XỬ LÝ ẢNH · xử lý ảnh,nguyễn linh giang,dhbkhn Author: nguyễn linh giang Subject: nlg-digital image processing-xulyanh-cam nhan anh-image perception.pdf Keywords: xử

XỬ LÝ ẢNH

Nguyễn Linh GiangBộ môn Truyền thông và Mạng máy tính

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

http://cuuduongthancong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Nội dungNhập mônHệ thống xử lý tín hiệu hai chiềuCảm nhận ảnhSố hóa ảnhCác phép biến đổi ảnhCải thiện chất lượng ảnhPhục hồi ảnhPhân tích ảnhNén ảnh




Chương IIICảm nhận ảnh




III. Cảm nhận ảnh

3.1. Sóng điện từ, anh sáng và cácdạng ảnh3.2. Hệ thống thị giác3.3. Một số hiệu ứng thị giác3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc




3.1 Sóng điện từ, anh sáng vàcác dạng ảnh

Các dạng ảnhẢnh hồng ngoạiẢnh cực tímẢnh sóng vô tuyếnÁnh sáng nhìn thấySóng radaẢnh Rơn-ghenẢnh sóng âmẢnh điện tửẢnh quét positronẢnh cộng hưởng từ.....





Dải phổ sóng điện từ








Ví dụ về các loại ảnhẢnh theo độ chói ( cường độ sáng )Ảnh màuẢnh thiên văn

3.1 Sóng điện từ, anh sángvà các dạng ảnh




Biểu diễn ánh sáng qua phổ phân bốnăng lượng theo bước sóng I(λ)





3.2. Hệ thống thị giác

Tầm quan trọng nghiên cứu vềhệ thống thị giác

Trong mã hóa ảnh: những thôngtin không cảm nhận được sẽkhông cần thiết lưu trữ

Cấu tạo sơ lượcCầu mắtGiác mạcThủy tinh thểDịch kínhVõng mạc

Tế bào queTế bào nónĐiểm vàngĐiểm mù

Cơ chế điều chỉnh thị giác




Tế bào queCó từ 75-150 triệuRất nhạy cảm với ảnh sángCảm nhận trên dải rộngÁnh sáng ban ngày và đêmCung cấp khả năng nhìn đêmCảm nhận độ chói ( cường độ sáng ) Độ phân giải cao





Tế bào nónCó từ 6-7 triệuTập trung chủ yếu tại điểm vàng tại trung tâmvõng mạcCảm nhận trên dải hẹpĐộ phân giải thấpCó 3 loạitế bào nón cảm nhận các tần số: cảmnhận màu sắc

460 nm ( xanh lam ), 575 nm ( xanh lục ), 625 nm ( đỏ )

Khả năng nhìn ban ngày





Phân bố các tế bào que và tế bào nóntrong võng mạc





Độ nhạy sáng củatế bào que và tếbào nónHệ thống thị giáccho phép cảm nhận10 bậc chênh lệchvề cường độ trongdải chiếu sáng





3.3 Một số hiệu ứng thị giác

Các vạch Mach – cảm nhận độ sáng









Các điểm kì dị - cảm nhận độ tương phản








3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắc

Các thuộc tính ánh sángĐộ chói( Radiance – watt )

Tổng năng lượng của chùm tia từ nguồn

Độ rọi ( Luminance - lumens, lm) Độ đo năng lượng ánh sáng thu nhận được từ nguồn sáng. Biến thiên theo khoảng cách từ nguồn sáng, bước sóng, …Không phụ thuộc vào môi trường;

I(x, y, λ) – phân bố ánh sáng trong không gianV(λ) – hàm hiệu suất cảm độ rọi tương đối của hệ thống thị giác ( hàm dạng chuông )

∫∞

=0

)(),,(),( λλλ dVyxIyxL




3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcĐộ sáng ( Brightness )

Là thuộc tính chủ quan, đặc trưng cho khả năngcảm nhận độ rọiPhụ thuộc vào độ rọi của môi trường xung quanh

