M C TIÊU C A CH NGỤ Ủ ƯƠ
H c xong ph n này sinh viên có th n m đ c:ọ ầ ể ắ ượ
1. Ý nghĩa, m c đích môn h c; các ng d ng c a x lý nh trong công nghi p,ụ ọ ứ ụ ủ ử ả ệ
đ i s ngờ ố
2. Các thành ph n: x lý và phân tích nh. Các kh i ch c năng, ý nghĩa c a nóầ ử ả ố ứ ủ
trong quy trình x lý và phân tích nh.ử ả
3. Các khái ni m, đ nh nghĩa nh s hóa. T ng quan v bi u di n nh.ệ ị ả ố ổ ề ể ễ ả
4. M t s công c x lý nh. Các v n đ đ t ra v i x lý nh.ộ ố ụ ử ả ấ ề ặ ớ ử ả
H c li u đ c xây d ng b i ọ ệ ượ ự ở H c vi n Công ngh B u chính Vi n thôngọ ệ ệ ư ễ ; Km 10,
Nguy n Trãi -ễ
1.2 NH NG V N Đ C B N TRONG H TH NGỮ Ấ Ề Ơ Ả Ệ Ố
X LÝ NHỬ Ả
1.2.1 Đi m nh (Picture Element)ể ả
G c c a nh ( nh t nhiên) là nh liên t c v không gian và đ sáng. Đ x lý b ngố ủ ả ả ự ả ụ ề ộ ể ử ằ
máy tính (s ), nh c n ph i đ c s hoá. S hoá nh là s bi n đ i g n đúng m tố ả ầ ả ượ ố ố ả ự ế ổ ầ ộ
nh liên t c thành m t t p đi m phù h p v i nh th t v v trí (không gian) và đả ụ ộ ậ ể ợ ớ ả ậ ề ị ộ
sáng (m c xám). Kho ng cách gi a các đi m nh đó đ c thi t l p sao cho m t ng iứ ả ữ ể ả ượ ế ậ ắ ườ
không phân bi t đ c ranh gi i gi a chúng. M i m t đi m nh v y g i là đi m nhệ ượ ớ ữ ỗ ộ ể ư ậ ọ ể ả
(PEL: Picture Element) hay g i t t là Pixel. Trong khuôn kh nh hai chi u, m i pixelọ ắ ổ ả ề ỗ
ng v i c p t a đ ứ ớ ặ ọ ộ (x, y).
Đ nh nghĩa: ị
Đi m nh (Pixel) là m t ph n t c a nh s t i to đ ể ả ộ ầ ử ủ ả ố ạ ạ ộ (x, y) v i đ xám ho c màuớ ộ ặ
nh t đ nh. Kích th c và kho ng cách gi a các đi m nh đó đ c ch n thích h p saoấ ị ướ ả ữ ể ả ượ ọ ợ
cho m t ng i c m nh n s liên t c v không gian và m c xám (ho c màu) c a nhắ ườ ả ậ ự ụ ề ứ ặ ủ ả
s g n nh nh th t. M i ph n t trong ma tr n đ c g i là m t ph n t nh.ố ầ ư ả ậ ỗ ầ ử ậ ượ ọ ộ ầ ử ả
1.2.2 Đ phân gi i c a nhộ ả ủ ả
Đ nh nghĩaị: Đ phân gi i (Resolution) c a nh là m t đ đi m nh đ c n đ nh trênộ ả ủ ả ậ ộ ể ả ượ ấ ị
m t nh s đ c hi n th .ộ ả ố ượ ể ị
Theo đ nh nghĩa, kho ng cách gi a các đi m nh ph i đ c ch n sao cho m t ng iị ả ữ ể ả ả ượ ọ ắ ườ
v n th y đ c s liên t c c a nh. Vi c l a ch n kho ng cách thích h p t o nên m tẫ ấ ượ ự ụ ủ ả ệ ự ọ ả ợ ạ ộ
m t đ phân b , đó chính là đ phân gi i và đ c phân b theo tr c ậ ộ ổ ộ ả ượ ố ụ x và y trong không
gian hai chi u. ề
Ví d :ụ Đ phân gi i c a nh trên màn hình CGA (Color Graphic Adaptor) là m t l iộ ả ủ ả ộ ướ
đi m theo chi u ngang màn hình: 320 đi m chi u d c * 200 đi m nh (320*200). Rõể ề ể ề ọ ể ả
ràng, cùng màn hình CGA 12" ta nh n th y m n h n màn hình CGA 17" đ phân gi iậ ấ ị ơ ộ ả
320*200. Lý do: cùng m t m t đ (đ phân gi i) nh ng di n tích màn hình r ng h nộ ậ ộ ộ ả ư ệ ộ ơ
