Thu nhận ảnh

Thu nhận ảnh image representation and modeling Chương này giới thiệu quá trình thu nhận ảnh cũng như các thiết bị dùng trong hệ thống xử lý ảnh. Tiếp theo là quá trình lấy mẫu và lượng tử hoá ảnh. Đồng thời cũng giới thiệu một số phương pháp biểu diễn ảnh, các kiểu tệp và cấu trúc của chúng dùng trong lưu trữ ảnh như .IMG, .PCX,TIFF, Cuối cùng, trình bày nguyên tắc tái hiện ảnh gồm các kỹ thuật Bayer Dithering, Rylander Pattern Matrix 2.1 các thiết bị thu nhận ảnh và kỹ thuật phân tích màu 2.1.1 Thiết bị thu nhận ảnh Một hệ thống xử lý ảnh có thể trang bị kèm theo các hệ thống thông tin địa lý - GIS (Geographical Information System) hay hệ MORPHO (giá khoảng7 đến 8 triệu USD) hoặc có thể là hệ thống máy tính cá nhân. Các thiết bị thu ảnh thông thường gồm máy quay (camera) cộng với bộ chuyển đổi tương tự số AD(Analog to Digital) hoặc máy quét (scanner) chuyên dụng. Các thiết bị thu nhận ảnh này có thể cho ảnh trắng đen B/W (Black & White) với mật độ từ 400 đến 1600 dpi (dot per inch) hoặc ảnh màu 600 dpi. Với ảnh B/W mức màu z là 0 hoặc 1. Với ảnh đa cấp xám, mức xám biến thiên từ 0 đến 255. ảnh màu, mỗi điểm ảnh lưu trữ trong 3 bytes và do đó ta có 2 8x3 = 2 24 màu (cỡ 16, 7 triệu màu). Khi dùng scanner, một dòng photodiot sẽ quét ngang ảnh (quét theo hàng) và cho ảnh với độ phân giải ngang khá tốt. Đầu ra của scanner là ảnh ma trận số mà ta quen gọi là bản đồ ảnh (ảnh Bitmap). Bộ số hoá (digitalizer) sẽ tạo ảnh vector có hướng. Trong xử lý ảnh bằng máy tính, ta không thể không nói đến thiết bị monitor (màn hình) để hiện ảnh. Monitor có nhiều loại khác nhau: - CGA : 640 x 320 x 16 màu, - EGA : 640 x 350 x 16 màu, - VGA : 640 x 480 x 16 màu, - SVGA: 1024 x 768 x 256 màu. Với ảnh màu, có nhiều cách tổ hợp màu khác nhau. Theo lý thuyết màu do Thomas đưa ra từ năm 1802, mọi màu đều có thể tổ hợp từ 3 màu cơ bản: Red (đỏ), Green (lục) và Blue (lơ). Thiết bị ra ảnh có thể là máy in đen trắng, máy in màu hay máy vẽ (plotter). Máy vẽ cũng có nhiều loại: loại dùng bút, loại phun mực. Nhìn chung, các hệ thống thu nhận ảnh thực hiện 2 quá trình:

doc20 trang | Chia sẻ: tlsuongmuoi | Ngày: 17/01/2013 | Lượt xem: 1680 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thu nhận ảnh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
thu nhËn ¶nh image representation and modeling Ch­¬ng nµy giíi thiÖu qu¸ tr×nh thu nhËn ¶nh còng nh­ c¸c thiÕt bÞ dïng trong hÖ thèng xö lý ¶nh. TiÕp theo lµ qu¸ tr×nh lÊy mÉu vµ l­îng tö ho¸ ¶nh. §ång thêi còng giíi thiÖu mét sè ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn ¶nh, c¸c kiÓu tÖp vµ cÊu tróc cña chóng dïng trong l­u tr÷ ¶nh nh­ .IMG, .PCX,TIFF,.... Cuèi cïng, tr×nh bµy nguyªn t¾c t¸i hiÖn ¶nh gåm c¸c kü thuËt Bayer Dithering, Rylander Pattern Matrix.... 2.1 c¸c thiÕt bÞ thu nhËn ¶nh vµ kü thuËt ph©n tÝch mµu 2.1.1 ThiÕt bÞ thu nhËn ¶nh Mét hÖ thèng xö lý ¶nh cã thÓ trang bÞ kÌm theo c¸c hÖ thèng th«ng tin ®Þa lý - GIS (Geographical Information System) hay hÖ MORPHO (gi¸ kho¶ng7 ®Õn 8 triÖu USD) hoÆc cã thÓ lµ hÖ thèng m¸y tÝnh c¸ nh©n. C¸c thiÕt bÞ thu ¶nh th«ng th­êng gåm m¸y quay (camera) céng víi bé chuyÓn ®æi t­¬ng tù sè AD(Analog to Digital) hoÆc m¸y quÐt (scanner) chuyªn dông. C¸c thiÕt bÞ thu nhËn ¶nh nµy cã thÓ cho ¶nh tr¾ng ®en B/W (Black & White) víi mËt ®é tõ 400 ®Õn 1600 dpi (dot per inch) hoÆc ¶nh mµu 600 dpi. Víi ¶nh B/W møc mµu z lµ 0 hoÆc 1. Víi ¶nh ®a cÊp x¸m, møc x¸m biÕn thiªn tõ 0 ®Õn 255. ¶nh mµu, mçi ®iÓm ¶nh l­u tr÷ trong 3 bytes vµ do ®ã ta cã 2 8x3 = 2 24 mµu (cì 16, 7 triÖu mµu). Khi dïng scanner, mét dßng photodiot sÏ quÐt ngang ¶nh (quÐt theo hµng) vµ cho ¶nh víi ®é ph©n gi¶i ngang kh¸ tèt. §Çu ra cña scanner lµ ¶nh ma trËn sè mµ ta quen gäi lµ b¶n ®å ¶nh (¶nh Bitmap). Bé sè ho¸ (digitalizer) sÏ t¹o ¶nh vector cã