Thực hành xử lý ảnh

Thùc hµnh xö lý ¶nh

PhÇn I : Khai th¸c phÇn mÒm ScionImage

¶nh ban ®Çu ¶nh nhÞ ph©n

PhÐp céng: Thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn phÐp céng c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña tõng ®iÓm

Bµi 1. C¸c phÐp to¸n xö lý ®iÓm ¶nh 1.1 C¸c phÐp xö lý víi ¶nh ®a møc x¸m a) Ph©n tÝch sù ph©n bè møc x¸m Tõ ¶nh ban ®Çu ta thùc hiÖn biÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n b»ng c¸ch sö dông cöa sæ Map, mçi lÇn dïng con chuét thay ®æi ®êng ®å thÞ, møc x¸m cña ¶nh còng sÏ thay ®æi theo. KL: Møc x¸m cña ¶nh tËp chung ë miÒn cã møc x¸m cao nªn ¶nh trªn lµ ¶nh s¸ng (lîc ®å n»m bªn ph¶i). Muèn thay ®æi ®é t¬ng ph¶n hoÆc ®é s¸ng cña ¶nh th× ta cã thÓ biÕn ®æi Histogram cña ¶nh ®Ó thu ®îc ¶nh míi mµ ta mong muèn. b) BiÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n b»ng c¸c phÐp to¸n sè häc. ¶nh víi mét h»ng sè. Víi gi¸ trÞ h»ng sè ®îc chän thÝch hîp nã sÏ lµm cho ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh tèt h¬n. Nh×n chung, kÕt qu¶ thu ®îc lµ mét ¶nh míi cã sè mµu tèi h¬n ¶nh ban ®Çu, tÊt c¶ c¸c vïng ¶nh cã chiÒu híng ®en dÇn. Do ®ã, khi gi¸ trÞ h»ng sè ®îc chän qu¸ lín sÏ lµm cho ¶nh bÞ tèi, dÉn ®Õn lµm cho ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh kÐm v× t¹i c¸c ®iÓm ¶nh cã gi¸ trÞ møc x¸m cao, sau khi céng thªm mét h»ng sè chóng ®Òu ®¹t ®Õn gi¸ trÞ tèi ®a lµ 255? PhÐp nh©n: §©y lµ viÖc thùc hiÖn phÐp nh©n c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña tõng ®iÓm ¶nh víi mét h»ng sè. Víi gi¸ trÞ h»ng sè ®îc chän thÝch hîp nã sÏ lµm cho ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh tèt h¬n. C¸c phÐp trõ vµ chia chØ lµ c¸c bíc thùc hiÖn ®¶o cña hai phÐp c«ng vµ nh©n Nh vËy, xö lý ®iÓm ¶nh (th«ng qua c¸c phÐp to¸n) thùc chÊt lµ c¸c ¸nh x¹ nh»m biÕn ®æi gi¸ trÞ cña mét ®iÓm vµ chØ dùa vµo gi¸ trÞ cña chÝnh nã mµ kh«ng quan t©m tíi c¸c gi¸ trÞ cña c¸c ®iÓm ¶nh kh¸c. Mét c¸ch to¸n häc, ¸nh x¹ ®ã ®îc ®Þnh nghÜa nh sau:

Thùc hµnh xö lý ¶nh

u(m,n) thÓ hiÖn gi¸ trÞ cêng ®é s¸ng t¹i to¹ ®é (m,n);

