµn vÒ thay ®æi ®é t¬ng ph¶n vµ d¶i ®éng, tiÕt 2 bµn vÒ lµm tr¬n nhiÔu, tiÕt 3 bµn vÒ ph¸t hiÖn ®êng biªn ¶nh. Trong tiÕt 4 th¶o luËn vÒ c¸c ph¬ng ph¸p néi suy ¶nh vµ sù íc lîng chuyÓn ®éng, cã thÓ sö dông cho néi suy ¶nh. TiÕt 5 bµn vÒ c¶i thiÖn ¶nh b»ng ph¬ng ph¸p gi¶ mÇu. 1. thay ®æi ®é t¬ng ph¶n vµ d¶i ®éng 1.1 thay ®æi møc X¸m Thay ®æi møc x¸m lµ ph¬ng ph¸p ®¬n g i¶n vµ cã hiÖu qu¶ ®Ó thay ®æi ®é t¬ng ph¶n hoÆc d¶i ®éng cña ¶nh. Trong ph¬ng ph¸p nµy, møc x¸m hoÆc møc cêng ®é cña ¶nh ®Çu vµo f(n 1,n2) ®îc thay ®æi theo mét phÐp biÕn ®æi x¸c ®Þnh. PhÐp biÕn ®æi g= T[f], lµ quan hÖ gi÷a cêng ®é ¶nh ®Çu vµo f víi cêng ®é ¶nh ®Çu ra g ®îc biÓu diÔn bëi mét h×nh vÏ hoÆc mét b¶ng. Ta h·y xem mét minh ho¹ ®¬n gi¶n cña ph¬ng ph¸p nµy. H×nh 2.1(a) lµ ¶nh 4 4 pixel víi mçi pixel ®îc biÓu diÔn b»ng 3 bit, vËy lµ cã 8 møc, gåm f = 0(møc tèi nhÊt),1,2,3.... 7(mø c s¸ng nhÊt). PhÐp biÕn ®æi liªn hÖ gi÷a cêng ®é ®Çu vµo víi cêng ®é ®Çu ra ®îc biÓu diÔn b»ng ®å thÞ hoÆc b¶ng sè nh trong H×nh 2.1(b). Víi mçi pixel trong ¶nh ®Çu vµo cã pixel t¬ng øng trong ¶nh ®Çu ra, nhËn ®îc tõ ®å thÞ hoÆc b¶ng sè trong H×nh 2.1(b). KÕt qu¶ ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.1(c). B»ng c¸ch chän phÐp biÕn ®æi phï hîp cã thÓ thay ®æi ®îc ®é t¬ng ph¶n hoÆc d¶i ®éng. PhÐp biÕn ®æi cô thÓ phô thuéc vµo øng dông. Trong mét sè øng dông, viÖc lùa chän phÐp biÕn ®æi c¨n cø vµo tÝnh chÊt v Ët lý. Ch¼ng h¹n khi bé hiÓn thÞ cã ®Æc tÝnh phi tuyÕn th× môc ®Ých cña biÕn ®æi lµ bï phi tuyÕn. Trong trêng hîp ®ã, phÐp biÕn ®æi phï hîp ®îc x¸c ®Þnh tõ ®Æc tÝnh phi tuyÕn cña bé hiÓn thÞ. 41
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh 3 3 4 4 2 3 4 5 2 3 4 5 2 3 4 5 (a) g 7 - 6 - Cêng ®é ®Çu ra 5 - 4 - 3 - 2 - f 1 - 0 1 2 3 4 5 6 7 Cêng ®é ®Çu vµo (b) 2 2 4 4 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 (c) H×nh 2.1: VÝ dô vÒ thay ®æi møc x¸m. (a) ¶nh 4  4 pixel, mçi pixel ®îc biÓu diÔn b»ng 3 bit; (b) Hµm biÕn ®æi møc x¸m; (c) KÕt qu¶ thay ®æi ¶nh trong h×nh (a) khi sö dông hµm biÕ n ®æi møc x¸m trong h×nh (b). 42
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh Trong nh÷ng øng dông thêng gÆp, cã thÓ nhËn ®îc phÐp biÕn ®æi tèt b»ng c¸ch tÝnh tæ chøc ®å (histogram) cña ¶nh ®Çu vµo vµ nghiªn cøu ®Æc tÝnh cña nã. Tæ chøc ®å cña ¶nh, ký hiÖu lµ p(f), ®¹i biÓu cho sè pixel cã mét cê ng ®é nhÊt ®Þnh f, lµ mét hµm cña f. Ch¼ng h¹n, ¶nh 4 4 pixel trªn H×nh 2.1(a) cã tæ chøc ®å lµ H×nh 2.2(a). Tæ chøc ®å hiÓn thÞ mét vµi ®Æc tÝnh quan träng cña ¶nh gióp ta x¸c ®Þnh ®îc phÐp biÕn ®æi møc x¸m mong muèn. Trªn H×nh 2.2(a) cêng ®é ¶nh ® îc tôm l¹i trong mét vïng nhá th× d¶i ®éng kh«ng ®îc sö dông tèt. Trong trêng hîp ®ã, dïng phÐp biÕn ®æi trong H×nh 2.1(b) sÏ lµm t¨ng d¶i ®éng toµn bé vµ ¶nh sau khi biÕn ®æi cã ®é t¬ng ph¶n cao h¬n. H×nh 2.2(b), lµ tæ chøc ®å cña ¶nh ®· xö lý ë H×nh 2.1(c), ®· chøng tá ®iÒu ®ã. p(g) p(f) 7 - 7 - 6 - 6 - 5 - 5 - 24 - 24 - 3 - 3 - 2 - 2 - 1 - f 1 - g 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Cêng ®é ®Çu vµo Cêng ®é ®Çu ra (a) (b) H×nh 2.2: Tæ chøc ®å cña ¶nh 4  4 pixel: (a) ¶nh trong H×nh 2.1(a); (b) ¶nh trong H×nh 2.1(c). 43