h­íng. Trong xö lý ¶nh b»ng m¸y tÝnh, ta kh«ng thÓ kh«ng nãi ®Õn thiÕt bÞ monitor (mµn h×nh) ®Ó hiÖn ¶nh. Monitor cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau: - CGA : 640 x 320 x 16 mµu, - EGA : 640 x 350 x 16 mµu, - VGA : 640 x 480 x 16 mµu, - SVGA: 1024 x 768 x 256 mµu. Víi ¶nh mµu, cã nhiÒu c¸ch tæ hîp mµu kh¸c nhau. Theo lý thuyÕt mµu do Thomas ®­a ra tõ n¨m 1802, mäi mµu ®Òu cã thÓ tæ hîp tõ 3 mµu c¬ b¶n: Red (®á), Green (lôc) vµ Blue (l¬). ThiÕt bÞ ra ¶nh cã thÓ lµ m¸y in ®en tr¾ng, m¸y in mµu hay m¸y vÏ (plotter). M¸y vÏ còng cã nhiÒu lo¹i: lo¹i dïng bót, lo¹i phun mùc. Nh×n chung, c¸c hÖ thèng thu nhËn ¶nh thùc hiÖn 2 qu¸ tr×nh: C¶m biÕn: biÕn ®æi n¨ng l­îng quang häc (¸nh s¸ng) thµnh n¨ng l­îng ®iÖn. Tæng hîp n¨ng l­îng ®iÖn thµnh ¶nh. 2.1.2 BiÓu diÔn mµu ¸nh s¸ng mµu lµ tæ hîp cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c. M¾t ng­êi chØ cã thÓ c¶m nhËn ®­îc vµi chôc mµu, song l¹i cã thÓ ph©n biÖt ®­îc tíi hµng ngµn mµu. Cã 3 thuéc tÝnh chñ yÕu trong c¶m nhËn mµu: - Brightness: s¾c mµu, cßn gäi lµ ®é chãi. - Hue : s¾c l­îng, cßn gäi lµ s¾c th¸i mµu. - Saturation: ®é b·o hoµ Víi nguån s¸ng ®¬n s¾c, ®é hue t­¬ng øng víi b­íc sãng (. §é b·o hoµ thay ®æi nhanh nÕu ta thªm l­îng ¸nh s¸ng tr¾ng. H×nh 2.1 m« t¶ mèi liªn quan gi÷a c¸c ®¹i l­îng trªn vµ 3 mµu chñ yÕu R, G vµ B. Víi mét ®iÓm W* cè ®Þnh, c¸c kÝ hiÖu G, R, B chØ vÞ trÝ t­¬ng ®èi cña c¸c phæ mµu ®á, lôc vµ l¬. Do sù t¸n s¾c ¸nh s¸ng (øng víi khai triÓn Fourier) mµ ta nh×n râ mµu. Theo Maxwell, trong vâng m¹c m¾t cã 3 lo¹i tÕ bµo h×nh nãn c¶m thô 3 mµu c¬ b¶n øng víi 3 phæ hÊp thô S1((), S2(() vµ S3((). White - Mét mµu bÊt kú sÏ lµ mét ®iÓm lines of greys W* trªn vßng trßn. Hue - NÕu White vµ Black lµ nh­ G S S R nhau th× ®­êng trßn lµ lín nhÊt vµ R lµ ®iÓm b·o hoµ. B - S thay ®æi theo b¸n kÝnh Saturation - H thay ®æi theo gãc ( - W* lµ s½c mµu Black H×nh 2.1. HÖ to¹ ®é mµu RGB (min = 380 nm; ( max = 780 nm. S1(() S2(() S3(() 100 80 60 40 20 0 400 500 600 650 ( yellow green blue H×nh 2.2 C¸c ®­êng cong c¶m nhËn S1, S2 vµ S3. Theo lý thuyÕt 3 mµu, ph©n bè phæ n¨ng l­îng cña mét nguån s¸ng mµu ký hiÖu lµ C(() vµ tæ hîp mµu theo nguyªn t¾c 3 mµu cã thÓ m« t¶ b»ng h×nh 2.3 d­íi ®©y: (1(C) c(() (2(C) (3(C) H×nh 2.3. Nguyªn t¾c tæ hîp mµu. Do ®ã, (i(C) = (()c(()d( víi i = 1, 2, 3. (2.1) (i(C) gäi lµ ®¸p øng phæ (spectral responses). Ph­¬ng tr×nh 2.1 gäi lµ ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn mµu. NÕu C1(() vµ C2(() lµ hai ph©n bè phæ n¨ng l­îng t¹o nªn c¸c ®¸p øng phæ (1(C1) vµ (2(C2) mµ (i(C1) = (i(C2), víi i =1, 2, 3 th× hai mµu C1 vµ C2 lµ nh­ nhau (s¸nh ®­îc). 2.1.3 Tæng hîp mµu vµ s¸nh mµu Mét trong c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n cña lý thuyÕt biÓu diÔn mµu lµ sö dông mét tËp c¸c nguån s¸ng (mµu) ®Ó biÓu diÔn mµu. Theo lý thuyÕt 3 mµu cña Thomas, ng­êi ta h¹n chÕ sè mµu cßn 3 mµu c¬ b¶n: ®á, lôc vµ l¬. Gi¶ sö r»ng ba nguån s¸ng c¬ b¶n cã ph©n phèi phæ n¨ng l­îng lµ pk( () víi k =1, 2, 3 vµ:  pk( ()d( = 1 §Ó s¸nh mét mµu C((), gi¶ sö r»ng 3 mµu c¬ b¶n ®­îc tæ hîp theo tØ lÖ (k((), k =1, 2, 3, nh­ vËy: (k(()pk( () sÏ cho C((). Thay gi¸ trÞ nµy vµo ph­¬ng tr×nh 2.1 ta cã: (i(C) = (()[(k(()pk( ()] d( = (k(()pk( ()Si(()d( = (k(()ai,k víi ai,k = pk( ()Si(()d( Nh­ vËy, cã thÓ tæng hîp mµu theo phÐp céng: mµu X = (1 ®á + (2 xanh + (3 l¬ víi (1, (2 vµ (3 lµ c¸c hÖ sè tæng hîp. Ph­¬ng ph¸p nµy hay ®­îc dïng trong c¸c ¶nh d©n dông. Lý thuyÕt tæng hîp mµu trªn cho phÐp ®­a ra mét sè luËt s¸nh mµu sau: i) mäi mµu cã thÓ s¸nh bëi nhiÒu nhÊt 3 mµu. ii) nguån s¸ng cña mét mµu tæng hîp b»ng tæng nguån s¸ng c¸c mµu thµnh phÇn. iii) nÕu mµu C1 s¸nh ®­îc víi mµu C1' vµ C2 s¸nh ®­îc víi mµu C2' th×: - (1 C1+ (2 C2 = (1C1'+ (2 C2' : luËt céng mµu - nÕu C1+ C2 = C1'+ C2' vµ C2 = C2' th× C1 = C1'. iv) luËt b¾c cÇu: nÕu C1 = C2 vµ C2 = C3 th× C1 = C3. dÊu = ë trªn cã nghÜa lµ s¸nh ®­îc. 2.1.4 HÖ to¹ ®é mµu Tæ chøc quèc tÕ vÒ chuÈn ho¸ mµu CIE(Commision Internationale d'Eclairage) ®­a ra mét sè c¸c chuÈn ®Ó biÓu diÔn mµu. C¸c hÖ nµy cã c¸c chuÈn riªng. ë ®©y chØ ®Ò cËp ®Õn chuÈn mµu CIE-RGB (hÖ to¹ ®é dïng 3 mµu c¬ b¶n). Nh­ ®· nªu trªn, mét mµu lµ tæ hîp cña c¸c mµu c¬ b¶n theo mét tØ lÖ nµo ®Êy. Nh­ vËy, mét pixel ¶nh mµu kÝ hiÖu Px ®­îc viÕt: Px = Ng­êi ta dïng hÖ to¹ ®é ba mµu R-G-B(t­¬ng øng víi hÖ to¹ ®é x-y-z) ®Ó biÓu diÔn mµu nh­ sau: Blue (l¬) (0,0,1) l¬ (0,0,1) TÝm xanh TÝm (1,0,1) (1,1,1) vµng ®Ëm (0,0,0) ®en (0,1,0) lôc Green (lôc) (1,0,0) ®á (1,1,0) vµng Red (®á) Trong c¸ch biÓu diÔn nµy ta cã c«ng thøc: ®á + lôc + l¬ =1. C«ng thøc nµy gäi lµ c«ng thøc Maxell. Trong h×nh vÏ trªn, tam gi¸c t¹o bëi ba ®­êng ®øt ®o¹n gäi lµ tam gi¸c Maxell. Ta còng cã thÓ chuyÓn tõ hÖ to¹ ®é 3 mµu vÒ hÖ to¹ ®é x-y-z. 2.2 LÊy mÉu vµ l­îng tö ho¸ (Image Sampling and quantization) Yªu cÇu c¬ b¶n nhÊt trong xö lý ¶nh b»ng m¸y tÝnh lµ ®­a ¶nh vÒ d¹ng biÓu diÔn sè thÝch hîp, nghÜa lµ ¶nh ph¶i ®­îc biÓu diÔn bëi mét ma trËn h÷u h¹n t­¬ng øng víi viÖc lÊy mÉu ¶nh trªn mét l­íi rêi r¹c vµ mçi pixel ®­îc l­îng ho¸ bëi mét sè h÷u h¹n bit. ¶nh sè ®­îc l­îng ho¸ cã thÓ ®­îc xö lý hay chuyÓn qua b­íc biÕn ®æi sè t­¬ng tù - DA(Digital to Analog) ®Ó t¸i hiÖn trªn thiÕt bÞ hiÖn ¶nh. 2.2.1 QuÐt ¶nh (Image scanning) Ph­¬ng ph¸p chung ®Ó lÊy mÉu lµ quÐt ¶nh theo hµng vµ m· ho¸ tõng hµng. VÒ nguyªn t¾c, mét ®èi t­îng, phim hay giÊy trong suèt sÏ ®­îc chiÕu s¸ng liªn tôc ®Ó t¹o nªn mét ¶nh ®iÖn tö trªn tÊm c¶m quang. Tuú theo c¸c lo¹i camera mµ tÊm c¶m quang nµy lµ chÊt quang dÉn hay quang truyÒn. HÖ thèng camera èng sö dông ph­¬ng ph¸p scan-out-digitalizer; cßn hÖ thèng camera CCD(Charge Coup;ed Device) cho ¶nh ma trËn. f(x,y) fi(x,y) u(m,n) u(m,n) ¶nh vµo H×nh 2.4. LÊy mÉu vµ l­îng ho¸ Camera CCD thùc sù lµ thiÕt bÞ mÉu ho¸ tÝn hiÖu 2 chiÒu vµ gäi lµ ph­¬ng ph¸p sefl-scanning matrix. Nguyªn t¾c cña 2 ph­¬ng ph¸p ®­îc minh ho¹ qua h×nh 2-6 trang bªn. Lý thuyÕt mÉu ho¸ 2 chiÒu - ¶nh víi d¶i giíi h¹n (Band limited Images) Mét hµm f(x,y) gäi lµ d¶i giíi h¹n nÕu khai triÓn Fourier F((1, (2) cña nã lµ 0 bªn ngoµi miÒn bao (h×nh 2.5). F((1, (2) = 0 víi ((1( > (x0 , ((2( > (y0 (2.2) Víi (x0 vµ (y0 lµ d¶i giíi h¹n theo x vµ y cña ¶nh. Qu¸ tr×nh sè ho¸ ¶nh cã thÓ hiÓu nh­ m« h×nh tÝn hiÖu d¶i giíi h¹n. Mét ¶nh d¶i giíi h¹n f(x,y) tho¶ m·n ph­¬ng tr×nh 2.2 vµ ®­îc lÊy mÉu ®Òu trªn mét l­íi h×nh ch÷ nhËt víi b­íc nh¶y (x, (y cã thÓ kh«i phôc l¹i kh«ng cã sai sãt dùa trªn c¸c gi¸ trÞ mÉu f(m(x,n(y). Theo lý thuyÕt lÊy mÉu trong xö lý tÝn hiÖu, nÕu tÇn sè lÊy mÉu theo x, y lín h¬n 2 lÇn d¶i giíi h¹n (x0, (y0 hay t­¬ng ®­¬ng víi:  = (xs > 2 (x 0,  = (ys > 2 (y0 th× cã thÓ kh«i phôc ®­îc. TØ sè nµy do Nyquist ®Ò xuÊt vµ mang tªn tØ sè Nyquist. F((1, (2) (2 (20 - (10 (10 (1 (x0 (1 --(y0 -(y0 (2 H×nh 2.5. Khai triÓn Fourier cña hµm d¶i giíi h¹n. camera ChiÕu s¸ng (illumination) object/phim (®èi t­îng chiÕu s¸ng) ®Ých a) Ph­¬ng ph¸p sè ho¸ Scan-out ( Bé ChuyÓn M¹ch Bé ®iÒu khiÓn L­îng ho¸ (Switch ( &logic u(m,n) control) b) Ph­¬ng ph¸p Self-scanning array H×nh 2.6. Ph­¬ng ph¸p lÊy mÉu & l­îng ho¸ ¶nh H¬n n÷a, viÖc kh«i phôc l¹i ¶nh cã thÓ néi suy theo c«ng thøc: f(x,y) = (2.3) Trong thùc tÕ, nhiÔu ngÉu nhiªn lu«n cã mÆt trong tÝn hiÖu ¶nh. Do ®ã, lý thuyÕt lÊy mÉu ë trªn ph¶i ®­îc më réng víi mét sè kü thuËt kh¸c nh­: l­íi kh«ng vu«ng, l­íi b¸t gi¸c. §Ó ®¬n gi¶n khi tr×nh bµy, nh÷ng kü thuËt nµy kh«ng nªu ë ®©y. §éc gi¶ cã quan t©m xin tham kh¶o tµi liÖu[1]. 