Xử lý ảnh số - Những nguyên lý cơ bản part 1

Chia sẻ: Adfgajdshd Asjdaksdak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'xử lý ảnh số - những nguyên lý cơ bản part 1', công nghệ thông tin, an ninh - bảo mật phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Xử lý ảnh số - Những nguyên lý cơ bản part 1

Chu.o.ng 2 ˜.NG NGUYEN LY CO. BAN ˙ ’ ˆ ´ NHU ˙ ’ ˙ ’ ´ ˆ CUA ANH SO ´ ˙ ’ .˙’ 2.1 Mˆ h` chiˆu s´ng-phan xa anh o ınh ea Trong gi´o tr` n`y, thuˆt ng˜. anh n´i dˆn h`m cu.`.ng d o s´ng (light-intensity) hai ´ u˙’ a ınh a a o ¯e a o ¯ˆ a . . chiˆu f (x, y ), trong d ´ gi´ tri hay biˆn d ˆ cua f tai (x, y ) l` cu.`.ng d o (d o s´ng) cua ` e ¯o ˙ .’ ˙ ’ e ¯o a . ao ¯ˆ ¯ˆ a . . . .o.ng, f (x, y ) cˆn kh´c khˆng v` anh tai d e’m n`y. Do ´nh s´ng l` mˆt dang nˇng lu . ˙ ` ˙ ’ . ¯iˆ a a a ao. a a a o a . h˜.u han, t´.c l` u ua . 0 < f (x, y ) < ∞. C´c anh ch´ng ta quan s´t thˆ y gˆm ´nh s´ng d .o.c phan xa t`. c´c d oi tu.o.ng. a`a ´o ´ a˙ ’ ˙ ’ u a a ¯u . . u a ¯ˆ . .a v`o ban chˆ t tu. nhiˆn cua ´nh s´ng c´ thˆ’ xem f (x, y ) d ˇc tru.ng cho hai th`nh ˙ ´ Du a ˙ ’ e ˙a ’ a. a oe ¯a a . . . nhˆ t l` sˆ lu.o.ng cua nguˆn s´ng chiˆu t´.i canh d .o.c quan s´t; th´. hai l` ` ´ ´ `a ´ ˙’ eo˙ ’ phˆn. Th´ a u a ao . o ¯u . a u a sˆ lu.o.ng ´nh s´ng phan xa bo.i d oi tu.o.ng trong canh. C´c th`nh phˆn n`y d .o.c goi ´ ’´ ` ˙ ’ . ˙ ¯ˆ ˙ ’ o. a a a a a a ¯u . . . .o.ng u.ng l` chiˆu s´ng v` phan xa, k´ hiˆu l` i(x, y ) v` r(x, y ). Ta c´ thˆ’ viˆt ˙´ ´ ˙’ tu ´ a ea a yea a oee . . f (x, y ) = i(x, y )r(x, y ), trong d ´ ¯o 0 < i(x, y ) < ∞ v` a 0 ≤ r(x, y ) ≤ 1. 21
Diˆu kiˆn sau chı ra rˇ ng th`nh phˆn phan xa bi chˇn bo.i 0 (hˆ p thu ho`n to`n) v` 1 -` ` ` ´ ˙ ’ ˙ ’ ..a ˙ ’ e e a a a a .a a a . . .o.c x´c d inh bo.i nguˆn s´ng, u´ ` ` `a ˙ ’ ˙ ’ (phan xa ho`n to`n). Ch´ y rˇ ng, th`nh phˆn i(x, y ) d u . a ¯. .a a a a a ¯ o .o.c x´c d nh bo.i c´c d ac tru.ng cua d ˆi tu.o.ng trong canh. ´ ˙ a ¯ˇ ’ ˙ ¯o ’ ˙’ trong khi r(x, y ) d u . a ¯i ¯ . . . ` ´ .`y ´ ˙ ’ C´c th`nh phˆn chiˆu s´ng v` phan xa vˆ l´ thuyˆt l` bi chˇn. Sau d ˆy l` mˆt a a a ea a e ea. a ¯a a o . . ´ ˙’ v`i gi´ tri minh hoa pham vi cua i(x, y ). V`o ng`y nˇng khˆng mˆy, i(x, y ) ≥ 9000. Gi´ aa. a aa o a a . . .n 1000 v`o ng`y c´ nhiˆu mˆy. Nh˜.ng d em trˇng rˇ m, i(x, y ) 0.01. ` ` ˙ ’ tri n`y nho ho .a a ao e a u ¯ˆ a a Tai c´c vˇn ph`ng th` i(x, y ) 100. Tu.o.ng tu. sau d ˆy l` mˆt v`i gi´ tri d ˇc biˆt cua e˙ .’ .aa o ı ¯a a o a a . ¯a . . . .i nhung d .i inˆc, 0.80 v´.i c´c b´.c tu.`.ng phˇng so.n ˙ ’ ´ ´ r(x, y ) : 0.01 d oi v´ ¯ˆ o ¯en, 0.65 d oi v´ ¯ˆ o o oau o a trˇng, 0.90 v´.i c´c dung cu kim loai tr´ng bac v` 0.93 d ˆi v´.i tuyˆt. ´ ´ ´ a oa. .a .a ¯o o e . Trong gi´o tr` n`y, cu.`.ng d o cua anh d o.n sˇc f tai (x, y ) goi l` m´.c x´m (gray ´ o ¯ˆ ˙ ˙ .’’ ¯ a ınh a a .au a . level), k´ hiˆu l, cua anh tai d e’m n`y. Ta c´ ˙ ˙˙ ’’ ye . ¯iˆ a o . Lmin ≤ l ≤ Lmax . Vˆ l´ thuyˆt, ta chı cˆn Lmin > 0 v` Lmax h˜.u han. Trong thu.c tˆ, Lmin = iminrmin v` `y ´ ˙` ´ ’a e e a u .e a . Lmax = imax rmax . Su. dung c´c gi´ tri trˆn cua th`nh phˆn chiˆu s´ng v` phan xa, ta ` ´ ˙. ’ ˙ ’ ˙ ’ a a.e a a ea a . .ng u.ng dung xu. l´ anh. c´ thˆ’ xˆ p xı Lmin 0.005 v` Lmax 100 trong nh˜ ˙´ ’ o ea ˙ ˙ y˙ ’ ’ a u´ . Doan [Lmin, Lmax ] goi l` thang d o x´m (gray scale). Trong thu.c tˆ ta thu.`.ng tinh -. ´ .a ¯ˆ a .e o . . .o.ng u.ng m`u d v` l = L l` m`u ´ a `¯. ˙’ tiˆn khoang n`y vˆ d oan [0, L] trong d o l = 0 tu e e ¯´ ´ a ¯en a aa trˇng. Tˆ t ca c´c gi´ tri trung gian tu.o.ng u.ng c´c sˇc th´i cua m´.c x´m (thay d ˆ’i ˙ ´ ´ ´’ a ˙a a˙ ’ a a. ´ aa ua ¯o liˆn tuc t`. d en sang trˇng). ´ e . u¯ a Lˆy mˆu v` lu.o.ng tu. ho´ ˜ ´ ˙’ 2.2 a a a a . Lˆ y mˆ u v` lu.o.ng tu. ho´ d` u ˜ ´ ˙’ 2.2.1 a a a a ¯ˆ e . Dˆ’ c´ thˆ’ xu. l´ trˆn m´y t´nh, cˆn phai sˆ ho´ h`m anh f (x, y ) ca vˆ khˆng gian lˆn -e o e ˙ y e ˙ ˙’ ˜ ` ’´ ˙` ˙o aa ˙ ’ ’e o aı a a ˜ .´ ´ ´ biˆn d ˆ. Sˆ ho´ c´c toa d ˆ khˆng gian (x, y ) goi l` lˆ y mˆu (image sampling) c`n sˆ e ¯o o a a . ¯o o . aa a oo . .o.ng tu. ho´ (gray-level quantization). ˙’a ho´ biˆn d ˆ goi l` lu . a e ¯o . a. Gia su. h`m anh f (x, y ) d .o.c xˆ p xı bo.i viˆc lˆ y mˆu v´.i khoang c´ch bˇ ng nhau ˜ ` ´ ’’ ea .´ ˙˙a ˙ ’’ ’ ¯u . a ˙ ˙ ˙ ’ ao a a .o.ng tu. ho´ d` u) v` d u.o.c sˇp xˆp o. dang ma trˆn k´ch thu.´.c ˜ ´ ´ ´’ ˙ ’ a¯ . a e ˙ . (goi l` lˆ y mˆu v` lu . . aa aa a ¯ˆ e aı o . 22
