Giáo trình xử lý ảnh y tế Tập 2 P16

Chia sẻ: Cinny Cinny | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những khái niệm trên có thể được thực hiện trong phần mềm tương tự với việc thực hiện lọc FIR. Bộ đệm chuyển đổi ảnh kích thước N độ rộng của ảnh) được tận dụng, ở đó N = 2 cho toán tử nội suy vuông, N = 3 cho toán tử nội suy tam giác, v.v...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình xử lý ảnh y tế Tập 2 P16

(10.39) F(u,v)  G(u,v)R(u,v) ở đ ây R(u,v) được cho bởi H * ( u , v ) f ( u ,v ) (10.40) R( u ,v )  2 H ( u ,v )  f ( u , v )   n ( u ,v ) trong đó f(u,v) là m ật độ năng lượng quang phổ của ảnh nguyên mẫu và n(u,v) là mật độ năng lượng quang phổ của nhiễu. Mật độ năng lượng quang phổ hay năng lượng quang phổ là biến đổi Fourier của tín hiệu tự tương quan. Ta có thể viết 2  f ( u ,v )  F ( u ,v ) 2  n ( u ,v )  N ( u ,v ) Mật độ năng lượng quang phổ của ảnh mờ có thể được biểu diễn như sau 2 (10.41)  g ( u ,v )  H ( u ,v )  f ( u , v )   n ( u , v ) Vì thế công thức (10.40) có thể viết: H * ( u ,v ) f ( u , v ) (10.42) R( u ,v )   g ( u ,v ) Công thức (10.42) và (10.39) có th ể được tận dụng để lưu trữ ảnh mờ. Bài tập 10.4 1 . Tính và vẽ sơ đồ log của biên độ tự tương quan của hai ảnh: "PARTY.IMG" và "YOSSRA.IMG". 2 . Tìm ảnh nguyên mẫu mà log biên độ tự tương quan phân phối xấp xỉ tương tự như ảnh mờ. 3 . Dùng một ảnh nguyên mẫu ước lượng OTF, và thực hiện việc lưu trữ qua lọc Wiener. 223
CHƯƠNG 11 XỬ LÝ ẢNH M ÀU 11.1 Chỉ dẫn Cần nhấn mạnh rằng trong các chương trước chúng ta xử lý trực tiếp ảnh đen trắng (ảnh có mức xám). Bây giờ chúng ta sẽ quan tâm đến xử lý các ảnh màu. Bây giờ, chúng ta sẽ bắt đầu xem xét các cơ sở của màu sắc, sau đó chúng ta đề cập đến các kỹ thuật áp dụng trong xử lý ảnh màu. Chúng tôi sẽ đề cập đến bộ lọc 2-D cho ảnh màu, và trình bày trình tự xử lý ảnh m àu dựa trên trình tự xử lý ảnh đen trắng. Chúng tôi cũng sẽ phát triển một kỹ thuật lọc ảnh màu có lựa chọn. Điều này cho phép chúng ta điều chỉnh được một sắc màu riêng biệt (tint), ví dụ như tăng sắc màu này lên mà không làm thay đổi các sắc màu còn lại trên ảnh. 11.2 Cơ sở của màu sắc Ánh sáng là một dạng của năng lượng sóng điện từ có bước sóng vào khoảng từ 400 m  (millimicron) cho ánh sáng tím và vào kho ảng 700 m  cho ánh sáng đỏ (hình 11.1). Tất cả các bước sóng n ày được cảm nhận bởi mắt người như là một sắc màu. Tất cả các sắc m àu này nằm trong ánh sáng trắng của mặt trời, với năng lượng nằm trong khoảng từ hồng ngoại đến cực tím. Màu sắc của một vật thể là một hàm của các bước sóng không bị hấp thụ phản chiếu từ vật th ể. Đó là lý do tại sao m à một vật thể có các màu sắc khác nhau phụ thuộc vào ánh sáng mà nó được quan sát. Một vật thể khi quan sát dư ới ánh sáng mặt trời sẽ có m àu khác khi nó được quan sát dư ới ánh sáng đèn điện. Phần lớn kiến thức cơ sở cho hiểu biết của chúng ta về m àu sắc dựa trên tìm tòi của Isaac Newton và học thuyết quang học của ông. Newton kết luận rằng cảm giác của chúng ta về màu sắc là do tác động sự phản xạ có chọn lọc về bước sóng các tia sáng tới. Ông ta cho rằng m àu sắc vật thể có nguyên nhân bắt nguồn từ phản xạ bước sóng chọn lọc của truyền đạt các tia sáng