thì đ m n (liên t c c a các đi m) kém h n.ộ ị ụ ủ ể ơ
1.2.3 M c xám c a nhứ ủ ả
M t đi m nh (pixel) có hai đ c tr ng c b n là v trí ộ ể ả ặ ư ơ ả ị (x, y) c a đi m nh và đ xámủ ể ả ộ
c a nó. D i đây chúng ta xem xét m t s khái ni m và thu t ng th ng dùng trongủ ướ ộ ố ệ ậ ữ ườ
x lý nh.ử ả
a) Đ nh nghĩaị: M c xám c a đi m nh là c ng đ sáng c a nó đ c gán b ng giá trứ ủ ể ả ườ ộ ủ ượ ằ ị
s t i đi m đó.ố ạ ể
b) Các thang giá tr m c xám thông th ng:ị ứ ườ 16, 32, 64, 128, 256 (M c 256 là m cứ ứ
ph d ng. Lý do: t k thu t máy tính dùng 1 byte (8 bit) đ bi u di n m c xám: M cổ ụ ừ ỹ ậ ể ể ễ ứ ứ
xám dùng 1 byte bi u di n: 2ể ễ 8=256 m c, t c là t 0 đ n 255).ứ ứ ừ ế
c) nh đen tr ng:Ả ắ là nh có hai màu đen, tr ng (không ch a màu khác) v i m c xámả ắ ứ ớ ứ
các đi m nh có th khác nhau.ở ể ả ể
d) nh nh phân:Ả ị nh ch có 2 m c đen tr ng phân bi t t c dùng 1 bit mô t 2ả ỉ ứ ắ ệ ứ ả 1 m cứ
khác nhau. Nói cách khác: m i đi m nh c a nh nh phân ch có th là 0 ho c 1.ỗ ể ả ủ ả ị ỉ ể ặ
e) nh màu:Ả trong khuôn kh lý thuy t ba màu (Red, Blue, Green) đ t o nên th gi iổ ế ể ạ ế ớ
màu, ng i ta th ng dùng 3 byte đ mô t m c màu, khi đó các giá tr màu: 2ườ ườ ể ả ứ ị 8*3=224≈
16,7 tri u màu.ệ
Chúng ta c đ c thêm sách tham kh o đ có thêm thông tin v các khái ni m này.ầ ọ ả ể ề ệ
1.2.4 Đ nh nghĩa nh sị ả ố
nh s là t p h p các đi m nh v i m c xám phù h p dùng đ mô t nh g n v iẢ ố ậ ợ ể ả ớ ứ ợ ể ả ả ầ ớ
nh th t.ả ậ
1.2.5 Quan h gi a các đi m nhệ ữ ể ả
M t nh s gi s đ c bi u di n b ng hàm ộ ả ố ả ử ượ ể ễ ằ f(x, y). T p con các đi m nh là ậ ể ả S; c pặ
đi m nh có quan h v i nhau ký hi u là ể ả ệ ớ ệ p, q. Chúng ta nêu m t s các khái ni m sau.ộ ố ệ
a) Các lân c n c a đi m nh (Image Neighbors)ậ ủ ể ả
* Gi s có đi m nh ả ử ể ả p t i to đ ạ ạ ộ (x, y). p có 4 đi m lân c n g n nh t theo chi uể ậ ầ ấ ề
đ ng và ngang (có th coi nh lân c n 4 h ng chính: Đông, Tây, Nam, B c).ứ ể ư ậ ướ ắ
{(x-1, y); (x, y-1); (x, y+1); (x+1, y)} = N4(p)
trong đó: s ố1 là giá tr logic; ịN4(p) t p 4 đi m lân c n c a ậ ể ậ ủ p.
3.1.5 Trích ch n bit (Bit Extraction)ọ
Nh đã trình bày trên, m i đi m nh th ng đ c mã hóa trên ư ỗ ể ả ườ ượ B bit. N u ếB=8 ta có
nh ả28=256 m c xám ( nh nh phân ng v i ứ ả ị ứ ớ B=1). Trong các bit mã hóa này, ng i taườ
chia làm 2 lo i:ạ bit b c th p ậ ấ và bit b c cao.ậ V i bit b c cao, đ b o toàn thông tin caoớ ậ ộ ả
h n so v i bit b c th p. Các bit b c th p th ng bi u di n nhi u hay n n. Trong kơ ớ ậ ấ ậ ấ ườ ể ễ ễ ề ỹ
thu t này, ta có:ậ
u= k12B-1 + k22B-2 + ... + kB-12 + kB (3-9)
Đ trích ch n bit có nghĩa nh t: bit th ể ọ ấ ứ n và hi n th chúng, dùng bi n đ i sau:ệ ị ế ổ
(3-10)
D th y: ễ ấ kn = in - 2in-1.