´ . a˙ ’ N × M, goi l` anh sˆ: o   f (0, 0) f (0, 1) ··· f (0, M − 1)     f (1, 0) f (1, 1) ··· f (1, M − 1)        , f (x, y ) . . . .   . . . . . . . .       f (N − 1, 0) f (N − 1, 1) · · · f (N − 1, M − 1) trong d ´ mˆi phˆn tu. cua mang, goi l` d iˆ’m anh hay pixel, l` mˆt d ai lu.o.ng r`.i rac. ˙’ ˜ ` a˙˙ ’’ ˙ ’ . a ¯e ˙ ¯o o a o ¯. o. . . Tiˆn tr` lˆ y mˆu c´ thˆ’ xem nhu. phˆn hoach mˇt phˇng xy th`nh mˆt lu.´.i ˙ ˜ ˙ ’ ´ ´ e ınh a aoe a a a a o o . . . .i c´c toa d ˆ tˆm cua lu.´.i l` cˇp c´c phˆn tu. (x, y ) ∈ Z2 v` xˆ p xı h`m bˇ ng phu.o.ng ` `˙ ´’ ˙ ’ a’ aa ˙a v´ a . ¯o a o oaa a a . . . c´c h`m “co. so.” thˆng qua c´c gi´ tri n`y. Trong lu.o.ng tu. ho´ ta cho ˙ ’ ˙a ’ ph´p nˆi suy t` a a ao u o a a.a . . .u han (“c´c m´.c lu.o.ng tu. ho´”), thay ’´ ˙a a ˙’ ph´p c´c h`m chı lˆ y c´c gi´ tri trong tˆp h˜ eaa a. au a u a . . . .c tˆ bˇ ng c´c m´.c lu.o.ng tu. ho´ gˆn v´.i n´ nhˆ t. C´c d e’m lˆ y mˆu ˙ a . . ´` ˜ a` ´ ´ ˙’ cho gi´ tri thu e a a u aooa a ¯iˆ a a . .c lu.o.ng tu. c´ thˆ’ cho tru.´.c, hoˇc ch´ng c´ thˆ’ phu thuˆc v`o thuˆc ˙ ˙ ˙o e ’ v`/hoˇc c´c m´ a aa u o a u oe oa o . . . . . . t´nh cua h`m. Do d ´ f (x, y ) l` h`m anh sˆ nˆu (x, y ) ∈ Z2 v` f l` h`m g´n mˆt gi´ ´´ ˙a ’ aa ˙ ’ ı ¯o oe a aa a oa . .`.ng l` sˆ nguyˆn) d oi v´.i mˆi cˇp (x, y ). ˜a ´ ´o tri x´m (thu o .a ao e ¯ˆ o. Tiˆn tr` sˆ ho´ cˆn x´c d .nh c´c gi´ tri M, N v` sˆ c´c m´.c x´m. Trong thu.c ´ ınh o a ` ´ ´ e a a ¯i a a. aoa ua . ´ c´c d . i lu.o.ng n`y thu.`.ng l` lu˜ th`.a nguyˆn cua hai; t´.c l` ˙ ’ tˆ a ¯a e a o ayu e ua . N = 2n , M = 2k , G = 2m , trong d ´ G l` sˆ c´c m´.c x´m. Phˆn n`y s˜ gia thiˆt c´c m´.c x´m r`.i rac thay d o’i ˙ ´ ` ´ aae˙ ’ ¯o aoa ua ea ua o. ¯ˆ c´ch d` u nhau trong khoang 0 v` L. Khi d o sˆ c´c bit d e’ lu.u tr˜. anh sˆ l` ˙ ´ ´ ˙’ u˙ ’ a ¯ˆ e a ¯´ o a ¯ˆ oa b = N × M × m. Nˆu M = N th` b = N 2 m. Chˇng han, anh 128 × 128 v´.i 64 m´.c x´m cˆn 98304 bit ˙ ’ ´ ua` .˙ ’ e ı a o a .u tr˜.. lu u V´ du 2.2.1 Anh trong H`nh 2.1 d .o.c chia th`nh 16 h`ng v` 16 cˆt. Gi´ tri d u.o.c ˙ ’ ı. ı ¯u . a a a o a .¯ . . .o.c l`m tr`n) cua c´c pixel trong lˆn cˆn ˙a ’ g´n cho pixel p l` gi´ tri x´m trung b`nh (d . a a a a .a ı ¯u o aa . ˙ ’ cua p. Vˆ n d` d ˇt ra l` cˆn bao nhiˆu mˆu v` m´.c x´m dˆ’ c´ anh xˆ p xı tˆt? Dˆ phˆn a ˙ o -o a ˙ ˜ ´ e. a` ´ ’´ a a u a ¯e o ˙ ’ a ¯ˆ ¯a a e . .c d ˆ c´ thˆ’ thˆ y r˜ chi tiˆt) cua mˆt anh phu thuˆc rˆ t nhiˆu v`o ˙´ ´ ´ `a ˙ ’ ˙ ’ o˙ ’ giai (resolution) (m´ ¯o o e a o u. e oa e . . . 23