Độ tương phản tức thờiCảm nhận của hệ thống thị giác nhạy cảm hơn vớiđộ tương phản độ rọi hơn là độ rọi tuyệt đối;

|Ls – L0|/L0 = constĐối với độ rọi tương đối nhận biết được ΔL

ΔL / L ~ d(logL) ~ 0.02 ( const )Các mô hình độ rọi – độ tương phản

Giả thiết: L ∈ [1..100], c ∈ [1..100]C = 50 log10LC = 21.9 L1/3





Mô hình cảm nhận đơn sắcHàm truyền đạt điều biến ( MTF )Được xác định qua thực nghiệm với những hàm đánhgiá hình sin với độ tương phản khác nhauTương tự bộ lọc thông dải

Nhạy cảm với những tần số trung bìnhKém nhạy với những tần số cao

Phụ thuộc vào hướng đánh giáNhạy cảm hơn với hướng nằm ngang và thẳng đứng

Nhìn chung về cảm nhận đơn sắcThể hiện khả năng ánh sáng được mắt chuyển đổithành những thông tin về độ sáng




3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcTiêu chuẩn đánh giá độ trung thực ảnh

Các độ đo chủ quan ( định tính )Đánh giá theo cảm nhận của thị giác:

Thang tốt-xấu: tuyệt vời, tốt, khá tốt, kém, không đáp ứngCác độ đo đối sánh

Đối sánh với những ảnh khác, nhóm ảnh khác

Các độ đo khách quan ( định lượng )Sai số trung bình bình phương và các biến thểƯu điểm

Đơn giản, phông phụ thuộc vào chủ quanĐơn giản về mặt tính toán toán học

Nhược điểmKhông phải lúc nào cũng phản ảnh được cảm nhận thị giác





Tiêu chuẩn trung bình bình phươngTrung bình ( hoặc tổng ) của bình phương saiphân độ rọi của điểm sáng giữa hai ảnh

( )

( ) error square mean average - ),('),(1

error square average - ),('),(1

error square mean '

1 1

23

1 1

22

21

∑∑

∑∑

= =

= =

−=

−=

−−=

M

m

N

n

M

m

N

n

nmlnmlEMN

nmlnmlMN

llE

ε

ε

ε





Tỷ lệ tín hiệu – và nhiễu (SNR)

A – đặc trưng cho giá trị đỉnh- đỉnh ( peak – to – peak value )PSNR thường cao hơn SNR khoảng 12 – 15 Db

( )( )22

10

2210

/log10

(Db) /log10

e

es

A PSNR

SNR

σ

σσ

=

=





Màu sắcCảm nhận màu sắc phụ thuộc vào phổcủa ánh sángMàu của phổ: ánh sáng nhìn thấy với dảiphổ rất hẹpÁnh sáng với tất cả các thành phần phổnhìn thấy có năng lượng bằng nhau sẽđược cảm nhận là ánh sáng trắng





Các thuộc tính mô tả màu sắcCác màu được phân biệt dựa theo các thuộc tính: độ sáng, sắc độ, và độ bão hòa màuĐộ sáng: đặc trưng cho độ rọi cảm nhậnĐặc trưng màu ( Chrominance )

Sắc độ ( Hue )Là thuộc tính liên quan tới bước sóng chủ yếu trong hỗn hợpcác bước sóng ánh sáng. Đặc trưng cho màu sắc chủ đạo được người quan sát cảm nhận

Độ bão hòa ( Saturation )Đặc trưng cho độ thuần khiết tương đốiPhụ thuộc vào độ rộng của phổ ánh sángThẻ hiện lượng màu trắng được trộn với sắc độ

Hue và độ bão hòa gọi là đặc trưng màu( chromaticity )




3.4. Cảm nhận và biểu diễn màusắc

Biểu diễn màu bằng 3 màu cơ bản

Một màu bất kỳ có thểđược tạo nên bằng cáchtrộn 3 màu cơ bản3 dạng tế bào nón cảmnhận màu sắc

Đỏ, Lục, LamCảm nhận màu đượcmô tả bằng đáp ứngphổ αi(C)Các màu đượccảmnhận như nhau nếuαi(C1) = αi(C2)




3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcCác màu cơ bản: các tế bàonón hấp thụ các phổ Si(λ) có đỉnh tại các bước sóng

Màu đỏ (700 nm)65% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng đỏ ( 650nm)