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh V× viÖc tÝnh tæ chøc ®å cña mét ¶nh vµ thay ®æi møc x¸m b» ng mét phÐp biÕn ®æi møc x¸m ®· cho kh«ng cÇn ph¶i tÝnh to¸n nhiÒu, cho nªn trong thùc tÕ phÐp biÕn ®æi møc x¸m mong muèn cã thÓ do mét kü thuËt viªn cã kinh nghiÖm x¸c ®Þnh trªn thêi gian thùc. Trªn c¬ së viÖc tÝnh to¸n tæ chøc ®å ban ®Çu, kü thuËt viªn chän phÐp biÕn ®æi møc x¸m ®Ó t¹o ra ¶nh ®îc xö lý. B»ng c¸ch nh×n vµo ¶nh ®îc xö lý vµ tæ chøc ®å cña ¶nh, kü thuËt viªn cã thÓ chän mét phÐp biÕn ®æi møc x¸m kh¸c vµ nhËn ®îc mét ¶nh ®· xö lý míi, cø thÕ tiÕp tôc cho ®Õn khi nhËn ®îc ¶nh ®Çu ra võa ý . Khi xÐt thÊy kü thuËt viªn ph¶i xö lý qu¸ nhiÒu ¶nh, th× cÇn tù ®éng ho¸ viÖc chän phÐp biÕn ®æi møc x¸m. Trong trêng hîp nµy ph¬ng ph¸p gäi lµ thay ®æi tæ chøc ®å rÊt cã lîi. Víi ph¬ng ph¸p nµy, ngêi ta chän phÐp biÕn ®æi møc x¸m cã tæ chøc ®å mong muèn cho tõng ¶nh mét. Tæ chøc ®å mong muèn cña ¶nh ®Çu ra, ký hiÖu lµ pd(g), cã Ých cho nh÷ng ¶nh thêng gÆp lo¹i ¶nh cã gi¸ trÞ cùc ®¹i ë vïng gi÷a d¶i ®éng vµ gi¶m chËm khi cêng ®é t¨ng hoÆc gi¶m. Víi mét ¶nh ®· cho, ta muèn x¸c ®Þnh hµm biÕn ®æi sao cho ¶nh ®Çu ra cã tæ chøc ®å gièng nh p d(g). VÊn ®Ò nµy cã thÓ xem nh mét bµi to¸n s¬ ®¼ng vÒ lý thuyÕt x¸c suÊt. Th«ng thêng tæ chøc ®å p(f ) vµ pd(g) theo thø tù cã thÓ coi nh hµm mËt ®é x¸c suÊt theo mét thang tû lÖ nµo ®ã cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn f vµ g. Ch¼ng h¹n p(3)/16 trong H×nh 2.2(a) lµ x¸c suÊt ®Ó mét pixel ®îc chän ngÉu nhiªn trong ¶nh 4 4 pixel ë H×nh 2.1(a) cã møc cêng ®é lµ 3. Ta muèn t×m mét biÕn ®æi g=T f víi ®iÒu kiÖn rµng buéc lµ T f ph¶i lµ mét hµm ®¬n ®iÖu kh«ng gi¶m cña f, sao cho p(g)  pd(g). Mét c¸ch tiÕp cËn ®Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n x¸c suÊt nµy lµ nhËn ®îc c¸c hµm ph©n bè x¸c suÊt P(f) vµ P d(g) b»ng c¸ch lÊy tÝch ph©n c¸c hµm mËt ®é x¸c suÊt p(f) vµ p d(g) vµ sau ®ã chän hµm biÕn ®æi sao cho P(f)  Pd(g) ë g = Tf. §Æt ®iÒu kiÖn rµng buéc T f ph¶i lµ mét hµm ®¬n ®iÖu kh«ng gi¶m lµ ®Ó ®¶m b¶o r»ng, mét pixel víi cêng ®é cao h¬n pixel kh¸c th× trong ¶nh ®Çu ra nã sÏ kh«ng trë thµnh mét pixel cã cêng ®é thÊp h¬n. 44
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh p(t) 10 - 8 - 6 - 4 - 2 - f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cêng ®é ®Çu vµo (a) pd(g) 10 - 8 - 6 - 4 - 2 - g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cêng ®é ®Çu ra (b) H×nh 2.3: Tæ chøc ®å vµ tæ chøc ®å tÝch lu ü. (a) Tæ chøc ®å ¶nh 8 x 8 pixel; (b) Tæ chøc ®å mong muèn; (c) Tæ chøc ®å tÝch luü suy diÔn tõ h×nh (a); (d) Tæ chøc ®å tÝch luü suy diÔn tõ h×nh (b). 45
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh P(f) (64) (64) (64) 64 - (63) 60 - (60) (61) 58 - (58) 56 - (56) 52 - (52) 48 - (48) 44 - (43) 40 - 36 - (37) 32 - 28 - (29) 24 - 20 - (20) 16 - 12 - (10) 8 - 4 -(4) f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 H×nh 2.3(c) Cêng ®é ®Çu vµo Pd(g) 64 - (64) 60 - (62) 58 - (59) 56 - (56) 52 - (52) 48 - (48) 44 - (43) 40 - (38) 36 - 32 - (32) 28 - (26) 24 - (21) 20 - 16 - (16) 12 - (12) 8 - (8) 4 - (5) g (2) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 H×nh 2.3(d) Cêng ®é ®Çu ra 46