2.2.2 L­îng ho¸ ¶nh (Image Quantization) 2.2.2.1 Kh¸i niÖm vµ nguyªn t¾c l­îng ho¸ ¶nh L­îng ho¸ ¶nh lµ b­íc kÕ tiÕp cña viÖc lÊymÉu, nh»m thùc hiÖn mét ¸nh x¹ tõ mét biÕn liªn tôc u sang mét biÕn rêi r¹c u* víi c¸c gi¸ trÞ thuéc tËp h÷u h¹n {r1, r2, . . ., rL}. ¸nh x¹ nµy th­êng lµ mét hµm bËc thang (h×nh 2.7) tu©n theo nguyªn t¾c sau: Cho {tk, k=1, 2, . . . L+1} lµ mét tËp c¸c b­íc dÞch chuyÓn hay møc ®é quyÕt ®Þnh; t1 lµ gi¸ trÞ nhá nhÊt vµ tL+1 lµ gi¸ trÞ lín nhÊt cña u. C¸ch ®¬n gi¶n nhÊt lµ dïng l­îng ho¸ ®Òu. Theo ph­¬ng ph¸p nµy, gi¶ sö ®Èu ra cña mét bé c¶m biÕn ¶nh nhËn gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 10.0. NÕu mÉu lµ l­îng ho¸ ®Òu trªn 256 møc, th× b­íc dÞch chuyÓn tk vµ møc x©y dùng l¹i rk ®­îc tÝnh bëi: tk =  víi k =1, 2,...,257; rk = tk -  víi k =1, 2,..., 256 §¹i l­îng q = tk - tk-1 = rk - rk-1 lµ h»ng sè víi c¸c gi¸ trÞ k vµ gäi lµ kho¶ng l­îng ho¸. Trong phÇn nµy, ta chØ xem xÐt c¸c bé l­îng ho¸ kh«ng bé nhí (zero memory quantizer), cã nghÜa lµ ®Çu ra chØ phô thuéc duy nhÊt lµ ®Çu vµo. C¸c bé l­îng ho¸ kiÓu nµy rÊt cã Ých trong kü thuËt m· ho¸ ¶nh nh­ m· ho¸ ®iÒu xung PCM (Pulse Code Modulation), PCM vi ph©n, chuyÓn m·, v...v. Chó ý r»ng, ¸nh x¹ l­îng ho¸ nµy kh«ng thuËn nghÞch, nghÜa lµ víi mét ®Çu ra ®· cho, ®Çu vµo lµ kh«ng duy nhÊt. V× vËy, ng­êi ta ®· nghiªn cøu bæ xung nhiÒu kü thuËt kh¸c nhau ®Ó cùc tiÓu ho¸ biÕn d¹ng, t¨ng hiÖu qu¶. Mét kü thuËt phæ dông lµ trung b×nh b×nh ph­¬ng cùc tiÓu (do Lloyd-max ®Ò xuÊt) chóng ta sÏ m« t¶ d­íi ®©y. u* u Bé u* ®Çu ra l­îng ho¸ u lçi l­îng ho¸ H×nh 2.7. M« h×nh bé l­îng ho¸. 2.2.2.2 Kü thuËt l­îng ho¸ trung b×nh b×nh ph­¬ng cùc tiÓu Kü thuËt nµy nh»m cùc tiÓu ho¸ sai sè trung b×nh b×nh ph­¬ng ®èi víi mét sè møc l­îng ho¸ ®· cho. Cho u lµ mét biÕn thùc ngÉu nhiªn víi hµm mËt ®é liªn tôc Pu(u). Mong muèn ë ®©y lµ t×m ®­îc møc ®é quyÕt ®Þnh tk vµ møc kh«i phôc l¹i rk víi mét bé l­îng ho¸ L møc sao cho sai sè trung b×nh b×nh ph­¬ng lµ nhá nhÊt. Gäi ( = E[(u - u*)2] =  (2.4) NhiÖm vô lµ t×m min cña (. ViÕt l¹i (2.4) ta cã: ( =  i=0, 1,. . ., L-1 (2.5) §Ó tÝnh rk, ta cÇn gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh (nhËn ®­îc khi lÊy vi ph©n 2.5): (tk -rk-1)2Pu(tk) - (tk - rk) 2Pu(tk) = 0 2 (u - rk)Pu(u)du = 0 L­u ý r»ng tk ( tk-1, do ®ã gi¸ trÞ cña tk vµ rk cho bëi: tk = (rk - rk-1)/2 k = 1, 2, . . . L (2.6) vµ rk =  k = 0, 1, . . ., L-1 (2.7) Th«ng th­êng hÖ ph­¬ng tr×nh (2.6), (2.7) lµ kh«ng tuyÕn tÝnh. KÕt qu¶ trªn chøng tá r»ng møc dÞch chuyÓn tèi ­u n»m trªn nöa ®­êng cña c¸c møc xkh«i phôc l¹i. C¸c møc kh«i phôc l¹i tèi ­u n»m t¹i träng t©m cña ph©n bè mËt ®é gi÷a c¸c møc dÞch chuyÓn. Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh (2.6) & (2.7) ta thu ®­îc c¸c cËn t1 vµ tL+1. Trong thùc tÕ, ng­êi ta hay ¸p dông ph­¬ng ph¸p Newton ®Ó gi¶i ph­¬ng tr×nh trªn. Khi sè møc l­îng ho¸ lín, ng­êi ta dïng ph­¬ng ph¸p xÊp xØ mËt ®é x¸c suÊt nh­ mét hµm h»ng kh«n ngoan (picewise) pu(u) = pu(vi) víi vi = (ti + ti+1); ti ( u < ti+1. Thay gi¸ trÞ míi cña pu(u) vµo 2.5 vµ tÝnh cùc tiÓu ho¸, ta cã lêi gi¶i xÊp xØ cho møc quyÕt ®Þnh ti+1[1]: ti+1 =  (2.8) víi A = tL+1 - t1 vµ rk = (k/L)A, k=1,2,...,L. Tõ ®ã ta dÔ dµng tÝnh ®­îc gi¸ trÞ cña sai sè (. (*) C¸c hµm mËt ®é th­êng dïng lµ hµm Gauss vµ hµm Laplace. Hµm Gauss cã d¹ng: Pu(u) = ) (2.9) Hµm Laplace cã d¹ng: Pu(u) = (/2 * exp(-((u-(() (2.10) trong ®ã: ( lµ kú väng to¸n häc (2 lµ hiÖp biÕn víi biÕn ngÉu nhiªn u ®èi víi hµm Gauss. HiÖp biÕn Laplace ®­îc tÝnh bëi (2 =2/(. Tr­êng hîp ®Æc biÖt, nÕu ph©n bè lµ ®Òu th× hÖ ph­¬ng tr×nh (2.6) & (2.7) lµ tuyÕn tÝnh vµ sÏ cho ta c¸c kho¶ng ®Òu nhau gi÷a c¸c møc dÞch chuyÓn vµ møc kh«i phôc l¹i. Do vËy, phÐp l­îng ho¸ nµy cã tªn lµ l­îng ho¸ tuyÕn tÝnh. Gi¶ sö hµm mËt ®é cho bëi c«ng thøc: 1/(tL+1 - t1) nÕu ti ( u ( ti+1 pu(u) = 0 kh¸c ®i Tõ ph­¬ng tr×nh (2.7) ta cã: rk =  (2.11) do ®ã tk = (tk+1 - tk)/2 ( tk = tk-1 = tk+1 - tk = const = q. Cuèi cïng ta cã q = (tL+1 -t1)/L; tk = tk-1 + q; rk = tk - q/2 (2.12) Nh­ vËy, mäi møc dÞch chuyÓn vµ møc kh«i phôc l¹i ®Òu c¸ch ®Òu. Sai sè cña phÐp l­îng ho¸ lµ u - u* sÏ ph©n phèi ®Òu trªn kho¶ng (-q/2 , q/2). Sai sè trung b×nh b×nh ph­¬ng sÏ lµ: ( =  (2.13)* L­îng ho¸ ®Òu nh­ trªn kh¸ thuËn tiÖn cho cµi ®Æt. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ ta cßn gÆp nhiÒu lo¹i ph©n bè kh«ng ®Òu cña c¸c biÕn ngÉu nhiªn. §éc gi¶ quan t©m ®Õn c¸c biÕn ®æi nµy còng nh­ so s¸nh kÕt qu¶ gi÷a mét sè ph­¬ng ph¸p xin tham kh¶o tµi liÖu [1]. 2.3 mét sè ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn ¶nh (image representation) Sau b­íc sè ho¸, ¶nh sÏ ®­îc l­u tr÷ hay chuyÓn sang giai ®o¹n ph©n tÝch. Tr­íc khi ®Ò cËp ®Õn vÊn ®Ò l­u tr÷ ¶nh, ta cÇn xem xÐt ¶nh sÏ ®­îc biÓu diÔn ra sao trong bé nhí m¸y tÝnh. PhÇn trªn còng ®· nãi ®Õn c¸c m« h×nh to¸n häc ®Ó biÓu diÔn ¶nh. NÕu l­u tr÷ trùc tiÕp ¶nh th« theo kiÓu b¶n ®å ¶nh, dung l­îng sÏ kh¸ lín, tèn kÐm mµ nhiÒu khi kh«ng hiÖu qu¶ theo quan ®iÓm øng dông. Th­êng ng­êi ta kh«ng biÓu diÔn toµn bé ¶nh th« mµ tËp trung ®Æc t¶ c¸c ®Æc tr­ng cña ¶nh nh­: biªn ¶nh (Boundary) hay c¸c vïng ¶nh (Region). C¸c kü thuËt ph¸t hiÖn biªn hay ph©n vïng ¶nh sÏ ®­îc giíi thiÖu kü trong ch­¬ng 5 vµ 6. D­íi ®©y giíi thiÖu mét sè ph­¬ng ph¸p biÓu diÔn. Th­êng ng­êi ta dïng: - BiÓu diÔn m· lo¹t dµi (Run - Length Code). - BiÓu diÔn m· xÝch (Chaine Code). - BiÓu diÔn m· tø ph©n (Quad Tree Code). Ngoµi ra còng dïng m« h×nh thèng kª . 2.3.1 M· lo¹t dµi Ph­¬ng ph¸p nµy hay dïng biÓu diÔn cho vïng ¶nh hay ¶nh nhÞ ph©n. Mét vïng ¶nh R cã thÓ biÓu diÔn ®¬n gi¶n nhê mét ma trËn nhÞ ph©n: u(m,n) = 1 nÕu (m,n) ( R 0 nÕu kh«ng Víi c¸ch biÓu diÔn trªn, mét vïng ¶nh hay ¶nh nhÞ ph©n ®­îc xem nh­ gåm c¸c chuçi 0 hay 1 ®an xen. C¸c chuçi nµy gäi lµ mét m¹ch (run). Theo ph­¬ng ph¸p nµy, mçi m¹ch sÏ ®­îc biÓu diÔn bëi ®Þa chØ b¾t ®Çu cña m¹ch vµ chiÒu dµi m¹ch theo d¹ng: (, chiÒu dµi). 0 1 2 3 4 0 ¶nh ®­îc biÓu diÔn 1 (1,1) 1, (1,3) 2 2 (2,0) 4, (3,1) 2 H×nh 2.8. ¶nh nhÞ ph©n vµ c¸c biÓu diÔn m· lo¹t dµi t­¬ng øng. NhiÒu d¹ng biÕn thÓ kh¸c nhau kh¸c nhau cña ph­¬ng ph¸p nµy sÏ ®Ò cËp chi tiÕt trong Ch­¬ng 8 (8.2.1). 2.3.2 M· xÝch M· xÝch th­êng ®­îc dïng ®Ó biÓu diÔn biªn cña ¶nh. Thay v× l­u tr÷ toµn bé ¶nh, ng­êi ta l­u tr÷ d·y c¸c ®iÓm ¶nh nh­ A, B,..., M (h×nh 2.9). Theo ph­¬ng ph¸p nµy, 8 h­íng cña vÐct¬ nèi 2 ®iÓm biªn liªn tôc ®­îc m· ho¸. Khi ®ã ¶nh ®­îc biÓu diÔn qua ®iÓm ¶nh b¾t ®Çu A cïng víi chuçi c¸c tõ m·. §iÒu nµy ®­îc minh ho¹ trong h×nh 2-9 d­íi ®©y. Mét biÕn thÓ cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ t¨ng sè h­íng. Víi biªn còng cßn nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c (Ch­¬ng 5). 2 A 7 3 1 M 1 B 6 0 1 E 0 F 2 J C D G 4 0 K 4 J 2 5 3 I 4 H 5 6 7 H×nh 2-9. H­íng c¸c ®iÓm biªn vµ m· t­¬ng øng. A 111 110 000 001 000 110 101 110 101 010 100 010 2.3.3 M· tø ph©n Theo ph­¬ng ph¸p m· tø ph©n, mét vïng cña coi nh­ bao kÝn bëi mét mét h×nh ch÷ nhËt. Vïng nµy ®­îc chia lµm 4 vïng con (quadrant). NÕu mét vïng con gåm toµn ®iÓm ®en (1) hay toµn ®iÓm tr¾ng(0) th× kh«ng cÇn chia tiÕp. Trong tr­êng hîp ng­îc l¹i, vïng con gåm c¶ ®en vµ tr¾ng gäi lµ vïng x¸m l¹i tiÕp tôc ®­îc chia lµm 4 vïng con tiÕp. Qu¸ tr×nh chia dõng l¹i khi kh«ng thÓ chia tiÕp ®­îc n÷a, cã nghÜa lµ vïng con chØ chøa thuÇn nhÊt ®iÓm ®en hay tr¾ng. Nh­ vËy, c©y biÓu diÔn gåm mét chuçi c¸c ký hiÖu b(black), w (white) vµ g(grey) kÌm theo ký hiÖu m· ho¸ 4 vïng con. BiÓu diÔn theo ph­¬ng ph¸p nµy ­u viÖt h¬n so víi c¸c ph­¬ng ph¸p trªn, nhÊt lµ so víi m· lo¹t dµi. Tuy nhiªn, ®Ó tÝnh to¸n sè ®o c¸c h×nh nh­ chu vi, m« men lµ kh¸ khã. 2.4 C¸c ®Þnh d¹ng ¶nh c¬ b¶n trong xö lý ¶nh ¶nh thu ®­îc sau qu¸ tr×nh sè ho¸ cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau, phô thuéc vµo kü thuËt sè ho¸ ¶nh. Nh­ ®· nãi ë phÇn trªn , ta chia lµm 2 lo¹i: ¶nh ®en tr¾ng vµ ¶nh mµu. ¶nh thu nhËn ®­îc cã thÓ l­u tr÷ trªn tÖp ®Ó phôc vô cho c¸c b­íc xö lý tiÕp theo. D­íi ®©y sÏ tr×nh bµy mét sè ®Þnh d¹ng ¶nh th«ng dông hay dïng trong qu¸ tr×nh xö lý ¶nh hiÖn nay. 2.4.1 §Þnh d¹ng ¶nh IMG ¶nh IMG lµ ¶nh ®en tr¾ng. PhÇn ®Çu cña ¶nh IMG cã 16 bytes chøa c¸c th«ng tin cÇn thiÕt : + 6 bytes ®Çu: dïng ®Ó ®¸nh dÊu ®Þnh d¹ng ¶nh IMG. Gi¸ trÞ cña 6 bytes nµy viÕt d­íi d¹ng Hexa: 0x0001 0x0008 0x0001. + 2 bytes tiÕp theo: chøa ®é dµi mÉu tin. §ã lµ ®é dµi cña d·y c¸c bytes kÒ liÒn nhau mµ d·y nµy sÏ ®­îc lÆp l¹i mét sè lÇn nµo ®ã. Sè lÇn lÆp nµy sÏ ®­îc l­u trong byte ®Õm. NhiÒu d·y gièng nhau ®­îc l­u trong mét byte. §ã lµ c¸ch l­u tr÷ nÐn sÏ ®­îc ®Ò cËp chi tiÕt trong ch­¬ng 8. + 4 bytes tiÕp: m« t¶ kÝch cì pixel + 2 bytes tiÕp : sè pixel trªn mét dßng ¶nh + 2 bytes cuèi: sè dßng ¶nh trong ¶nh. ¶nh IMG ®­îc nÐn theo tõng dßng. Mçi dßng bao gåm c¸c gãi(pack). C¸c dßng gièng nhau còng ®­îc nÐn thµnh mét gãi. Cã 4 lo¹i gãi sau: Lo¹i 1: Gãi c¸c dßng gièng nhau Quy c¸ch gãi tin nµy nh­ sau: 0x00 0x00 0xFF Count. Ba byte ®Çu cho biÕt sè c¸c d·y gièng nhau; byte cuèi cho biÕt sè c¸c dßng gièng nhau. Lo¹i 2: Gãi c¸c d·y gièng nhau Quy c¸ch gãi tin nµy nh­ sau: 0x00 Count. Byte thø hai cho biÕt sè c¸c d·y gièng nhau ®­îc nÐn trong gãi. §é dµi cña d·y ghi ë ®Çu tÖp. Lo¹i 3: D·y c¸c pixel kh«ng gièng nhau, kh«ng lÆp l¹i vµ kh«ng nÐn ®­îc. Qui c¸ch nh­ sau: 0x80 Count. Byte thø hai cho biÕt ®é dµi d·y c¸c pixel kh«ng gièng nhau kh«ng nÐn ®­îc. Lo¹i 4: D·y c¸c pixel gièng nhau Tuú theo c¸c bit cao cña byte ®Çu ®­îc bËt hay t¾t. NÕu bit cao ®­îc bËt (gi¸ trÞ 1) th× ®©y lµ gãi nÐn c¸c bytes chØ gåm bit 0, sè c¸c byte ®­îc nÐn ®­îc tÝnh bëi 7 bit thÊp cßn l¹i. NÕu bit cao t¾t (gi¸ trÞ 0) th× ®©y lµ gãi nÐn c¸c byte gåm toµn bit 1. Sè c¸c byte ®­îc nÐn ®­îc tÝnh bëi 7 bit thÊp cßn l¹i. C¸c gãi tin cña file IMG phong phó nh­ vËy lµ do ¶nh IMG lµ ¶nh ®en tr¾ng, do vËy chØ cÇn 1 bit cho 1 pixel thay v× 4 hoÆc 8 nh­ ®· nãi ë trªn. Toµn bé ¶nh chØ cã nh÷ng ®iÓm s¸ng vµ tèi t­¬ng øng víi gi¸ trÞ 1 hoÆc gi¸ trÞ 0. Tû lÖ nÐn cña kiÓu ®Þnh d¹ng nµy lµ kh¸ cao. 2.4.2 §Þnh d¹ng ¶nh PCX §Þnh d¹ng ¶nh PCX lµ mét trong nh÷ng ®Þnh d¹ng ¶nh cæ ®iÓn nhÊt. Nã sö dông ph­¬ng ph¸p m· lo¹t dµi RLE (Run-Length-Encoded) ®Ó nÐn d÷ liÖu ¶nh. Qu¸ tr×nh nÐn vµ gi¶i nÐn ®­îc thùc hiÖn trªn tõng dßng ¶nh. Thùc tÕ, ph­¬ng ph¸p gi¶i nÐn PCX kÐm hiÖu qu¶ h¬n so víi kiÓu IMG. TÖp PCX gåm 3 phÇn: ®Çu tÖp (header), d÷ liÖu ¶nh (image data) vµ b¶ng mµu më réng(xem h×nh 2.10). Header cña tÖp PCX cã kÝch th­íc cè ®Þnh gåm 128 byte vµ ®­îc ph©n bè nh­ sau: + 1 byte : chØ ra kiÓu ®Þnh d¹ng. NÕu lµ kiÓu PCX/PCC nã lu«n cã gi¸ trÞ lµ 0Ah. + 1 byte: chØ ra version sö dông ®Ó nÐn ¶nh, cã thÓ cã c¸c gi¸ trÞ sau: - 0: version 2.5. - 2: version 2.8 víi b¶ng mµu. - 3: version 2.8 hay 3.0 kh«ng cã b¶ng mµu. - 5: version 3.0 cã b¶ng mµu. + 1 byte: chØ ra ph­¬ng ph¸p m· ho¸. NÕu lµ 0 th× m· ho¸ theo ph­¬ng ph¸p BYTE PACKED, nÕu kh«ng lµ ph­¬ng ph¸p RLE. + 1 byte: sè bit cho mét ®iÓm ¶nh plane. + 1 word: to¹ ®é gãc tr¸i trªn cña ¶nh. Víi kiÓu PCX nã cã gi¸ trÞ lµ (0,0); cßn PCC th× kh¸c (0,0). + 1 word: to¹ ®é gãc ph¶i d­íi. + 1 word: kÝch th­íc bÒ réng vµ bÒ cao ¶nh. + 1 word: sè ®iÓm ¶nh. + 1 word: ®é ph©n gi¶i mµn h×nh. + 1 word. + 48 byte: chia thµnh 16 nhãm, mçi nhãm 3 byte. Mçi nhãm nµy chøa th«ng tin vÒ mét thanh ghi mµu. Nh­ vËy ta cã 16 thanh ghi mµu. + 1 byte: kh«ng dïng ®Õn vµ lu«n ®Æt lµ 0. +1 byte: sè bit plane mµ ¶nh sö dông. Víi ¶nh 16 mµu, gi¸ trÞ nµy lµ 4, víi ¶nh 256 mµu (1 pixel/8 bit) th× sè bit plane l¹i lµ 1. + 1 byte: sè bytes cho mét dßng quÐt ¶nh. + 1 word: kiÓu b¶ng mµu. + 58 byte: kh«ng dïng. Tãm l¹i, ®Þnh d¹ng ¶nh PCX th­êng ®­îc dïng ®Ó l­u tr÷ ¶nh v× thao t¸c ®¬n gi¶n, cho phÐp