xuất phát từ vật thể. Newton đ ã trình bày một hỗn hợp của hai màu có phổ liên tiếp cho ta một màu phổ trung gian, nhưng hỗn hợp của hai màu có phổ xa nhau đỏ và lam cho ta màu đỏ tía, một m àu không phổ. Ông ta cũng giới thiệu một loạt màu mà khi tổng hợp với nhau cho màu trắng. Ông gọi các m àu này là các màu chính, bao gồm bảy m àu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím, và được dùng để tính các màu có bước sóng khác nhau. Th ực tế, cuối cùng người ta đ ã khám phá ra rằng bất kỳ màu nào cũng được tạo ra bởi một tỷ lệ thích hợp của ba màu có phổ riêng biệt, mà bất kỳ m àu nào trong số ba m àu này cũng không thể tạo ra bằng tổng hợp của hai m àu còn lại. 227
Ba màu này gọi là ba màu riêng (màu chính), được kết hợp với nhau khi tổng hợp ánh sáng m àu, đư ợc tách ra khi phân tích th ành các màu thành ph ần, như giới thiệu trong hình 11.2. Trong hình 11.2a, hệ thống tổng hợp ánh sáng được giới thiệu với các m àu riêng hay dùng nhất: đỏ, lục, lam. Cộng m àu đỏ và màu lục kết quả cho ta màu vàng. Cộng ba m àu đỏ, lục, lam theo tỷ lệ thích hợp cho ta màu trắng. Hai màu được bổ sung, khi trộn với tỷ lệ thích hợp, cho màu trắng. Màu đỏ tươi, ví dụ, khi trộn với tỷ lệ bù thêm vào của màu lục, cho ta màu trắng, như giới thiệu trong tam giác màu ở h ình 11.2a. Vì vậy, m àu đỏ tươi là màu bù của màu lục. Các phân tích riêng cho các màu nhuộm th ành ph ần là ph ần bù của các màu tổng hợp của ánh sáng (hình 11.2b). Các màu riêng phân tích khi trộn tỷ lệ cho kết quả là màu đ en. Hầu hết các màu đ ều dựa trên hai tam giác giới thiệu trong h ình 11.2. Tia nhìn thấy Tia vũ trụ Tia x UV Tia  Sóng radio IR SHF UHF VHF SW MW LW 1 1 1 1 1 1 Ao m  mm m km Da cam 500 Chàm 600 Vàng Lam 400 Tím Lục 700 Đỏ H ình 11.1 Dải sóng của các ánh sáng nhìn th ấy đư ợc. Đỏ tươi Lục Đỏ Lam Lục lam Vàng Đen Trắng Vàng Đỏ Lam Lục lam Lục Đỏ tươi (b) (a) Hình 11.2 Tổng hợp màu theo phương pháp cộng và trừ. 228
Để xác định một ánh sáng màu thì các yếu tố sau đây cần đề cập đến : Độ sáng hay chói. Nó là tổng hợp của ánh sáng nhận được bởi mắt không kể tới màu sắc. Nó nằm trong khoảng từ lờ mờ tối đến rất sáng hoặc chói mắt . Sắc màu. Chính là màu có phổ trội hơn trong ánh sáng. Bão hoà màu. Nó tạo ra độ tinh khiết phổ của màu trong ánh sáng. Cho một hỗn hợp của m àu và đen trắng, độ b ão hoà màu được tăng thêm bởi tăng của tổng các sắc m àu. Những tính chất này có th ể mô tả bằng sơ đồ như trong hình 11.3. Có tám tính chất cơ bản quyết định hỗn hợp của ba màu: 1 . Một điểm màu tổng hợp thì độc lập đối với độ sáng trên một phạm vi rộng. 2 . Độ sáng của một hỗn hợp các màu là tổng của các độ sáng riêng lẻ. 3 . Bất kỳ một m àu nào cũng được tạo ra bởi một hỗn hợp không nhiều hơn ba màu thành phần. 4 . Các màu thành phần không thể nhận ra được bằng mắt. 5 . Một điểm m àu có th ể biểu diễn dưới dạng biểu thức C = R(R) + G(G) + B(B) Có nghĩa là R là đơn vị của (R), G là đơn vị của (G), B là đơn vị của (B), khi tính tổng tạo ra một điểm với m àu C. 6 . Các màu được kết hợp theo luật cộng. Giả sử C1 kết hợp với C2 kết hợp C3 kết hợp C4 , thì C1 + C3 kết hợp C2 + C4 . Quy tắc n ày được gọi là luật Grassman. 7 . Các màu kết hợp tuân theo luật trừ. 8 . Các màu kết hợp tuân theo luật bắc cầu. Nếu C1 kết hợp C2 và C2 kết hợp C3 thì C1 kết hợp với C3. Giới hạn của cảm giác Sáng nh ất Lam Lục Bão hoà Tía Màu sắc 229 Đỏ Vàng Tối nhất