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh g 15 - 14 - 13 - 12 - 11 - 10 - 9 - Cêng ®é ®Çu ra 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cêng ®é ®Çu vµo (a) p(g) 16 - 14 - 12 - 10 - 8 - 6 - 4 - 2 - g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Cêng ®é ®Çu ra (b) H×nh 2.4: (a) Hµm biÕn ®æi møc x¸m biÕn ®æi gÇn ®óng tæ chøc ®å trong H×nh 2.3(a) thµnh tæ chøc ®å mong muèn trong H×nh 2.3(b); (b) Tæ chøc ®å cña ¶nh biÕn ®æi møc x¸m nhËn ®îc b»ng c¸ch ¸p dông hµm biÕn ®æi trong h×nh (a) cho mét ¶nh cã tæ chøc ®å nh trªn H×nh 2.3(a). 47
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh ¸p dông c¸ch tiÕp cËn nµy cho bµi to¸n thay ®æi tæ chøc ®å bao gåm c¸c biÕn f vµ g rêi r¹c, tho¹t tiªn ta tÝnh c¸c tæ chøc ®å luü tÝch P(f) vµ P d(g) tõ p(f) vµ p d(g) b»ng: f P(f) =  p( k ) = P(f-1) + p(f) (2.1a) k o f P d(g) = p k o d ( k ) = Pd(g-1) +pd(g) (2.1b) H×nh 2.3 biÓu diÔn mét vÝ dô vÒ tæ chøc ®å luü tÝch. H×nh 2.3(a) vµ (b) cho vÝ dô cña p(f) vµ p d(g), H×nh 2.3(c) vµ (d) ch o P(f) vµ P d(g) nhËn ®îc b»ng c¸ch sö dông (2.1). Tõ P(f) vµ P d(g), cã thÓ nhËn ®îc hµm biÕn ®æi møc x¸m g = T f b»ng c¸ch chän g cho tõng gi¸ trÞ f sao cho P d(g)  P(f). Hµm biÕn ®æi møc x¸m nhËn ®îc tõ H×nh 2.3 ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.4(a), tæ chøc ®å cña ¶nh nhËn ®îc tõ phÐp biÕn ®æi ®ã ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.4(b). NÕu gi÷ nguyªn tæ chøc ®å mong muèn p d(g) phï hîp cho nhiÒu c¸c ¶nh ®Çu vµo kh¸c nhau th× chØ cÇn tõ p d(g) tÝnh ra P d(g) mét lÇn mµ th«i. Trong vÝ dô ta xÐt ë trªn, lu ý r»ng tæ chøc ®å cña ¶nh ®· xö lý kh«ng gièng tæ chøc ®å mong muèn. §ã lµ trêng hîp chung khi f vµ g lµ hai biÕn rêi r¹c vµ ta yªu cÇu tÊt c¶ c¸c pixel cã cêng ®é ®Çu vµo nh nhau ®îc ¸nh x¹ vµo mét cêng ®é ®Çu ra nh nhau. Còng lu ý r»ng tæ chøc ®å lu ü tÝch mong muèn P d(g) gÇn nh mét ®êng th¼ng. Mét phÐp thay ®æi tæ chøc ®å ®Æc biÖt ®îc gäi lµ san b»ng (equalisation) tæ chøc ®å, tæ chøc ®å nhËn ®îc lµ mét h»ng sè. Khi ®ã tæ chøc ®å luü tÝch sÏ lµ mét ®êng th¼ng. ¶nh xö lý b»ng qu©n b»ng tæ chøc ® å cã ®é t¬ng ph¶n cao h¬n ¶nh cha xö lý, nhng tr«ng cã vÎ kh«ng tù nhiªn. Tuy phÐp thay ®æi møc x¸m vÒ kh¸i niÖm còng nh vÒ tÝnh to ¸n lµ ®¬n gi¶n nhÊt, nã vÉn ®em l¹i cho ngêi xem kÕt qu¶ kh¶ quan trong c¶i thiÖn chÊt lîng ¶nh hoÆc ®é dÔ hiÓu, nhê ®ã thêng ®îc sö dông nhiÒu trong c¸c øng dông xö lý ¶nh. §iÒu nµy ®îc minh ho¹ b»ng hai vÝ dô. H×nh 2.5(a) biÓu diÔn mét ¶nh gèc 512 512 pixel, víi mçi pixel ®îc biÓu diÔn b»ng 8 bÝt. H×nh 2.5(b) biÓu thÞ tæ chøc ®å cña ¶nh trong H×nh 2.5(a). Tæ chøc ®å cho thÊy râ lµ mét sè lîng lín c¸c pixel ¶nh ®îc tËp trung ë nh÷ng møc cêng ®é thÊp trong d¶i ®éng, nghÜa lµ trong nh÷ng vïng tèi ¶nh sÏ thÓ hiÖn rÊt tèi vµ suy gi¶m ®é t¬ng ph¶n. B»ng c¸ch t¨ng ®é t¬ng ph¶n trong vïng tèi th× cã thÓ lµm cho c¸c chi tiÕt cña ¶nh râ h¬n. §iÒu nµy ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông hµm biÕn ®æi biÓu diÔn trªn H×nh 2.5(c). ¶nh ®îc xö lý b»ng hµm trong H×nh 2.5(c) 48