Hình 1.3 Lân c n các đi m nh c a t a đ (x,y)ậ ể ả ủ ọ ộ
* Các lân c n chéo: Các đi m lân c n chéo ậ ể ậ NP(p) (Có th coi lân c n chéo la 4 h ng:ể ậ ướ
Đông-Nam, Đông-B c, Tây-Nam, Tây-B c)ắ ắ
Np(p) = { (x+1, y+1); (x+1, y-1); (x-1, y+1); (x-1, y-1)}
* T p k t h p: ậ ế ợ N8(p) = N4(p) + NP(p) là t p h p 8 lân c n c a đi m nh ậ ợ ậ ủ ể ả p.
* Chú ý: N u ế(x, y) n m biên (mép) nh; m t s đi m s n m ngoài nh.ằ ở ả ộ ố ể ẽ ằ ả
b) Các m i liên k t đi m nh.ố ế ể ả
Các m i liên k t đ c s d ng đ xác đ nh gi i h n (ố ế ượ ử ụ ể ị ớ ạ Boundaries) c a đ i t ng v tủ ố ượ ậ
th ho c xác đ nh vùng trong m t nh. M t liên k t đ c đ c tr ng b i tính li n kể ặ ị ộ ả ộ ế ượ ặ ư ở ề ề
gi a các đi m và m c xám c a chúng.ữ ể ứ ủ
Gi s ả ử V là t p các giá tr m c xám. M t nh có các giá tr c ng đ sáng t thangậ ị ứ ộ ả ị ườ ộ ừ
m c xám t 32 đ n 64 đ c mô t nh sau :ứ ừ ế ượ ả ư
V={32, 33, ... , 63, 64}.
Có 3 lo i liên k t.ạ ế
* Liên k t 4ế: Hai đi m nh ể ả p và q đ c nói là liên k t 4 v i các giá tr c ng đ sángượ ế ớ ị ườ ộ
V n u ếq n m trong m t các lân c n c a ằ ộ ậ ủ p, t c ứq thu c ộN4(p)
* Liên k t 8ế: Hai đi m nh ể ả p và q n m trong m t các lân c n 8 c a ằ ộ ậ ủ p, t c ứq thu cộ
N8(p)
* Liên k t ếm (liên k t h n h p):ế ỗ ợ Hai đi m nh ể ả p và q v i các giá tr c ng đ sángớ ị ườ ộ
V đ c nói là liên k t ượ ế m n u.ế
1. q thu c Nộ4(p) ho cặ
2. q thu c NộP(p)
c) Đo kho ng cách gi a các đi m nh.ả ữ ể ả
Đ nh nghĩaị: Kho ng cách ảD(p, q) gi a hai đi m nhữ ể ả p to đ ạ ộ (x, y), q to đ ạ ộ (s, t) là
hàm kho ng cách (Distance) ho c Metric n u:ả ặ ế
1. D(p,q) ≥ 0 (V i D(p,q)=0 n u và ch n u p=q)ớ ế ỉ ế
2. D(p,q) = D(q,p)
3. D(p,z) ≤ D(p,q) + D(q,z); z là m t đi m nh khác.ộ ể ả
Kho ng cách Euclideả: Kho ng cách Euclide gi a hai đi m nh ả ữ ể ả p(x, y) và q(s, t) đ cượ
đ nh nghĩa nh sau:ị ư
De(p, q) = [(x - s)2 + (y - t)2]1/2
Kho ng cách kh iả ố : Kho ng cách ảD4(p, q) đ c g i là kho ng cách kh i đ th (City-ượ ọ ả ố ồ ị
Block Distance) và đ c xác đ nh nh sau:ượ ị ư
D4(p,q) = | x - s | + | y - t |
Giá tr kho ng cách gi a các đi m nh ị ả ữ ể ả r: giá tr bán kính r gi a đi m nh t tâm đi mị ữ ể ả ừ ể
nh đ n tâm đi m nh ả ế ể ả q khác. Ví d : Màn hình CGA 12" (12"*2,54cm =ụ
30,48cm=304,8mm) đ phân gi i 320*200; t l 4/3 (Chi u dài/Chi u r ng). Theoộ ả ỷ ệ ề ề ộ
đ nh lý Pitago v tam giác vuông, đ ng chéo s l y t l 5 ph n (5/4/3: đ ngị ề ườ ẽ ấ ỷ ệ ầ ườ