Cˆt o . H`ng a f (10, 3) ´ o a˙ ’ H` 2.1: Sˆ ho´ anh liˆn tuc. Gi´ tri x´m tai pixel c´ toa d ˆ x = 10, y = 3 l` 110. ınh e. a.a o . ¯o a . . c´c tham sˆ n`y. Khi c´c tham sˆ n`y tˇng th` anh sˆ ho´ s˜ gˆn v´.i anh thu.c tˆ ho.n ´ ´ o ae` ´ ´ ı˙ ’ a o˙ ’ a oa a oa a .e nhu.ng do d ´ c˜ng d oi hoi khˆng gian lu.u tr˜. nhiˆu ho.n v` xu. l´ ph´.c tap ho.n. Mˆt ` ¯o u ¯` ˙ ’ a ˙y u . ’ o u e o . .o.ng anh khˆng nh˜.ng phu thuˆc v`o d anh gi´ ´a ´ ´ ˙ ’ ˙ ’ “anh tˆt” rˆ t kh´ d .nh ngh˜ v` chˆ t lu . o o ¯i ıa ı a o u o a ¯´ a . . chu quan m` c`n phu thuˆc rˆ t nhiˆu v`o c´c u.ng dung. .´ ` ˙ ’ ao oa e a a´ . . Lˆ y mˆ u v` lu.o.ng tu. ho´ khˆng d` u ˜ ´ ˙’ 2.2.2 a a a a o ¯ˆ e . V´.i d o phˆn giai khˆng gian cˆ d inh, chˆ t lu.o.ng anh s˜ d u.o.c cai thiˆn trong nhiˆu ´ ´ ` ˙’ ˙ ’ ˙ ’ o ¯ˆ a o o ¯. a e¯ . e e . . . .`.ng ho.p bˇ ng c´ch su. dung phu.o.ng ph´p th´ch nghi trong d ´ qu´ tr`nh lˆ y mˆu ` ˜ ´ ˙. ’ tru o a a a ı ¯o a ı a a . phu thuˆc v`o c´c d ac tru.ng cua anh. N´i chung, ta thu.`.ng lˆ y mˆu min trong nh˜.ng ˜ ´ ˙˙ ’’ o a a ¯ˇ o o a a u . . . . .c x´m thay d o’i nhiˆu, tr´i lai lˆ y mˆu thˆ v´.i nh˜.ng v`ng tu.o.ng d oi tro.n. ˙ ˜ ` ´ ´ v`ng m´ a u u ¯ˆ e a.a a oo u u ¯ˆ Chˇng han, x´t anh ch´.ng minh thu., hiˆ’n nhiˆn nˆn ch´.a rˆ t ´ thˆng tin chi tiˆt v` ˙ ˙ ’ e` ´ ´ e˙ ’ a u e e u a ıt o ea . .o.c biˆ’u diˆn bˇ ng viˆc lˆ y mˆu thˆ. Tr´i lai, khuˆn mˇt ch´.a nhiˆu chi tiˆt c´ thˆ’ d u . ˙ ˙ ˜a e` ˜ .´ ` ´ o e¯ e ea a o a. o a u e e . nˆn viˆc lˆ y mˆu min s˜ nˆng cao chˆ t lu.o.ng anh sˆ ho´. Ngo`i ra, viˆc lˆ y mˆu c˜ng ˜ ˜ .´ ´ ´ .´ ˙’ e ea a . ea a oa a ea au . . v`ng “biˆn” gi˜.a khuˆn mˇt v` nˆn. `a a a` ˙ ’ cˆn tˇng o u a e u o e . Phu.o.ng ph´p lˆ y mˆu khˆng d` u c´ thˆ’ gˆy ra nh˜.ng tro. ngai trong viˆc nhˆn ˙ ˜ ´ ˙ ’ aa a o ¯ˆ o e a e u e a . . . .`.ng biˆn. Lˆ y mˆu khˆng d` u c˜ng ´t d .o.c su. dung d oi v´.i nh˜.ng anh ˜ ´ ´o ˙. ’ ˙ ’ dang c´c d u o a¯ e a a o ¯ˆ u ı ¯u . e ¯ˆ u . .a nhiˆu v`ng nho d` ng dang. ` ˙ ¯ˆ ’o ch´u eu . Khi sˆ c´c m´.c x´m cˆn gi˜. lai ´t, tu.o.ng tu. nhu. trˆn, ch´ng ta c´ thˆ’ lu.o.ng tu. ˙ ´ ua` ˙’ oa a u.ı e u oe. . 24