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.5(d), tæ chøc ®å cña nã nh trªn H×nh 2.5(e). Mét vÝ dô kh¸c ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.6. Trªn H×nh 2.6(a) lµ ¶nh gèc cßn trªn H×nh 2.6(b) lµ ¶nh ®· ®îc xö lý ®é t¬ng ph¶n. H×nh 2.5: VÝ dô vÒ thay ®æi møc x¸m. (a) ¶nh gèc 256 x 256 pixels; (b) Tæ chøc ®å cña ¶nh trong h×nh (a); (c) Hµm biÕn ®æi ®îc sö dông trong sù biÕn ®æi møc x¸m; (d) ¶nh ®· xö lý; (e) Tæ chøc ®å cña ¶nh ®· xö lý trong h×nh (d). H×nh 2.6: VÝ dô vÒ thay ®æi møc x¸m. (a) ¶nh gèc 512 x 512 pixels; (b) ¶nh ®· xö lý. 49
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh Ph¬ng ph¸p thay ®æi tæ chøc ®å ®îc th¶o luËn ë trªn còng cã thÓ ®îc ¸p dông vµo ¶nh mÇu. §Ó c¶i thiÖn ¶nh ®é t¬ng ph¶n mµ chØ ¶nh hëng nhá tíi mµu s¾c hoÆc ®é b·o hoµ, ta cã thÓ biÕn ®æi ¶nh RGB f R(n1,n2), fG(n1,n2) vµ fB(n1,n) thµnh ¶nh YIQ fY(n1,n2), fI(n1,n2) vµ fQ(n1,n2) b»ng c¸ch sö dông biÕn ®æi trong c«ng thøc (2.8). Sù thay ®æi møc x¸m chØ ¸p dông víi ¶nh Y f Y(n1,n2), sau ®ã ®em kÕt qu¶ tæ hîp l¹i víi fI(n1,n2) vµ fQ(n1,n2) kh«ng xö lý. L¹i dïng biÕn ®æi (2.8), nhËn ®îc ¶nh ®· xö lý RGB gR(n1,n2), gG(n1,n2) vµ g B(n1,n2). Trªn H×nh 2.7(a) lµ ¶nh gèc 512x512 pixel vµ trªn H×nh 2.7(b) lµ ¶nh ®· ®îc xö lý b»ng biÕn ®æi møc x¸m. 1.2. Bé LäC TH¤NG CAO Vµ MÆT N¹ mê Bé läc th«ng cao lµm næi bËt c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao cña tÝn hiÖu ®ång thêi lµm gi¶m thµnh phÇn tÇn sè thÊp. V× c¸c ®êng biªn hoÆc chi tiÕt tinh vi trªn ¶ nh gãp phÇn chñ yÕu trong viÖc t¹o ra c¸c thµnh phÇn sè cao cña ¶nh, nªn bé läc th«ng cao thêng lµm t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ lµm cho ¶nh s¾c nÐt. MÆt n¹ mê ®îc c¸c nghÖ sÜ nhiÕp ¶nh biÕt ®Õn tõ l©u, cã liªn quan chÆt chÏ víi bé läc th«ng cao. Khi ¸p dông mÆt n¹ mê, ¶nh gèc bÞ lµm mê sau ®ã lÊy mét phÇn cña ¶nh mê che lÊp ¶nh nguån. §iÒu ®ã ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®em b¶n ©m cña ¶nh mê céng víi ¶nh gèc. ¶nh ®· xö lý bëi mÆt n¹ mê cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng. g ( n1 , n 2 )  af n1 , n 2   bf L n1 , n 2  (2.2) trong ®ã f(n 1,n2) lµ ¶nh gèc, f L(n1,n2) lµ ¶nh ®· qua bé läc th«ng thÊp hoÆc ¶nh mê, a vµ b lµ c¸c ®¹i lîng v« híng víi a > b > 0, g(n 1,n2) lµ ¶nh ®· xö lý. §em viÕt l¹i f(n 1,n2) nh lµ tæng cña ¶nh f L(n1,n2) ®· qua bé läc th«ng thÊp vµ ¶nh ®· qua bé läc th«ng cao fH(n1,n2), ta cã thÓ viÕt (2.2) lµ. g(n 1,n2) = (a-b)fL(n1,n2) + a fH(n1,n2) (2.3) 50
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh tõ (2.3) thÊy râ lµ c¸c thµnh p hÇn tÇn sè cao ®îc lµm næi bËt so víi thµnh phÇn tÇn sè thÊp vµ mÆt n¹ mê lµ mét d¹ng cña bé läc th«ng cao. Mét vµi vÝ dô ®iÓn h×nh vÒ ®¸p øng tÇn sè cña bé läc th«ng cao sö dông ®Ó c¶i thiªn ®é t¬ng ph¶n ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.8. Mét ®Æ c tÝnh chung cña tÊt c¶ bé läc ë H×nh 2.8 lµ tæng biªn ®é cña mçi ®¸p øng xung lµ b»ng 1 v× vËy ®¸p øng tÇn sè cña bé läc H(1,2) = 1 khi 1 = 2 = 0 vµ cho thµnh phÇn mét chiÒu ®i qua trän vÑn. §Æc tÝnh nµy cã hiÖu qu¶ lµ b¶o tån cêng ®é trung b×nh cñ a ¶nh gèc trong ¶nh ®· xö lý. Chó ý r»ng ®Æc tÝnh nµy b¶n th©n kh«ng thÓ ®¶m b¶o cêng ®é ¶nh xö lý n»m trong kho¶ng 0 , 255. NÕu c¸c gi¸ trÞ cêng ®é cña mét vµi pixel trong ¶nh ®· xö lý n»m ra ngoµi ph¹m vi nµy chóng cã thÓ bÞ ghim gi¸ trÞ tõ 0 tí i 255 hoÆc ®Æt l¹i thang ®é ¶nh ®Ó cêng ®é cña tÊt c¶ c¸c pixel thuéc ¶nh ®· xö lý ®Òu n»m trong ph¹m vi tõ 0 tíi 255. 0 1 0 1 2 1 1 2 1 1 5 1 2 2 1 5 .  2 19  2 7 0 1 0 1 2 1 1 2 1 n2 n2 n2 (-1) (1) (-2) (1)             1 2 1  7   7   7  n1 n1 n1                2     2 19  7  7   7 (-1) (1) (-2) (1)             1 2 1  7   7   7  (a) (b) (c) H×nh 2.8: §¸p øng xung cña c¸c bé läc th«ng cao dïng cho c¶i thiÖn ¶nh. 51