Hình 11.3 Thuộc tính của m àu. 11.2.1 Nhận biết màu sắc Mắt người có hai bộ phận cảm nhận ảnh: tế bào nón và tế bào g ậy. Chúng nằm trên màng trong cùng của mắt, gọi là võng mạc, và chúng cảm nhận vật thể qua ảnh của vật thể đó trên võng mạc. Trong to àn bộ mắt thì các tế b ào nón có vào khoảng sáu đến bảy triệu. Chúng nằm tập trung ở vị trí trung tâm của võng m ạc gọi là hố võng mạc, và có độ nhạy cảm cao đối với m àu sắc. Con người sở dĩ có th ể phân biệt được các chi tiết là vì các tế b ào nón này được nối với các dây thần kinh ở phía cuối. Ảnh thu được từ các tế bào nón này gọi là các hình ảnh độ sáng. Số tế bào gậy thì rất lớn, vào khoảng từ 75 cho đến 100 triệu và chúng được phân bố đều khắp bề mặt võng m ạc. Sự phân bố rộng cùng với thực tế là tế bào gậy đều đ ược nối một dây thần kinh riêng tạo ra kết qu ả là sự tổng hợp các chi tiết bởi bộ phận cảm nhận n ày. Tế bào gậy cung cấp cho ta một h ình ảnh toàn bộ của vật thể không bao gồm các chi tiết về màu sắc và độ sáng. Trong ánh sáng mờ thì chỉ có tế b ào gậy bị kích thích và vật thể hiện lên như một ảnh không có màu sắc. Đặc tính n ày gọi là khả năng thích ứng nh ìn tối. Lý do mà con ngư ời có thể phân biệt đ ược màu sắc thì hiện nay vẫn chưa được làm rõ ràng. Một giả thiết là mắt con người có ba loại tế bào nón, mỗi loại cho cảm ứng với một loại màu sắc riêng là: đỏ, lục, lam. Cảm nhận của các tế bào nón này đư ợc trải ra trên một dải tần số rộng. Sau nhiều lần thử nghiệm, các màu riêng đã được chuẩn hoá bởi Ủy ban CIE (Commission International d'Eclairage). Các màu riêng theo tiêu chuẩn của CIE bao gồm: màu đỏ (700 nm), màu lục (546,1 nm), m àu lam (435,8 nm). Mắt của con người cho một cảm nhận tốt nhất đối với các m àu riêng này so với các màu còn lại. Cảm nhận màu sắc phụ thuộc rất lớn vào độ sáng. Màu sắc đư ợc cảm nh ận tốt hơn khi độ sáng tăng lên. Một ảnh tốt thực sự th ì sẽ cho một cảm nh ận cao hơn về độ sáng so với các ảnh còn lại. Trong hình 11.4 đ ưa ra đường cong cảm nhận độ sáng của mắt người đối với các ánh sáng có bước sóng khác nhau với cùng một mức năng lượng. Mắt người cảm nhận tốt nhất với m àu lục (bước sóng vào khoảng 555 nm). Khả năng phân biệt sự chuyển dần m àu sang các màu tương tự bị hạn chế. Chính vì hạn chế n ày của mắt người mà mộ t số sản phẩm về màu được sản xuất trong thực tế vẫn thoả mãn yêu cầu, thậm chí người ta có thể cắt bớt một số trong phổ màu thực. 230
11.2.2 Biểu thức màu Các màu riêng RGB: đỏ (Red), lục (Green), lam (Blue) là các màu riêng vật lý được dùng trong các thí nghiệm vật lý thực sự. Các m àu riêng này không ph ải là duy nh ất và ta có thể d ùng các màu riêng khác để thay thế. Vào năm 1938, CIE đã đưa ra một tập các màu riêng không vật lý, ký hiệu là X, Y, Z. Cải tiến chính trong tập màu này là độ sáng được đưa ra trực tiếp như là m ột màu riêng (Y). Y sẽ cho ta mức xám từ ảnh màu. Các màu riêng này được rút ra từ các màu riêng vật lý theo biến đổi tuyến tính cho bởi : X = 2.7690R + 1.7518 G + 1.1300B Y = 1.0000R + 4.5907 G + 0.0601B (11.1) Z = 0.0000R + 0.0565 G + 5.5943B 1.0 Quan hÖ ®é s¸ng 0.8 0.6 0.4 0.2 0  (nm) 400 500 600 700 Vµng cam §á cam Lam TÝm Lôc §á H ình 11.4 Sự cảm nhận cường độ sáng của mắt người. Các biểu thức này là đúng cho bất kỳ màu nào. Dựa trên các X, Y, Z sơ đồ màu CIE đ ã đ ược phát triển. Sơ đồ này là m ột không gian biểu diễn cho tất cả các màu có phổ và tổng hợp của chúng (Hình 11.5). Toạ độ màu rút ra từ : D=X+Y+Z X Y Z (11.2) x y z D D D 231
