Bài giảng Xử lý ảnh số
1

GV. Mai Cường Thọ
Lời mở đầu

Xử lý ảnh là một ngành khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa
học khác. Hiện nay nó đang là một trong những lĩnh lực được quan tâm và đã trở
thành môn học chuyên ngành của sinh viên hệ kỹ sư, cử nhân ngành Công nghệ
Thông tin.
Nhờ có công nghệ số hóa hiện đại, ngày nay con người đã có thể xử lý tín hiệu
nhiều chiều thông qua nhiều hệ thống khác nhau, từ những mạch số đơn giản cho
đến những máy tính song song cao cấp. Mục tiêu của xử lý này có thể chia làm ba
hướng như sau:
Xử lý ảnh ban đầu để có được ảnh mới theo một yêu cầu xác định (ví dụ như
ảnh mờ cần xử lý để được ảnh rõ hơn)
Phân tích ảnh để thu được các thông tin đặc trưng giúp cho việc phân loại,
nhận biết ảnh (ví dụ phân tích ảnh vân tay để trích chọn các đặc trưng vân
tay)
Hiểu ảnh đầu vào để có những mô tả về ảnh ở mức cao hơn, sâu hơn (ví dụ từ
ảnh mộttai nạn giao thông phác họa hiện trường tai nạn).

Trong bài giảng này, chúng ta sẽ tập trung vào những khái niệm cơ bản của xử lý
ảnh và giới hạn vấn đề trong phạm vi 2 – chiều

Các ứng dụng trong:
- Sản xuất và kiểm tra chất lượng
- Di chuyển của Robot
- Các phương tiện đi lại tự trị
- Công cụ hướng dẫn cho người mù
- An ninh và giám sát

LnmS
≤
),(
(L số mức xám dùng biểu diễn ảnh).
- M, N thường được chọn là M=N=2
K
(K=8,9,10). L =2
B
, B là số bít mã hóa cho độ
sáng(biên độ) mỗi pixel.
- Ảnh số được biểu diễn bởi ma trận 2 chiều. Các phần tử của nó là biểu diễn cho
các pixel số hóa.
- Ta ký hiệu 1 ảnh số là S(M,N). Ta nói ảnh có độ phân giải MxN. Ký hiệu s(m,n) để
chỉ ra một phần tử ảnh.

Hình 1.1 : Ảnh tương tự và Ảnh số hóa
Bài giảng Xử lý ảnh số
3

GV. Mai Cường Thọ
2. Hệ thống xử lý ảnh
- Xử lý ảnh: Ảnh vào → Ảnh kết quả.
- Đối tượng xử lý của hệ thống ở đây là các ảnh (hàm 2 biến liên tục hoặc rời rạc).
- Có thể tóm tắt hệ thống xử lý ảnh gồm các giai đoạn chính như sau:

Hình 1.2 Các giai đoạn chính trong hệ thố ng xử lý ảnh
+ Thu nhận ảnh: - Qua các camera (tương tự, số).
- Từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (Sensors).
- Qua các máy quét ảnh (Scaners).
+ Số hóa ảnh: Biến đổi ảnh tương tự thành ảnh rời rạc để xử lý bằng máy tính:

1,0,1,0 −≤≤−≤≤ NlnMkm Biểu diễn bằng hàm toán
- S: ảnh
- (m,n): Tọa độ của Pixel trong miền không gian (2D)
- s(m,n): Độ sáng (Mức xám) của pixel (m,n).
- [0-L
max
]: Thang mức xám - Vùng các mức xám được phép sử dụng. L
max
thường
là 255, nghĩa là chúng ta sử dụng thang mức xám 8 bit.
255),(0
≤
≤
nms

- Với
10,10 −≤≤−≤≤ NnMm
, ta gọi đó là ảnh số M x N
 Biểu diễn bằng ma trận điểm:

Hình 1.3 a, Ảnh thật 10x10; b, Ảnh được zoom; c, Mô tả ảnh bằng ma trận điểm
 Mô hình hóa ảnh
- Mô hình cảm nhận ảnh: Là mô hình biểu diễn thông qua các thuộc tính cảm nhận
ảnh (màu sắc, cường độ sáng), các thuộc tính về thời gian, các cảm nhận về phối
cảnh, bố cục.
- Mô hình cục bộ: Là mô hình biểu diễn thể hiện mối tương quan cục bộ của các
phần tử ảnh (ứng dụng cho các bài toán xử lý và nâng cao chất lượng ảnh).