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh H×nh 2.9 minh ho¹ tÝnh n¨ng bé läc th«ng cao, H×nh 2.9(a) lµ ¶nh gèc 256  256 pixel vµ H×nh 2.9(b) l µ kÕt qu¶ sö dông bé läc th«ng cao trong H×nh 2.9(a). MÆc dï ¶nh gèc kh«ng bÞ xuèng cÊp, bé läc th«ng cao lµm t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé nhê ®ã ¶nh thÓ hiÖn s¾c nÐt h¬n. Tuy vËy, v× bé läc th«ng cao lµm næi bËt c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao, mµ t¹p ©m nÒn th êng cã thµnh phÇn tÇn cao ®¸ng kÓ cho nªn läc th«ng cao lµm t¨ng c«ng suÊt nhiÔu nÒn. So s¸nh vïng nÒn H×nh 2.9(a) vµ H×nh 2.9(b) thÊy r»ng ¶nh qua bé läc th«ng cao nhiÒu nhiÔu h¬n ¶nh cha qua xö lý. Sù næi bËt nhiÔu nÒn lµ mét h¹n chÕ ®èi víi bÊt kú algo rit nµo cã t¸c dông lµm t¨ng ®é t¬ng ph¶n t¹i chç vµ lµm cho ¶nh s¾c nÐt. H×nh 2.9: VÝ dô vÒ läc th«ng cao. (a) (b) (a) ¶nh gèc 256 x 256 pixel; (b) ¶nh ®· qua bé läc th«ng cao. 1.3. Xö Lý §ång cÊu Khi ®em ¶nh víi mét d¶i ®éng lín, ch¼ng h¹n phong c¶nh tù nhiªn vµo mét ngµy trêi n¾ng, ghi trªn mét m«i trêng víi d¶i ®éng nhá nh phim hoÆc giÊy, ®é t¬ng ph¶n thêng bÞ gi¶m, ®Æc biÖt trong nh÷ng vïng rÊt tèi hoÆc r Êt s¸ng. Mét c¸ch tiÕp cËn ®Ó c¶i thiÖn ¶nh lµ lµm gi¶m d¶i ®éng vµ t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé tríc khi ®em ghi trªn mét m«i trêng víi d¶i ®éng nhá. Cã mét ph¬ng ph¸p ®· ®îc triÓn khai ®Ó lµm gi¶m d¶i ®éng vµ t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé dùa trªn viÖ c ¸p dông mét hÖ ®ång cÊu b»ng phÐp nh©n víi mét m« h×nh t¹o ¶nh. ¶nh thêng ®îc h×nh thµnh bëi sù ghi ¸nh s¸ng ph¶n x¹ tõ mét ®èi tîng ®îc mét nguån quang chiÕu s¸ng. Dùa trªn sù quan s¸t nµy, m« h×nh to¸n cña ¶nh lµ f(n 1,n2) = i(n1,n2)r(n1,n2) (2.4) 52
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh trong ®ã i(n 1,n2) lµ ®¹i biÓu cho sù chiÕu s¸ng vµ r(n 1,n2) ®ai biÓu cho sù ph¶n x¹. §Ó øng dông hÖ ®ång cÊu cho c¶i thiÖn ¶nh, gi¶ thiÕt r»ng thµnh phÇn chiÕu s¸ng i(n 1,n2) lµ nh©n tè chñ yÕu ¶nh hëng tíi d¶i ®éng cña ¶nh, biÕn thiªn c hËm, cßn thµnh phÇn ph¶n x¹ r(n 1,n2) lµ nh©n tè chñ yÕu ¶nh hëng tíi ®é t¬ng ph¶n côc bé cña ®èi tîng l¹i biÕn thiªn nhanh. §Ó gi¶m d¶i ®éng vµ t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé th× ph¶i gi¶m i(n1,n2) vµ t¨ng r(n 1,n2). §Ó t¸ch i(n 1,n2) ra khái r(n 1,n2) trong (2.4), ta lÊy logarit c¶ hai vÕ cña (2.4): log f(n 1,n2) = log i(n 1,n2) + log r(n 1,n2) (2.5) NÕu gi¶ thiÕt r»ng log i(n 1,n2) vÉn thay ®æi chËm vµ log r(n 1,n2) vÉn thay ®æi nhanh, th× läc th«ng thÊp log f(n 1,n2) sÏ nhËn ®îc log i(n 1,n2), cßn läc th«ng cao log f(n 1,n2) sÏ nhËn ®îc log r(n 1,n2). Khi ®· t¸ch riªng ®îc log i(n 1,n2) vµ log r(n 1,n2) th× cho suy gi¶m log i(n 1,n2) sÏ gi¶m ®îc d¶i ®éng, cßn t¨ng log r(n 1,n2) sÏ lµm t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé. Sau ®ã ®em log i(n 1,n2) vµ log r(n 