Chơng Một: Nhập môn xử lý ảnh
nhập môn xử lý ảnh
introduction to digital image processing
1.1 Tổng quan về một hệ thống xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một khoa học còn tơng đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, nhất là trên qui mô công
nghiệp, song trong xử lý ảnh đã bắt đầu xuất hiện những máy tính chuyên dụng. Để có thể hình dung cấu hình một
hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trớc hết chúng ta sẽ
xem xét các bớc cần thiết trong xử lý ảnh.
Trớc hết là quá trình thu nhận ảnh. ảnh có thể thu nhận qua camera. Thờng ảnh thu nhận qua camera
là tín hiệu tơng tự (loại camera ống kiểu CCIR), nhng cũng có thể là tín hiệu số hoá (loại CCD - Charge Coupled
Device).

Lu trữ SENSOR

Lu trữ Hệ Q.Định

Hình 1.1.a. Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh
ảnh cũng có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor), hay ảnh, tranh đợc quét trên scanner. Chi tiết về
quá trình thu nhận ảnh sẽ đợc mô tả trong chơng 2. Tiếp theo là quá trình số hoá (Digitalizer) để biến đổi tín hiệu t-
ơng tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) và số hoá bằng lợng hoá, trớc khi chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lu
trữ lại.
Qúa trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ. Trớc hết là công việc tăng cờng ảnh
để nâng cao chất lợng ảnh. Do những nguyên nhân khác nhau: có thể do chất lợng thiết bị thu nhận ảnh, do nguồn
sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy biến. Do vậy cần phải tăng cờng và khôi phục lại ảnh để làm nổi bật một số đặc
tính chính của ảnh, hay làm cho ảnh gần giống nhất với trạng thái gốc- trạng thái trớc khi ảnh bị biến dạng. Giai đoạn
tiếp theo là phát hiện các đặc tính nh biên, phân vùng ảnh, trích chọn các đặc tính, v.v
Nhập môn xử lý ảnh số - ĐHBK Hà nội 1
1

1.2 các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
Nhập môn xử lý ảnh số - ĐHBK Hà nội 2
màn hình
đồ hoạ
camera Bộ xử lý Bộ nhớ ảnh
tơng tự

Bộ nhớ Máy chủ Bộ xử lý
ngoài ảnh số
Màn hình Bàn phím Máy in
Chơng Một: Nhập môn xử lý ảnh
Nh đã đề cập trong phần giới thiệu, chúng ta đã thấy đợc một cách khái quát các vấn đề chính trong xử lý
ảnh. Để hiểu chi tiết hơn, trớc tiên ta xem xét hai khái niệm (thuật ngữ) thờng dùng trong xử lý ảnh đó là Pixel (phần
tử ảnh) và grey level (mức xám), tiếp theo là tóm tắt các vấn đề chính.
1.2.1 Một số khái niệm
Pixel (Picture Element): phần tử ảnh
ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng. Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính
cần thiết phải tiến hành số hoá ảnh. Trong quá trình số hoá , ngời ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc
thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lợng hoá thành phần giá trị mà thể về nguyên tắc bằng
mắt thờng không phân biệt đợc hai điểm kề nhau. Trong quá trình này, ngời ta sử dụng khái niệm Picture element mà
ta quen gọi hay viết là Pixel - phần tử ảnh. ở đây cũng cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ
thống đồ hoạ máy tính. Để tránh nhầm lẫn ta tạm gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị. Khái niệm pixel thiết bị có
thể xem xét nh sau: khi ta quan sát màn hình (trong chế độ đồ hoạ), màn hình không liên tục mà gồm nhiều điểm nhỏ,
gọi là pixel. Mỗi pixel gồm một cặp toạ độ x, y và màu.

a)ảnh với độ phân giải 128 x128 b)ảnh với độ phân giải 64 x 64
Hình 1.2. Biểu diễn ảnh với độ phân giải khác nhau.
Cặp toạ độ x, y tạo nên độ phân giải (resolution). Nh màn hình máy tính có nhiều loại với độ phân giải khác
nhau: màn hình CGA có độ phân giải là 320 x 200; màn hình VGA là 640 x 350,
Nh vậy, một ảnh là một tập hợp các điểm ảnh. Khi đợc số hoá, nó thờng đợc biểu diễn bởi bảng hai chiều

Hình 1.3 ở trên cho ta thí dụ về sự biến dạng của ảnh do nhiễu.
Khôi phục ảnh là nhằm loại bỏ các suy giảm (degradation) trong ảnh. Với một hệ thống tuyến tính, ảnh của
một đối tợng có thể biểu diễn bởi:
g(x,y) =
h x y f d d x y( , ; , ) ( , ) ( ( , ))


+

+

+
Trong đó:
- (x,y) là hàm biểu diễn nhiễu cộng.
- f(,ò) là hàm biểu diễn đối tợng.
- g(x,y) là ảnh thu nhận.
- h((x,y; ,ò) là hàm tán xạ điểm (Point Spread Function - PSF).
Nhập môn xử lý ảnh số - ĐHBK Hà nội 4
f(,ò)

ò
g(x,y)
nhiễu
ò

Hệ thống
Thu nhận
Chơng Một: Nhập môn xử lý ảnh
Một vấn đề khôi phục ảnh tiêu biểu là tìm một xấp xỉ của f(,ò) khi PSF của nó có thể đo lờng hay quan sát đợc, ảnh
mờ và các tính chất xác suất của quá trình nhiễu.

với A
i,j
là ma trận m x n; i = 1, 2, ,m và j = 1, 2, , n.
Tích Kronecker
Cho A là ma trận kích thớc M
1
x M
2
và B ma trận kích thớc N
1
x N
2
.
Tích Kronecker của A và B ký hiệu là A

B là ma trận khối đợc định nghĩa:
a
1,1
B a
1,2
B . . . . A
1,M2
B
A

B = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
a
M1,1
B a
M1,2

m m mn
11 12 1
1 2
,










Chơng Một: Nhập môn xử lý ảnh
3 4 -3 -4

1.2.5 Phân tích ảnh
Phân tích ảnh liên quan đến việc xác định các độ đo định lợng của một ảnh để đa ra một mô tả đầy đủ về
ảnh. Các kỹ thuật đợc sử dụng ở đây nhằm mục đích xác định biên của ảnh. Có nhiều kỹ thuật khác nhau nh lọc vi
phân hay dò theo quy hoạch động. Vấn đề xác định biên cùng các kỹ thuật liên quan sẽ đợc trình bày trong chơng 5.
Ngời ta cũng dùng các kỹ thuật để phân vùng ảnh. Từ ảnh thu đợc, ngời ta tiến hành kỹ thuật tách (split) hay
hợp (fusion) dựa theo các tiêu chuẩn đánh giá nh: màu sắc, cờng độ, v v. Các phơng pháp đợc biết đến nh Quad-
Tree, mảnh hoá biên, nhị phân hoá đờng biên. Cuối cùng, phải kể đến các kỹ thuật phân lớp dựa theo cấu trúc. Vấn đề
này đợc trình bày trong chơng 6.
1.2.6 Nhận dạng ảnh
Nhận dạng ảnh là quá trình liên quan đến các mô tả đối tợng mà ngời ta muốn đặc tả nó. Quá trình nhận