Xanh lục (550nm)33% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng lục

Xanh lam (450nm)2% tế bào nón nhạycảm với ánh sáng lam

Pha trộn các màu R,G,B không thể biểu diễn tất cảcác màu





Đối sánh và tái tạo màu sắcHỗn hợp của 3 thành phần: C = Sumk(βkPk(λ))Đối sánh với một màu cho trước C1

Tăng βk sao cho αi(C1) = αi(C), i = 1, 2, 3Các giá trị ba kích thích:Tk(C)

Tk(C) = βk/wk

wk – định lượng của thành phần cơ bản thứ k để đối sánh vớimàu trắgn tham chiếu;

Độ màu ( chromaticity )tk = Tk/( T1 + T2 + T3 )t1 + t2 + t3 = 1Biểu đồ biểu diễn t1, t2 gọi là biểu đồ màu ( chromaticity diagram )Những giá trị âm có thể có, nhưng không thể tạo được từ nhữngmàu cơ bản.




3.4. Cảm nhận và biểu diễn màu sắcBiểu đồ đặc trưng màu

Các hệ số 3 màuX, Y, Z: các giá trị kích thích màu, biểu diễn lượng màu Đỏ, Lục, Lam cần thiết để tạo nên mộtmàu bấtkỳ

Ta có, x + y + z = 1, x và y sẽ tạonên biểu đồ đặc trưng màu

Biểu đồ đặc trưng màu CIE( Commision Internationale d’Eclairage )

x: Đỏ, y: LụcMàu trên vùng biên được bão hòahoàn toànĐộ bão hòa tại những điểm cónăng lượng bằng nhau bằng zero

, ,X Yx yX Y Z X Y Z

ZzX Y Z

= =+ + + +

=+ +





Gam màu ( color gamut )Bất kỳ 3 điểm trong biểuđồ thuộc tính màu có thểtạo ra tất cả các màutrong tam giác nàyDạng hình cong của biểuđồ cho thấy không cóhỗn hợp của 3 màu nàocó thể tạo nên tất cả cácmàu có thể




Các hệ biểu diễn màuĐỏ, Lục, Lam (RGB)Lục lam, Đỏ tươi, Vàng ( Cyan Magenta Yellow - CMY)Sắc độ, Bão hòa, Cường độ( Hue Saturation Intensity - HSI): gần với HVSMàu sắc = điểm giá trị màu trong khônggian màu 3D





RGB và CMYRGB: màn hình, videoCMY: công nghệ in






R, G, B tại 3 trục nhậngiá trị [0 1]Thang mức xám dọc theotrục chínhNếu mỗi thành phầnđược lượng tử hóa 256 mức [0:255], số lượngmàu: (28)3 = 224 = 16,777,216 màuRGB safe color:

Mỗi thành phần đượclượng tử hóa thành 6 mức từ 0 đến 255

24-bit RGB color cube RGB safe color cube





Mô hình màu HSISắc độ

Thuộc tính đặc trưngcho màu thuần [0,360]

Độ bão hòaMức độ của màu thuầnđược trộn với màutrắng [0,1]

Mô hình HSISắc độ và độ bão hòanằm trong mặt phẳngvuông góc với trụccường độ sáng [0,1]









Chuyển đổi giữa cáchệ biểu diễn màu

RGB CYM

HSI RGB

111

C RY G

RGB HISCường độ = Độ rọiĐộ bão hòa = Cường độ màuSắc độ = MàuHS = các tọa độ cực

M B

⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

0 120(1 )

cos1cos(60 )

1 ( )

o

o

HB I S

S HR IH

G R B

≤ ≤= −

⎡ ⎤⋅= ⋅ +⎢ ⎥−⎣ ⎦= − +

[ ]

( )

1

2

( ) ( ) / 2cos

( ) ( )( )

3603 min( , , )1

/ 3

R G R B

R G R B G B

B GH

B GR G BS

R G BI R G B

θ

θθ

−⎧ ⎫− + −⎪ ⎪= ⎨ ⎬

− + − −⎪ ⎪⎩ ⎭≤⎧

= ⎨ − >⎩⋅

= −+ +

= + +




Documents

XỬ LÝ ẢNH · xử lý ảnh,nguyễn linh giang,dhbkhn Author: nguyễn linh giang Subject: nlg-digital image processing-xulyanh-cam nhan anh-image perception.pdf Keywords: xử