1,n2) ®· qua xö lý tæ hîp l¹i vµ ®em mò ho¸ (exponentiate) kÕt qu¶ th× sÏ trë l¹i miÒn cêng ®é ¶nh. §iÒu nµy ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.10(a). HÖ ë trong H×nh 2.10(a) cã thÓ ®¬n gi¶n ho¸ b»ng c¸ch thay hÖ bªn trong ®êng vÏ chÊm b»ng bé läc th«ng cao t¬ng øng. S¬ ®å hÖ ®· ®¬n gi¶n ho¸ nh trong H×nh 2.10(b). Mét vi dô minh ho¹ tÝnh n¨ng cña hÖ nµy ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.11. H×nh 2.11(a) lµ ¶nh gèc 256 256 pixel, H×nh 2.11(b) lµ ¶nh ®· xö lý b»ng hÖ thèng trªn H×nh 2.10(b). Mét hÖ nh trªn H×nh 2.10, thùc hiÖn lÊy logarit råi ®Õn mét thuËt to¸n tuyÕn tÝnh, cuèi cïng mò ho¸ ®îc gäi lµ mét hÖ ®ång cÊu víi phÐp nh©n. §ã lµ nguån gèc cña c¸c thuËt ng÷ xö lý ®ång cÊu (homomorphic processing) vµ läc ®ång c Êu (homomorphic filtering). Tãm l¹i algorit cña bé läc ®ång cÊu lµ tríc hÕt lÊy logarithmic hai vÕ (2.4) sau ®ã läc tuyÕn tÝnh l¹i chuyÓn vÒ ¶nh cò b»ng phÐp mò ho¸. 53
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh 1 Bé läc f(n1,n2) th«ng thÊp Log i(n1,n2) p(n1,n2) log exp Log r(n1,n2) Bé läc th«ng cao 1 (a) H(1,2) f n1 , n 2  log  ____ exp pn1 , n 2    12   22 (b) H×nh 2.10: HÖ thèng ®ång cÊu dïng cho c¶i thiÖn ¶nh. (a) HÖ thèng ®ång cÊu dïng cho c¶i thiÖn ®é t¬ng ph¶n vµ thay ®æi d¶i ®éng; (b) HÖ thèng trong h×nh (a) sau khi ®· ®¬n gi¶n ho¸. (a) (b) H×nh 2.11: VÝ dô vÒ xö lý ®ång cÊu cho c¶i thiÖn ¶nh. (a) ¶nh gèc 256 256 pixel; (b) ¶nh ®· xö lý b»ng hÖ thèng ®ång cÊu cho phÐp nh©n. 54
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh MÆc dï hÖ trªn H×nh 2.10 ®· ®îc ph¸t triÓn tõ mét m« h×nh (model) h×nh thµnh ¶nh vµ mét hÖ ®ång cÊu, vÉn cã thÓ coi nã ®¬n gi¶n lµ mét bé läc th«ng cao t rong miÒn log cêng ®é. TÝnh n¨ng läc th«ng cao trong miÒn log cêng ®é phï hîp víi tÝnh n¨ng hÖ thÞ gi¸c con ngêi, ®· ®îc th¶o luËn trong tiÕt 1.2.2, ë møc ngo¹i vi cña hÖ thÞ gi¸c con ngêi cêng ®é ¶nh bÞ biÕn ®æi bëi mét d¹ng phi tuyÕn gièng nh mé t to¸n tö l«garit. Nh vËy, víi hÖ thÞ gi¸c con ngêi miÒn log cêng ®é quan träng h¬n miÒn cêng ®é. 1.4. phÐp thay ®æi thÝch nghi ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé Trong mét vµi øng dông, muèn thay ®æi ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé khi ®Æc tÝnh côc bé cña ¶nh thay ®æi. Trong nh÷ng øng dông nh vËy dïng phÐp xö lý ¶nh thÝch nghi lµ hîp lý. f L n 1 , n 2   bé läc f L n1 , n 2  phi tuyÕn th«ng thÊp f n1 , n 2  + pn1 , n 2  k(fL) + - +  f H n1 , n 2  f H n1 , n 2  H×nh 2.12: HÖ thèng ®Ó thay ®æi ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung vÞ ®é chãi côc bé nh lµ mét hµm cña gi¸ trÞ trung vÞ ®é chãi. Mét øng dông c¶i thiÖn ¶nh lµ thay ®æi thÝch nghi ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé cña ¶nh chôp tõ m¸y bay qua nh÷ng ®é dÇy thay ®æi cña líp m©y bao phñ. Theo mét m« h×nh ®¬n gi¶n cña ¶nh bÞ xuèng cÊp do líp m©y bao phñ, vïng ¶nh ë khu vùc bÞ m©y che t¨ng gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé v× chÞu ¶nh hëng cña ¸nh s¸ng mÆt trêi ph¶n x¹ tõ líp m©y vµ gi¶m ®é t¬ng ph¶n côc bé do tÝn 55