v(m,n)=f(u(m,n)) trong ®ã: v(m,n) lµ gi¸ trÞ cêng ®é s¸ng sau phÐp biÕn ®æi; f lµ hµm biÕn ®æi, nã cã thÓ lµ liªn tôc hoÆc rêi r¹c. c) T¹o ¶nh nhÞ ph©n tõ ¶nh ®a møc x¸m §Ó t¹o ¶nh nhÞ ph©n ta dïng menu Process/Binary/Make Binary (kÕt qu¶ nh h×nh trªn). Tríc ®ã ph¶i thùc hiÖn Options/Threshol d) ¶nh gi¶ mµu Kü thuËt gi¶ mµu thùc chÊt lµ biÕn tõ ¶nh ®¬n mµu thµnh ¶nh mµu vµ ®îc thùc hiÖn bëi mét phÐp biÕn ®æi mét ma trËn d÷ liÖu thµnh 3 ma trËn d÷ liÖu t¬ng øng víi 3 mµu kh¸c nhau. Møc x¸m cña mçi ®iÓm ¶nh sÏ trë thµnh mét ®iÓm ¶nh mµu cã gi¸ trÞ mµu lµ sù tæng hîp cña 3 mµu RGB. Gi¸ trÞ cña ba mµu RGB chÝnh lµ gi¸ trÞ møc x¸m. VÝ dô, t¹i ®iÓm ¶nh cã gi¸ trÞ møc x¸m b»ng 0 sÏ ®îc thay thÕ bëi 3 mµu ®á, lôc, lam víi c¸c gi¸ trÞ lÇn lît: R=255, G=255, B=255, øng víi mµu tr¾ng. Mµu vµng lµ mµu tæng hîp tõ hai trong ba mµu c¬ b¶n (®á vµ lôc). 1.2 ) Sö dông c¸c to¸n tö l«gic trong menu Process/arithmetic, cô thÓ:  §Ó lµm mÊt h×nh d¹ng ®èi tîng trong ¶nh. §©y thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn xo¸ ®èi tîng cã trªn ¶nh hay biÕn ®æi cho møc x¸m cña ®èi tîng ¶nh (mµu cña ®èi tîng) trïng víi mµu nÒn. §Ó thùc hiÖn phÐp biÕn ®æi nµy ta cã thÓ sö dông phÐp to¸n ADD víi h»ng sè b»ng gi¸ trÞ møc x¸m cña mµu nÒn.

 §Ó lµm thay ®æi møc x¸m cña ¶nh mµ vÉn gi÷ nguyªn mµu nÒn, ta còng thùc hiÖn phÐp ADD víi gi¸ trÞ tïy chän (nÕu chän gi¸ trÞ võa ph¶i sÏ dÔ so s¸nh víi ¶nh gèc)

Møc x¸m cña ®èi tîng bÞ thay ®æi mµ vÉn gi÷ nguyªn mµu nÒn

Thùc hµnh xö lý ¶nh

Histogram cña ¶nh ban ®Çu

¶nh sau khi san b»ng Histogram

Bµi 2. Ph©n tÝch Histogram cña ¶nh ¶nh ban ®Çu bÞ tèi lý do lµ c¸c møc x¸m ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu. §Ó c¸c chi tiÕt cña ¶nh râ nÐt h¬n ta thùc hiÖn phÐp san b»ng Histogram (sö dông menu Process/Equalize). ¶nh sau khi xö lý ®· râ h¬n. Cßn cã mét ph¬ng ph¸p kh¸c ®Ó biÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh, ®ã lµ ïng Process/ Enhance Contrast . Tuy nhiªn ¶nh sau khi biÕn ®æi gÇn gièng víi ¶nh ban ®Çu. C¸c chi tiÕt cña ¶nh ®îc thÓ hiÖn râ nÐt h¬n, tuy nhiªn c¸c ®êng biªn cña ¶nh còng còng bÞ mê ®i sau phÐp c©n b»ng. V× vËy trong xö lý ¶nh, ®Ó cã thÓ t¨ng cêng c¸c ®Æc tÝnh cña ¶nh, ngêi ta sö dông c¸c kü thuËt cho phÐp n©ng cao chÊt lîng ¶nh, trong ®ã bªn c¹nh c¸c phÐp xö lý c¬ b¶n nh biÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n vµ Histogram, gi¶m nhiÔu ®èi víi ¶nh cßn sö dông c¸c phÐp biÕn ®æi lµm næi biªn ¶nh (t¨ng cêng ®é nÐt) vµ kh«i phôc ¶nh bÞ nhiÔu ph¸ huû. BiÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n dïng hµm Gamma ViÖc sö dông ph¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh ¸p dông c¸c hµm to¸n häc cho ¶nh cã ®é nÐt tèt h¬n ph¬ng ph¸p ë trªn. §é t¬ng ph¶n biÓu diÔn sù thay ®æi ®é s¸ng cña ®èi tîng so víi nÒn hay cßn gäi lµ ®é næi cña ¶nh so víi nÒn. Víi c¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é t¬ng ph¶n sö dông b¶ng tra LUT, cöa sæ MAP,..., ®©y thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn biÕn ®æi mét c¸ch tuyÕn tÝnh c¸c gi¸ trÞ ®é s¸ng cña ®èi tîng vµ nÒn cña ¶nh, cßn khi sö dông c¸c hµm to¸n häc th× sù biÕn ®æi trªn ¶nh lµ phi tuyÕn. §iÒu nµy ®îc thÊy râ qua ¶nh thu ®îc th«ng qua phÐp biÕn ®æi sö dông hµm Gamma: s¸ng h¬n, tiÕt ¶nh ®îc thÓ hiÖn râ nÐt, ¶nh kh«ng bÞ mê ®i sau phÐp biÕn ®æi, trong khi qua phÐp c©n b»ng Histogram, ¶nh s¸ng lªn, c¸c chi tiÕt cña ¶nh còng ®îc thÓ hiÖn râ nhng ¶nh bÞ mê (®é nÐt cña ¶nh kh«ng ®îc ®¶m b¶o). DÞch chuyÓn thang biÓu diÔn møc x¸m cña ¶nh -DÞch chuyÓn thang biÓu diÔn møc x¸m cña ¶nh còng lµ mét phÐp xö lý cho phÐp thay ®æi ®é t¬ng ph¶n cña ¶nh.