x+y+z=1 y (G') 1.0 0.9 (G) . Bíc sãng 0.8 0.7 Lôc 0.6 Vµng 0.5 C¸c s¾c mµu kh¸c 0.4 Tr¾ng . Lôc lam §á . 0.3 (R) 0.2 §á t¬i Lam 0.1 . (B) 0 x 0.1 0.3 0.5 0.7 0.8 0.2 0.4 0.6 H ình 11.5 Biểu đồ màu CIE. Trong sơ đồ CIE một loạt các màu có phổ được cho dọc theo đường cong, các góc biểu diễn cho ba màu riêng: đỏ, lục, và lam. Gần trung tâm của miền nằm trong tam giác các màu trở nên ít bão hoà hơn, biểu diễn cho hỗn hợp màu. Màu trắng nằm tại điểm trung tâm w với toạ độ x = y = 0.3333. Sơ đồ màu trên chứa các màu với cùng một độ sáng. Nếu độ sáng của màu được cho bởi giá trị của z tại góc bên ph ải của mặt phẳng x-y, tất cả các màu với độ sáng của nó sẽ có dạng như hình 11.6. Nếu độ sáng tăng lên, sơ đồ màu sẽ trở nên rộng hơn và sẽ có nhiều chi tiết màu trông thấy. Tại các mức độ sáng thấp, các màu trở nên kkó phân biệt và sơ đồ sẽ thu hẹp lại một điểm, biểu diễn cho màu đen. 11.3 Ảnh màu Nếu bạn kiểm tra m àn hình củ a một tivi khi nó được bật lên, bạn sẽ chú ý thấy tại tất cả các điểm ảnh m àu được tạo nên bằng ba vòng tròn nhỏ hoặc tam giác có màu đỏ, lục, lam. Sự thay đổi độ sáng của ba phần tử màu này tạo nên màu sắc của điểm ảnh. Trong ảnh số thì các đ iểm ảnh được biểu diễn bằng một số từ có cùng một số bit cho các màu đỏ, lục, lam. Ví dụ như ảnh màu được biểu diễn bằng 16 bit thì đều có 5 bit để biểu diễn cho mỗi màu, bit cuối cùng 232
dùng cho một vài chức năng đặc biệt như ngăn xếp. Trong một khung số thì bit cuối cùng thông thường để chỉ ra điểm ảnh này đư ợc lấy từ bộ đệm khung (bộ nh ớ ngăn xếp) hay là từ tín hiệu video b ên ngoài (ngăn xếp trực tiếp). Trong hệ thống 16 bít 32,768 màu có thể được biểu diễn với ba màu riêng có khả năng thể hiện 32 trạng thái. Cấu tạo của một điểm ảnh cho trong bảng 11.1. G Độ chói W  Bóng xám  R Đen B H ình 11.6 Hình chóp màu. 11.4 Tính sơ đồ màu cho các hệ thống màu 15 bit và 8 bit Để làm m ở rộng hiểu biết của chúng ta về hỗn hợp màu, chúng ta sẽ làm một chương trình tính và thể hiện sơ đồ màu cho hệ thống 15 bit (5 bít cho một màu) và hệ thống m àu 8 bit (256 màu). Hệ thống 15 bit màu mà chúng ta sử dụng là Professional Image Board (PIB) của Atronics International, Inc. (ATI). Vỉ mạch n ày được thiết kế để thể hiện ảnh có kích thước 512  256 hoặc là 512  512 điểm, với tất cả các điểm biểu diễn bằng 16 bit. 16 bit này được chia như trong bảng 11.1. Vỉ mạch VGA có khả năng thể hiện 256 màu với tất cả các m àu thể hiện bằng 6 bit. Tổng số m àu mà vỉ mạch VGA có thể tính ra là 218 = 262,144. Dù thế nào đi chăng nữa th ì chỉ có 256 m àu được sử dụng. Một vỉ mạch này tương đương như là thiết bị video màu 8 bit. BẢNG 11.1 Biểu diễn của điểm ảnh màu 16 bit Bít 0 đ ến bít 4 Lam Bít 5 đ ến bít 9 Lục Bít 10 đến bít 14 Đỏ Bít 15 Overlay 233