ho´ khˆng d` u. Tuy nhiˆn, mˇt ngu.`.i tu.o.ng d ˆi k´m nhay cam v´.i viˆc x´c d .nh sˇc ´ ´ ´ ˙ ’ a o ¯ˆ e e a o ¯o e o e a ¯i a . . .c x´m d ot ngˆt; trong tru.`.ng ho.p n`y su. dung ´ m´.c x´m th´i gˆn v`ng thay d o’i m´ a ¯ˆ ˙ a` u a ˙ . ıt u a ’ a ¯ˆ u o o . . . trong lˆn cˆn cua d .`.ng biˆn. C´c m´.c c`n lai d .o.c su. dung trong nh˜.ng v`ng m´.c a a ˙ ¯u o ’ u o . ¯u . ˙ . ’ e a u u u . .ng d .`.ng viˆn sai. ¯ˆ ıt. - ` x´m thay d o’i ´ Diˆu n`y s˜ tr´nh hoˇc giam viˆc tao ra nh˜ ˙ ` ˙ ’ a e aea a e. u ¯u o e . . Mˆt k˜ thuˆt kh´c l` t´ tˆn sˆ xuˆ t hiˆn cua tˆ t ca c´c m´.c x´m. Sau d ´ ta a a ınh ` o a a ´ ´ e ˙ a ˙a ’´’ oy a ua ¯o . . . .o.ng tu. ho´ min v´.i nh˜.ng khoang tu.o.ng u.ng tˆn sˆ l´.n v` ngu.o.c lai. ` oo a a´ ˙’a.o ˙ ’ s˜ lu . e u ´ .. Quan hˆ co. ban gi˜.a c´c pixel ˙ ’ 2.3 e u a . Phˆn n`y k´ hiˆu f (x, y ) l` anh, c´c ch˜. c´i viˆt thu.`.ng nhu. p, q l` c´c pixel. Tˆp ` ´ a˙’ aaye a ua e o aa a . . ˙ a anh f (x, y ) k´ hiˆu l` S. ’˙ ’ con cu yea . ˙ ’ 2.3.1 C´c lˆn cˆn cu a mˆt pixel aaa o . . Pixel p = (x, y ) c´ bˆn pixel lˆn cˆn ngang v` du.ng v´.i c´c toa d ˆ tu.o.ng u.ng l` ´ oo aa a ¯´ o a . ¯o ´ a . . (x + 1, y ), (x − 1, y ), (x, y + 1), (x, y − 1). Tˆp gˆm bˆn pixel n`y goi l` 4-lˆn cˆn v` k´ hiˆu l` N4 (p). Bˆn lˆn cˆn d u.`.ng ch´o a` ´ ´ .o o a .a a a ay e a o a a ¯o e . . . ˙ ’ cua p c´ c´c toa d ˆ o a . ¯o . (x + 1, y + 1), (x + 1, y − 1), (x − 1, y + 1), (x − 1, y − 1). Tˆp gˆm bˆn pixel lˆn cˆn d u.`.ng ch´o k´ hiˆu l` ND (p). Tˆp N8 (p) := N4 (p) ∪ ND (p) a` ´ .o o a a ¯o eyea a . . . aaa˙ ’ goi l` 8-lˆn cˆn cua p. . . Ch´ y rˇ ng c´ thˆ’ c´ mˆt sˆ pixel lˆn cˆn cua p nˇ m ngo`i anh sˆ f nˆu p nˇ m ˙ u´ ` ` ` .´ ´ ´ aa˙ ’ a˙ ’ a o eo o o a o e a . e ˙˙’’ trˆn biˆn cua anh. e 2.3.2 Liˆn thˆng e o Liˆn thˆng gi˜.a c´c pixel l` kh´i niˆm quan trong d u.o.c su. dung dˆ’ x´c d .nh biˆn cua ˙ ¯. ˙ . ’ e˙ ’ e o ua aae ¯e a ¯i . . c´c d ˆi tu.o.ng v` c´c th`nh phˆn cua c´c v`ng trong anh. Dˆ’ x´c d .nh hai pixel l` - e a ¯i ˙ ´ ` ˙au ’ ˙ ’ a ¯o aa a a a . liˆn thˆng ch´ng ta cˆn kiˆ’m tra: ˙ ` e o u a e 25