Thùc hµnh xö lý ¶nh

Bµi3: PhÐp biÕn ®æi Fourier 3.1)PhÐp biÕn ®æi Fourier víi ¶nh d¹ng ®Æc biÖt

¶nh tríc khi biÕn ®æi BiÕn ®æi FFT cña ¶nh

BiÕn ®æi Fourier cña ¶nh thùc chÊt lµ phÐp ®æi kh«ng gian quan s¸t ¶nh tõ miÒn thêi gian sang miÒn tÇn sè Phæ cña ¶nh sÏ tuÇn hoµn víi chu kú lµ kÝch thíc cña ¶nh nªn khi biÓu diÔn phæ cña ¶nh, ta chØ cÇn biÓu diÔn trong mét chu kú. KÕt qu¶ phÐp biÕn ®æi Fourier cña ¶nh cho lµ d¶i phæ ®èi xøng vµ ®Òu v× ¶nh chØ cã hai møc x¸m. Trong trêng hîp nµy tÝnh chu kú cña phæ cã ®îc do ¶nh ban ®Çu cã tÝnh chu kú vµ hµm Cos lµ hµm tuÇn hoµn, nªn kÕt qu¶ (biÓu diÔn trong miÒn tÇn sè) còng tuÇn hoµn vµ v× vËy phæ ¹t îc cã tÝnh chu kú. 3.2) BiÕn ®æi Fourier cña ¶nh bÞ nhiÔu Trong trêng hîp nµy phæ cña ¶nh kh«ng cã tÝnh chu kú. Nh×n vµo FFT cña ¶nh: phæ cña ¶nh ph©n bè ®Òu trong kh«ng gian tÇn sè (trong vïng tÇn thÊp vµ cao). Trong ¶nh ban ®Çu, mäi ®iÓm cã ph©n bè ngÉu nhiªn

Thùc hµnh xö lý ¶nh

Bé läc th«ng thÊp cã t¸c dông c¾t bá c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao do vËy