chéo/chi u dài/chi u r ng màn hình); khi đó đ dài th t là (305/244/183) chi u r ngề ề ộ ộ ậ ề ộ
màn hình 183mm ng v i màn hình CGA 200 đi m nh theo chi u d c. Nh v y,ứ ớ ể ả ề ọ ư ậ
kho ng cách đi m nh lân c n c a CGA 12" là ≈ 1mm.ả ể ả ậ ủ
Kho ng cách ảD8(p, q) còn g i là kho ng cách bàn c (ọ ả ờ Chess-Board Distance) gi aữ
đi m nh ể ả p, q đ c xác đ nh nh sau:ượ ị ư
D8(p,q) = max (| x-s | , | y-t |)
1.2.6 Các thành ph n c b n c a h th ng x lý nhầ ơ ả ủ ệ ố ử ả
Hình 1.3 Các thành ph n chính c a h th ng x lý nh.ầ ủ ệ ố ử ả
Theo quan đi m c a ể ủ quy trình x lý, chúng ta đã th hi n các kh i c b n trên Hìnhử ể ệ ố ơ ả
1.1, các kh i chi ti t và lu ng thông tin trên Hình 1.2. Theo quan đi m c a ố ế ồ ể ủ h th ngệ ố xử
lý trên máy tính s , h th ng g m các đ u đo (thu nh n nh); b s hóa ; máy tính s ;ố ệ ố ồ ầ ậ ả ộ ố ố
B hi n th ; B nh . Các thành ph n này không nh c l i đây (đ c thêm giáo trìnhộ ể ị ộ ớ ầ ắ ạ ở ọ
c u trúc máy tính).ấ
M t h th ng x lý nh c b n có th g m: máy tính cá nhân kèm theo v m chộ ệ ố ử ả ơ ả ể ồ ỉ ạ
chuy n đ i đ ho VGA ho c SVGA, đĩa ch a các nh dùng đ ki m tra các thu tể ổ ồ ạ ặ ứ ả ể ể ậ
toán và m t màn hình có h tr VGA ho c SVGA. N u đi u ki n cho phép, nên cóộ ỗ ợ ặ ế ề ệ
m t h th ng nh Hình 1.4. bao g m m t máy tính PC kèm theo thi t b x lý nh.ộ ệ ố ư ồ ộ ế ị ử ả
N i v i c ng vào c a thi t b thu nh n nh là m t video camera, và c ng ra n i v iố ớ ổ ủ ế ị ậ ả ộ ổ ố ớ
m t màn hình. Th c t , ph n l n các nghiên c u c a chúng ta đ c đ a ra trên nhộ ự ế ầ ớ ứ ủ ượ ư ả
m c xám ( nh đen tr ng). B i v y, h th ng s bao g m m t thi t b x lý nh đenứ ả ắ ở ậ ệ ố ẽ ồ ộ ế ị ử ả
tr ng và m t màn hình đen tr ng.ắ ộ ắ
nh m c xám đ c áp d ng trong nhi u lĩnh v c nh sinh v t h c ho c trong côngẢ ứ ượ ụ ề ự ư ậ ọ ặ
nghi p. Th c t ch ra r ng b t kỳ ng d ng nào trên nh, m c xám cũng ng d ngệ ự ế ỉ ằ ấ ứ ụ ả ứ ứ ụ
đ c trên nh màu. V i lý do đó, h th ng ban đ u nên ch bao g m c c thi t b thuượ ả ớ ệ ố ầ ỉ ồ ấ ế ị
nh n và hi n th nh đen tr ng. V i nh màu, nên s d ng m t h th ng m i nhậ ể ị ả ắ ớ ả ử ụ ộ ệ ố ớ ư
Hình 1.3, tr tr ng h p b n c n m t camera TV màu và m t màn hình đa t n s (víừ ườ ợ ạ ầ ộ ộ ầ ố
d nh NEC MultiSync, Sony Multiscan, ho c Mitsubishi Diamond Scan) đ hi n thụ ư ặ ể ể ị
nh màu. N u kh năng h n ch , có th dùng PC kèm theo v m ch VGA và màn hìnhả ế ả ạ ế ể ỉ ạ
VGA, đ d ng nh đ c.ể ự ả ượ