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh hiÖu tõ mÆt ®Êt bÞ suy hao khi ®i qua líp m©y. Mét c¸ch tiÕp cËn ®Ó c¶i thiÖn ¶nh lµ lµm t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¶m gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé bÊt cø lóc nµo ph¸t hiÖn thÊy m©y bao phñ. Mét c¸ch ®Ó ph¸t hiÖn líp m©y bao phñ lµ ®o gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé. Khi gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé ë møc cao th× cã thÓ lµ cã m©y bao phñ. (a) (b) k(fL) k(fL) Gi¸ trÞ trung b×nh ®é 10 - 240 - chãi ®Çu ra 8 - 200 - 6 - 160 - 120 - 4 - 80 - 2 - fL -- 40 - fL 0 40 80 120 160 200 240 0 40 80 120 160 200 240 Gi¸ trÞ trung b×nh Gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi ®Çu vµo ®é chãi ®Çu vµo (c) (d) H×nh 2.13: VÝ dô vÒ c¶i thiÖn ¶nh b»ng phÐp läc thÝch nghi. (a) ¶nh gèc 256 x 256 pixel chôp tõ m¸y bay qua mét líp m©y cã ®é dµy thay ® æi; (b) KÕt qu¶ xö lý ¶nh trong h×nh (a) b»ng hÖ xö lý trªn H×nh 2.12; (c) Hµm k(f L) sö dông trong viÖc xö lý; (d) §é phi tuyÕn sö dông trong viÖc xö lý. 56
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh Mét hÖ ®Ó lµm gi¶m ¶nh hëng cña líp m©y bao phñ ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.12. HÖ nµy lµm thay ®æi ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé. Trong h×nh, f(n1,n2) lµ ¶nh gèc, d·y f L(n1,n2) lµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé cña f(n1,n2) ®¹t ®îc b»ng c¸ch cho ®i qua bé läc th«ng thÊp, d·y f H(n1,n2) lµ ®é t¬ng ph¶n côc bé ®¹t ®îc b»ng c¸ch lÊy f H(n1,n2) = f(n1,n2) - fL(n1,n2). §é t¬ng ph¶n côc bé ®îc thay ®æi b»ng c¸ch nh©n f H(n1,n2) víi k(f L), - mét ®¹i lîng v« híng hµm cña fL(n1,n2). §é t¬ng ph¶n ®· thay ®æi ®îc ký hiÖu lµ f’ H(n1,n2). NÕu k(f L) > 1 th× ®é t¬ng ph¶n côc bé t¨ng, ngîc l¹i ®é t¬ng ph¶n côc bé gi¶m. Gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi t¹i chç ®îc biÕn ®æi bëi mét ®iÓm phi tuyÕn vµ ®é chãi trung b×nh t¹i chç ®· thay ®æi ®îc ký hiÖu lµ f’ L(n1,n2). §é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé sau khi thay ®æi ®îc tæ hîp l¹i thµnh ¶nh ®îc xö lý lµ p (n1,n2). §Ó t¨ng ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ gi¶m gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé khi gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé cao, ta chän k(f L) lín cho gi¸ trÞ f L lín vµ chän thuËt to¸n phi tuyÕn, cã xÐt ®Õn sù thay ®æi gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé vµ sù t¨ng ®é t¬ng ph¶n. H×nh 2.13 cho thÊy kÕt qu¶ øng dông hÖ trong H×nh 2.12 ®Ó c¶i thiÖn ¶nh chôp tõ m¸y bay qua sù thay ®æi cña lîng m©y bao phñ. H×nh 2.13(a) lµ ¶nh gèc 256 256 pixel, H×nh 2.13(b) l µ ¶nh ®· xö lý. Hµm k(f L) vµ thuËt to¸n phi tuyÕn ®· sö dông ®îc biÓu diÔn trªn H×nh 2.13(c) vµ 1.13(d). HÖ trong H×nh 2.12 cã thÓ ®îc xem nh mét trêng hîp ®Æc biÖt cña xö lý hai kªnh. ¶nh xö lý ®îc chia lµm hai thµnh phÇn, ®é t¬ng ph¶n côc bé vµ g i¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé, hai thµnh phÇn nµy ®îc thay ®æi riªng rÏ, sau ®ã tæ hîp kÕt qu¶ l¹i. Trong hÖ ë H×nh 2.12 gi¸ trÞ trung b×nh ®é chãi côc bé ®îc thay ®æi bëi thuËt to¸n phi tuyÕn vµ ®é t¬ng ph¶n côc bé ®îc thay ®æi bëi hÖ sè nh©n k(f L). Trong ch¬ng 4 vµ 5 sau nµy, ta sÏ thÊy phÐp xö lý hai kªnh còng tá ra rÊt hiÖu qu¶ trong phôc håi vµ m· ho¸ ¶nh. Kh¸i niÖm thÝch