®Òu tån t¹i nhiÔu, v× vËy nhiÔu trong ¶nh trªn lµ nhiÔu céng ngÉu nhiªn. §iÒu nµy còng ®îc thÊy râ qua ¶nh phæ cña nã, nhiÔu céng thêng tËp trung chñ yÕu trong miÒn tÇn sè cao trong khi c¸c th«ng tin cã Ých tËp trung chñ yÕu trong miÒn tÇn sè thÊp (®îc thÓ hiÖn Ëm h¬n gi÷a h×nh). Th«ng thêng, c¸c kü thuËt läc tuyÕn tÝnh îc sö dông ®Ó lµm gi¶m nhiÔu céng, cô thÓ lµ dïng c¸c bé läc th«ng thÊp trong miÒn tÇn sè ®Ó lo¹i bá phÇn nhiÔu vµ gi÷ l¹i c¸c th«ng tin cã Ých. Läc th«ng thÊp ®èi víi ¶nh bÞ nhiÔu. nhiÔu (nhiÔu xung vµ nhiÔu céng) thuéc vïng nµy còng sÏ bÞ lo¹i bá. Quan s¸t FFT cña ¶nh sau khi qua bé läc th«ng thÊp ta thÊy c¸c th«ng tin nhiÔu bÞ lo¹i bá chØ cßn c¸c th«ng tin cã Ých, thÓ hiÖn trªn ¶nh phæ ®é ®Ëm cña mµu x¸m thay ®æi, nã kh«ng cßn ph©n bè ®Òu nh tríc mµ tËp trung chñ yÕu ë miÒn tÇn sè thÊp (t¬ng øng víi c¸c th«ng tin kh«ng bÞ nhiÔu) cßn ë vïng tÇn sè cao ®é Ëm cña mµu x¸m bÞ nh¹t i (t¬ng øng víi th«ng tin bÞ nhiÔu * îc lo¹i bá). Läc th«ng cao ®èi víi ¶nh nhiÔu.

FFT cña ¶nh bÞ nhiÔu ¶nh bÞ nhiÔu

Phæ cña ¶nh qua phÐp läc nµy tr¸i ngîc víi phæ cña ¶nh khi cho qua bé läc th«ng thÊp, c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao ®îc gi÷ l¹i thay v× c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp. ¶nh nhËn ®îc sau phÐp läc: c¸c th«ng tin cã Ých tËp trung trong miÒn tÇn sè thÊp sÏ bÞ mÊt, chØ cßn l¹i c¸c th«ng tin vÒ nhiÔu vµ biªn ¶nh, c¸c chi tiÕt ¶nh ®îc næi bËt ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt cã tÇn sè kh«ng gian cao, c¸c phÇn tö cã tÇn sè kh«ng gian cao ®îc thÓ hiÖn s¸ng h¬n trong ¶nh, c¸c phÇn tö cã tÇn sè kh«ng gian thÊp sÏ bÞ tèi i. do dã cã thÓ thÊy r»ng hiÖu qu¶ cña hai ph¬ng ph¸p läc th«ng thÊp vµ läc th«ng cao tr¸i ngîc nhau. Bµi 4. VÊn ®Ò gi¶m nhiÔu ®èi víi ¶nh.

Thùc hµnh xö lý ¶nh

Sau khi dïng bé läc trung b×nh FFT cña ¶nh sau khi dïng bé läc trung b×nh

Sau khi dïng bé läc trung vÞ §Ó thùc hiÖn bé läc trung b×nh ta sö ông menu Process/Smooth §Ó thùc hiÖn bé läc trung vÞ ta sö ông menu Process/Rank Filters, sau ®ã

chän Meian. ¶nh bÞ nhiÔu trong trêng hîp nµy khi sö ông bé läc trung b×nh gi¶m ®îc nhiÒu nhiÔu h¬n so víi ïng bé läc trung vÞ (kÝch thíc ¶nh ë trªn h¬i nhá ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc ®iÒu nµy). Nh×n vµo ¶nh nhiÔu ta khã cã thÓ biÕt ®©y lµ nhiÔu ph©n bè ngÉu nhiªn hay lµ nhiÔu xung. ChÝnh v× vËy ®Ó ®¸nh gi¸ bé läc nµo cã hiÖu qu¶ h¬n trong trêng hîp nµy ta ph¶i c¨n cø vµo FFT cña tõng ¶nh sau khi läc Sau phÐp läc trung b×nh, phÐp läc nµy ®îc läc bít nhiÔu ph©n bè ngÉu nhiªn ë vïng tÇn sè thÊp vµ nhiÔu xung ë vïng tÇn sè cao. NhiÔu cña ¶nh giê chØ cßn tËp trung ë nh÷ng ®iÓm cã tÇn sè trung b×nh. PhÐp läc nµy ®îc dµn ®Òu c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña c¸c ®iÓm ¶nh, khuyÕch ®¹i tÇn xuÊt xuÊt hiÖn møc x¸m cña c¸c ®iÓm ¶nh ë vïng tÇn sè thÊp còng nh vïng tÇn sè cao. Sau phÐp läc trung vÞ, nhiÔu xung ®· bÞ lo¹i bá bít. PhÐp läc nµy lµm næi bËt râ nÐt c¸c vïng ¶nh cã tÇn sè cao nhng kh«ng lµm ¶nh hëng ®Õn c¸c vïng ¶nh cã tÇn sè thÊp. PhÐp läc nµy còng ®îc lµm t¨ng cêng ®é nÐt cña ¶nh (¶nh kh«ng bÞ mê --> thÓ hiÖn tÝnh chÊt phi tuyÕn), lµm næi biªn ¶nh. NÕu c¨n cø vµo FFT cña ¶nh sau khi läc ta thÊy ®èi víi trêng hîp nµy ph¬ng ph¸p läc trung b×nh hiÖu qu¶ h¬n. Tuy nhiªn trong mét sè trêng hîp läc trung vÞ l¹i cã hiÖu qu¶ h¬n. Läc gi¶m nhiÔu Gaussian Trong trêng hîp nµy cã thÓ chän phÐp läc Gauss. PhÐp läc gi¶m nhiÔu Gauss cã t¸c dông gi¶m c¶ nhiÔu xung lÉn nhiÔu céng ph©n bè Gauss. KÕt qu¶ ¶nh nhËn ®îc sau phÐp läc Gauss, nhiÔu gi¶m ®i mét c¸ch ®¸ng kÓ. Phæ cña ¶nh kÕt qu¶ cã ph©n bè ®Òu h¬n do c¸c møc x¸m cña ¶nh sau khi läc ®îc ph©n bè l¹i mét c¸ch ®ång ®Òu trong ph¹m vi cöa sæ läc. C¸c thµnh phÇn tÇn sè cao vµ c¸c ®iÓm cã biªn ®é lín ®Òu bÞ lo¹i trõ.

Thùc hµnh xö lý ¶nh

¶nh ban ®Çu

T¸ch biªn b»ng to¸n tö Laplace T¸ch biªn b»ng to¸n tö Sobel

§Ó t¸ch biªn ¶nh b»ng to¸n tö Laplace ta ïng menu Process/Sharpen §Ó t¸ch biªn ¶nh b»ng to¸n tö Soble ta ïng menu Process/Fin Eges Biªn ®îc t¸ch b»ng to¸n tö Sobel Ô quan s¸t h¬n so víi to¸n tö Laplace

Bµi 5. T¸ch biªn ¶nh H×nh bªn lµ ¶nh ®îc t¸ch biªn b»ng to¸n tö Sobel sau khi tiÒn xö lý (dïng bé läc gi¶m nhiÔu). So víi ¶nh kh«ng cã giai ®o¹n tiÒn xö lý th× ¶nh nµy cã biªn râ h¬n.

Thùc hµnh xö lý ¶nh

X¬ng ¶nh t×m ®îc X¬ng ¶nh t×m ®îc cã thùc hiÖn tiÒn xö lý cã thùc hiÖn tiÒn xö lý

X¬ng ¶nh t×m ®îc X¬ng ¶nh t×m ®îc kh«ng thùc hiÖn tiÒn xö kh«ng thùc hiÖn tiÒn xö lý lý

§Ó t¹o x¬ng ¶nh nhÞ ph©n ta chän menu Process/Binary/Skeletonize NÕu kh«ng thùc hiÖn tiÒn xö lý th× x¬ng ¶nh nhÞ ph©n vÉn cßn nh÷ng nÐt

thõa do nhiÔu t¹o ra,dÔ nhÇm víi chi tiÕt.