),( yx
η
là hàm biểu diễn nhiễu cộng.
),(
β
α
f
là hàm biểu diễn đối tượng.
),( yxg
là ảnh thu nhận.
),;,(
β
α
yxh
là đáp ứng xung của hệ thống, còn gọi là hàm tán xạ điểm (Point Spread
Function- PSF).
Một vấn đề khôi phục ảnh tiêu biểu là tìm một xấp xỉ của
),(
β
α
f
khi PSF có thể
đo lường hay quan sát được, ảnh mờ và các tính chất sác xuất của quá trình nhiễu.
 Các thao tác: lọc nhiễu, giảm độ méo,…
 Các phương pháp: lọc ngược, lọc thích nghi (Wiener), khôi phục ảnh từ các hình
chiếu.

4. Biến đổi ảnh
 Mục đích: Biến đổi thể hiện của ảnh dưới các góc nhìn khác nhau tiến cho việc xử

α
f

),;,(
β
α
yxh

Bài giảng Xử lý ảnh số
6

GV. Mai Cường Thọ
 Các phương pháp: Phương pháp phát hiện biên cục bộ, dò biên theo qui hoạch
động, phân vùng theo miền đồng nhất, phân vùng dựa theo đường biên…

6. Nén ảnh
 Mục đích: giảm không gian lưu trữ, thuận tiện truyền thông trên mạng.
 Phương pháp: nén không mất thông tin, nén mất thông tin
+ Nén không mất thông tin (nén chính xác): khai thác các thông tin dư thừa.
+ Nén mất thông tin: khai thác các thông tin dư thừa và các thông tin không liên
quan.
- Hiện nay có một số chuẩn nén hay dùng: JPEG, MPEG (JPEG-2000, MPEG-4)

7. Nhận dạ ng
- Nhận dạng ảnh là quá trình liên quan đến mô tả đối tượng mà người ta muốn đặc
tả nó. Thường đi sau quá trình trích chọn các đặc tính của đối tượng.
- Có 2 kiểu mô tả đối tượng:
+ Mô tả theo tham số (nhận dạng theo tham số).
+ Mô tả theo cấu trúc (nhận dạng theo cấu trúc).
 Ứng dụng: nhận dạng đối tượng, mặt, vân tay, văn bản…

2. Quan hệ liên thông (Conectivity)
N
4
(p) N
D
(p) N
8
(p)
Bài giảng Xử lý ảnh số
7

GV. Mai Cường Thọ
2
212
2112
212
2
0

- Quan hệ liên thông giữa 2 pixel là quan trọng bởi vì: nó được sử dụng để thiết lập
các đường biên của đối tượng và các thành phần của các vùng ảnh.
- Hai pixel là có quan hệ liên thông với nhau nếu:
+ Chúng là láng giềng của nhau
+ Các giá trị xám của chúng thỏa mãn tiêu chuẩn nhất định về sự tương đồng.
- Với
Sp
∈

m-Adjacency
: 2 pixel p,q là
m-Adjacency
nếu:
+
)(
4
pNq∈
hoặc
)(pNq
D
∈
và
VpNpN
D
∉∩ )()(
4

m-Adjacency
là sự cải tiến của
8-Adjacency
, nhằm loại bỏ bớt các đường liên kết
kép thường gặp phải khi ta dùng
8-Adjacency
.

 2 ảnh con

đường tròn bán kính r tâm tại (x,y).
 City-Block Distance (D
4
Distance)