nghi mét hÖ c¶i thiÖn ¶nh ®Ó lµm thay ®æi c¸c ®Æc tÝnh côc bé, nãi chung lµ mét ý tëng rÊt hay, cã thÓ ®em ¸p dông cho n h÷ng bèi c¶nh kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n phÐp biÕn ®æi møc x¸m hay läc th«ng cao ®· th¶o luËn ë tiÕt trªn, cã thÓ thay ®æi cho thÝch nghi víi sù biÕn thiªn c¸c ®Æc tÝnh côc bé. MÆc dï hÖ thÝch nghi thêng yªu cÇu tÝnh to¸n nhiÒu h¬n hÖ kh«ng thÝch nghi, nãi chun g tÝnh n¨ng hÖ thÝch nghi ®îc ®¸nh gi¸ lµ tèt h¬n. Khi ph¶i gi¶i quyÕt bµi to¸n xö lý ¶nh víi yªu cÇu chÊt lîng cao, nªn nghÜ ®Õn c¸c hÖ thÝch nghi. HÖ thÝch nghi còng rÊt hiÖu qu¶ trong phôc håi còng nh m· ho¸ ¶nh. 57
Ch¬ng 2: c¶I thiÖn ¶nh 2. lµm tr¬n nhiÔu Ngoµi c¸c biÖn ph¸p c¶i thiÖn ¶nh b»ng thay ®æi ®é t¬ng ph¶n vµ d¶i ®éng cßn cã thÓ c¶i thiÖn ¶nh b»ng c¸c biÖn ph¸p lµm gi¶m nh÷ng sù xuèng cÊp cã thÓ xÈy ra. C¶i thiÖn ¶nh trong lÜnh vùc nµy trïng víi phôc håi ¶nh. Trong tiÕt nay, ta th¶o luËn algorit ®¬n gi¶n lµm gi¶m nhiÔu ngÉu nhiªn hay nhiÔu muèi -tiªu. Algorit nµy yªu cÇu tÝnh to¸n nhiÒu vµ phøc t¹p h¬n. 2.1. bé läc th«ng thÊp N¨ng lîng cña mét ¶nh ®iÓn h×nh tËp trung chñ yÕu ë c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp. §ã lµ do ®é t¬ng quan lín vÒ kh«ng gian gi÷a c¸c pixel l©n cËn. N¨ng lîng cña nh÷ng nguån lµm cho ¶nh xuèng cÊp nh nhiÔu ngÉu nhiªn d¶i réng thêng tr¶i réng ra trong miÒn tÇn sè. B»ng c¸ch lµm gi¶m c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao trong khi gi÷ nguyªn c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp, bé läc th«ng thÊp gi¶m nhiÔu rÊt nhiÒu mµ chØ lµm gi¶m tÝn hiÖu chót Ýt. Bé läc th«ng thÊp còng cã thÓ sö dông cïng víi bé läc th«ng cao trong xö lý ¶nh tríc khi bÞ nhiÔu lµm xuèng cÊp. Trong m· ho¸ ¶nh, ta cã ¶nh gèc kh«ng bÞ xuèng cÊp ®Ó xö lý tríc khi nã bÞ nhiÔu lµm xuèng cÊp , - vÝ dô nh nhiÔu lîng tö. Trong nh÷ng øng dông nh vËy, ¶nh cha bÞ xuèng cÊp cã thÓ ®i qua bé läc th«ng cao tríc khi nã xuèng cÊp, råi sau khi xuèng cÊp l¹i cho qua bé läc th«ng thÊp. KÕt qu¶ lµ ¶nh c¶i thiÖn ®îc ®é dÔ hiÓu. Ch¼ng h¹n, khi xuèng cÊp do nhi Ôu ngÉu nhiªn b¨ng réng, trong ¶nh bÞ xuèng cÊp SNR (tû sè tÝn trªn t¹p) hiÖu dông ë c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao thÊp h¬n ë c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp, nhê ®¨c tÝnh th«ng thÊp cña ¶nh. Cho ¶nh qua bé läc th«ng cao tríc khi xuèng cÊp thêng c¶i thiÖn ®îc SN R ë c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao, mÆc dÇu ph¶i chÞu hy sinh chót Ýt ë c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp. H×nh 2.14 cho nh÷ng vÝ dô minh ho¹ ®¸p øng xung cña bé läc th«ng thÊp thêng dïng cho c¶i thiÖn ¶nh. §Ó minh ho¹ cho tÝnh n¨ng bé läc th«ng thÊp dïng cho c¶i thiÖn ¶nh, ®a ra hai vÝ dô. H×nh 2.15(a) biÓu diÔn ¶nh gèc 256 256 pixel kh«ng cã nhiÔu (noise-free) vµ H×nh 2.15(b) biÓu diÔn ¶nh ®· bÞ xuèng cÊp bëi nhiÔu ngÉu nhiªn Gauss b¨ng réng víi SNR b»ng 15 dB. SNR ®îc ®Þnh nghÜa b»ng 10log 10(ph¬ng sai ¶nh/ph¬ng sai nhiÔu). H×nh 2.15(c) biÓu diÔn kÕt qu¶ läc th«ng thÊp ¶nh bÞ xuèng cÊp. Bé läc th«ng thÊp ®îc sö dông biÓu diÔn trªn H×nh 2.14(c). H×nh 2.15 cho thÊy râ rµng lµ sù läc th«ng thÊp lµm gi¶m nhiÔu céng, nhng ®ång thêi còng lµm mê ¶nh. 58