nÐn vµ gi¶i nÐn nhanh. Tuy nhiªn v× cÊu tróc cña nã cè ®Þnh, nªn trong mét sè tr­êng hîp nã lµm t¨ng kÝch th­íc l­u tr÷. Vµ còng v× nh­îc ®iÓm nµy mµ mét sè øng dông l¹i sö dông mét kiÓu ®Þnh d¹ng kh¸c mÒm dÎo h¬n: ®Þnh d¹ng TIFF (Targed Image File Format) sÏ m« t¶ d­íi ®©y. 2.4.3 §Þnh d¹ng ¶nh TIFF KiÓu ®Þnh d¹ng TIFF ®­îc thiÕt kÕ ®Ó lµm nhÑ bít c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn viÖc më réng tÖp ¶nh cè ®Þnh. VÒ cÊu tróc, nã còng gåm 3 phÇn chÝnh: - PhÇn Header (IFH): cã trong tÊt c¶ c¸c tÖp TIFF vµ gåm 8 byte: + 1 word: chØ ra kiÓu t¹o tÖp trªn m¸y tÝnh PC hay Macintosh. Hai lo¹i nµy kh¸c nhau rÊt lín ë thø tù c¸c byte l­u tr÷ trong c¸c sè dµi 2 hay 4 byte. NÕu tr­êng nµy cã gi¸ trÞ lµ 4D4Dh th× ®ã lµ ¶nh cho m¸y Macintosh; nÕu lµ 4949h lµ cña m¸y PC. + 1 word: version. Tõ nµy lu«n cã gi¸ trÞ lµ 42. Cã thÓ coi ®ã lµ ®Æc tr­ng cña file TIFF v× nã kh«ng thay ®æi. Header 128 bytes D÷ liÖu ¶nh nÐn B¶ng mµu më réng H×nh 2.10. CÊu tróc tÖp ¶nh d¹ng PCX. + 2 word: gi¸ trÞ Offset theo byte tÝnh tõ ®Çu file tíi cÊu tróc IFD(Image File Directory) lµ cÊu tróc thø hai cña file. Thø tù c¸c byte ë ®©y phô thuéc vµo dÊu hiÖu tr­êng ®Çu tiªn. - PhÇn thø 2 (IFD): Nã kh«ng ë ngay sau cÊu tróc IFH mµ vÞ trÝ cña nã ®­îc x¸c ®Þnh bëi tr­êng Offset trong ®Çu tÖp. Cã thÓ cã mét hay nhiÒu IFD cïng tån t¹i trong file (nÕu file cã nhiÒu h¬n 1 ¶nh). Mét IFD gåm: + 2 byte: chøa c¸c DE (Directory Entry). + 12 byte lµ c¸c DE xÕp liªn tiÕp. Mçi DE chiÕm 12 byte. + 4 byte : chøa Offset trá tíi IFD tiÕp theo. NÕu ®©y lµ IFD cuèi cïng th× tr­êng nµy cã gi¸ trÞ lµ 0. - CÊu tróc phÇn d÷ liÖu thø 3: c¸c DE. C¸c DE cã ®é dµi cè ®Þnh gåm 12 byte vµ chia lµm 4 phÇn: + 2 byte: ChØ ra dÊu hiÖu mµ tÖp ¶nh ®· ®­îc x©y dùng. + 2 byte: kiÓu d÷ liÖu cña tham sè ¶nh. Cã 5 kiÓu tham sè c¬ b¶n: a) 1: BYTE (1 byte). b) 2: ASCII (1 byte). c) 3: SHORT (2 byte). d) 4: LONG (4 byte). e) 5: RATIONAL (8 byte). + 4 byte: tr­êng ®é dµi (bé ®Õm) chøa sè l­îng chØ môc cña kiÓu d÷ liÖu ®· chØ ra . Nã kh«ng ph¶i lµ tæng sè byte cÇn thiÕt ®Ó l­u tr÷. §Ó cã sè liÖu nµy ta cÇn nh©n sè chØ môc víi kiÓu d÷ liÖu ®· dïng. + 4 byte: ®ã lµ Offset tíi ®iÓm b¾t ®Çu d÷ liÖu thùc liªn quan tíi dÊu hiÖu, tøc lµ d÷ liÖu liªn quan víi DE kh«ng ph¶i l­u tr÷ vËt lý cïng víi nã n»m ë mét vÞ trÝ nµo ®ã trong file. D÷ liÖu chøa trong tÖp th­êng ®­îc tæ chøc thµnh c¸c nhãm dßng (cét) quÐt cña d÷ liÖu ¶nh. C¸ch tæ chøc nµy lµm gi¶m bé nhí cÇn thiÕt cho viÖc ®äc tÖp. ViÖc gi¶i nÐn ®­îc thùc hiÖn theo bèn kiÓu kh¸c nhau ®­îc l­u tr÷ trong byte dÊu hiÖu nÐn. Nh­ ®· nãi ë trªn, file ¶nh TIFF lµ dïng ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò khã më réng cña file PCX. Tuy nhiªn, víi cïng mét ¶nh th× viÖc dïng file PCX chiÕm Ýt kh«ng gian nhí h¬n. 2.4.4 §Þnh d¹ng ¶nh GIF(Graphics Interchanger Format) C¸ch l­u tr÷ kiÓu PCX cã lîi vÒ kh«ng gian l­u tr÷: víi ¶nh ®en tr¾ng kÝch th­íc tÖp cã thÓ nhá h¬n b¶n gèc tõ 5 ®Õn7 lÇn. Víi ¶nh 16 mµu, kÝch th­íc ¶nh nhá h¬n ¶nh gèc 2-3 lÇn, cã tr­êng hîp cã thÓ xÊp xØ ¶nh gèc. Tuy nhiªn, víi ¶nh 256 mµu th× nã béc lé râ kh¶ n¨ng nÐn rÊt kÐm. §iÒu nµy cã thÓ lý gi¶i nh­ sau: khi sè mµu t¨ng lªn, c¸c lo¹t dµi xuÊt hiÖn Ýt h¬n vµ v× thÕ, l­u tr÷ theo kiÓu PCX kh«ng cßn lîi n÷a. H¬n n÷a, nÕu ta muèn l­u tr÷ nhiÒu ®èi t­îng trªn mét tÖp ¶nh nh­ kiÓu ®Þnh d¹ng TIFF, ®ßi hái cã mét ®Þnh d¹ng kh¸c thÝch hîp. §Þnh d¹ng ¶nh GIF do h·ng ComputServer Incorporated (Mü) ®Ò xuÊt lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1990. Víi ®Þnh d¹ng GIF, nh÷ng v­íng m¾c mµ c¸c ®Þnh d¹ng kh¸c gÆp ph¶i khi sè mµu trong ¶nh t¨ng lªn kh«ng cßn n÷a. Khi sè mµu cµng t¨ng th× ­u thÕ cña ®Þnh d¹ng GIF cµng næi tréi. Nh÷ng ­u thÕ nµy cã ®­îc lµ do GIF tiÕp cËn c¸c thuËt to¸n nÐn LZW(Lempel-Ziv-Welch). B¶n chÊt cña kü thuËt nÐn LZW lµ dùa vµo sù lÆp l¹i cña mét nhãm ®iÓm chø kh«ng ph¶i lo¹t dµi gièng nhau. Do vËy, d÷ liÖu cµng lín th× sù lÆp l¹i cµng nhiÒu (xem ch­¬ng 8). D¹ng ¶nh GIF cho chÊt l­îng cao, ®é ph©n gi¶i ®å ho¹ còng ®¹t cao, cho phÐp hiÓn thÞ trªn hÇu hÕt c¸c phÇn cøng ®å ho¹. §Þnh d¹ng tæng qu¸t cña ¶nh GIF nh­ sau: Ch÷ ký cña ¶nh GIF note Bé m« t¶ hiÓn thÞ GIF Header (7 byte) B¶n ®å mµu tæng thÓ Global Palette M« t¶ mét ®èi t­îng cña ¶nh Header Image (10 byte) - DÊu ph©n c¸ch Palete of Imge 1(nÕu cã) - Bé m« t¶ ¶nh Data of Image 1 - B¶n ®å mµu côc bé ' ,' ký tù liªn kÕt - D÷ liÖu ¶nh . . . . . . . . . . . . . . . . . . PhÇn m« t¶ nµy lÆp n lÇn nÕu ¶nh chøa n ®èi t­îng. ';' GIF terminator PhÇn ®Çu cuèi ¶nh GIF(terminator) - Chø ký cña ¶nh GIF cã gi¸ trÞ lµ GIF87a. Nã gåm 6 ký tù, 3 kÝ tù ®Çu chØ ra kiÓu ®Þnh d¹ng, 3 ký tù sau chØ ra version cña ¶nh. - Bé h×nh hiÓn thÞ: chøa m« t¶ c¸c th«ng sè cho toµn bé ¶nh GIF: + §é réng h×nh raster theo pixel: 2 byte; + §é cao h×nh raster theo pixel: 2 byte; + C¸c th«ng tin vÒ b¶n ®å mµu, h×nh hiÓn thÞ,... + Th«ng tin mµu nÒn: 1 byte; + PhÇn ch­a dïng: 1 byte. B¶n ®å mµu tæng thÓ: m« t¶ bé mµu tèi ­u ®ßi hái khi bit M = 1. Khi bé mµu tæng thÓ ®­îc thÓ hiÖn, nã sÏ x¸c lËp ngay bé m« t¶ h×nh hiÓn thÞ. Sè l­îng thùc thÓ b¶n ®å mµu lÊy theo bé m« t¶ h×nh hiÓn thÞ ë trªn vµ b»ng 2 m, víi m lµ l­îng bit trªn mét pixel khi mçi thùc thÓ chøa ®ùng 3 byte (biÓu diÔn c­êng ®é mµu cña ba mµu c¬ b¶n Red-Green-Blue). CÊu tróc cña khèi nµy nh­ sau: Bit  Thø tù byte  M« t¶   mµu Red  1  gi¸ trÞ mµu ®á theo index 0   mµu Green  2  gi¸ trÞ mµu xanh lôc theo index 0   mµu Blue  3  gi¸ trÞ mµu xanh l¬ theo index 0   mµu Red  4  gi¸ trÞ mµu ®á theo index 1   mµu Green  5  gi¸ trÞ mµu xanh lôc theo index1   mµu Blue  6  gi¸ trÞ mµu xanh l¬ theo index 0   . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . .    - Bé m« t¶ ¶nh: ®Þnh nghÜa vÞ trÝ thùc tÕ vµ phÇn më réng cña ¶nh trong ph¹m vi kh«ng gian ¶nh ®· cã trong phÇn m« t¶ h×nh hiÓn thÞ. NÕu ¶nh biÓu diÔn theo ¸nh x¹ b¶n ®å mµu côc bé th× cê ®Þnh nghÜa ph¶i ®­îc thiÕt lËp. Mçi bé m« t¶ ¶nh ®­îc chØ ra bëi ký tù kÕt nèi ¶nh. Ký tù nµy chØ ®­îc dïng khi ®Þnh d¹ng GIF cã tõ 2 ¶nh trë lªn. Ký tù nµy cã gi¸ trÞ 0x2c (ký tù dÊu ph¶y). Khi ký tù nµy ®­îc ®äc qua, bé m« t¶ ¶nh sÏ ®­îc kÝch ho¹t. Bé m« t¶ ¶nh gåm 10 byte vµ cã cÊu tróc nh­ sau: C¸c bit  Thø tù Byte  M« t¶   00101100  1  Ký tù liªn kÕt ¶nh (‘)   c¨n tr¸i ¶nh  2,3  Pixel b¾t ®Çu ¶nh tÝnh tõ tr¸i h×nh hiÓn thÞ   c¨n ®Ønh trªn  4,5  Pixel cuèi ¶nh b¾t ®Çu tÝnh tõ ®Ønh trªn h×nh hiÓn thÞ   ®é réng ¶nh  6,7  chiÒu réng ¶nh tÝnh theo pixel   ®é cao ¶nh  8,9  chiÒu cao ¶nh tÝnh theo pixel   MI000pixel  10  Khi bit M = 0 : sö dông b¶n ®å mµu tæng thÓ M = 1 : sö dông b¶n ®å mµu côc bé I = 0 : ®Þnh d¹ng ¶nh theo thø tù liªn tôc I = 1 : ®Þnh d¹ng ¶nh theo thø tù xen kÏ pixel +1: sè bit/pixel cña ¶nh nµy.   - B¶n ®å mµu côc bé: b¶n ®å mµu côc bé chØ ®­îc chän khi bit M cña byte thø 10 lµ 1. Khi b¶n ®å mµu ®­îc chän, b¶n ®å mµu sÏ chiÕu theo bé m« t¶ ¶nh mµ lÊy vµo cho ®óng. T¹i phÇn cuèi ¶nh, b¶n ®å mµu sÏ lÊy l¹i phÇn x¸c lËp sau bé m« t¶ h×nh hiÓn thÞ. L­u ý lµ tr­êng “pixel “ cña byte thø 10 chØ ®­îc dïng khi b¶n ®å mµu ®­îc chØ ®Þnh. C¸c tham sè nµy kh«ng nh÷ng chØ cho biÕt kÝch th­íc ¶nh theo pixel mµ cßn chØ ra sè thùc thÓ b¶n ®å mµu cña nã. - D÷ liÖu ¶nh: chuçi c¸c gi¸ trÞ cã thø tù cña c¸c pixel mµu t¹o nªn ¶nh. C¸c pixel ®­îc xÕp liªn tôc trªn mét dßng ¶nh, tõ tr¸i qua ph¶i. C¸c dßng ¶nh ®­îc viÕt tõ trªn xuèng d­íi. - PhÇn kÕt thóc ¶nh: cung cÊp tÝnh ®ång bé cho ®Çu cuèi cña ¶nh GIF. Cuèi cña ¶nh sÏ x¸c ®Þnh bëi kÝ tù “;” (0x3b). §Þnh d¹ng GIF cã rÊt nhiÒu ­u ®iÓm vµ ®· ®­îc c«ng nhËn lµ chuÈn ®Ó l­u tr÷ ¶nh mµu thùc tÕ (chuÈn ISO 10918-1). Nã ®­îc mäi tr×nh duyÖt Web (Web Browser) hç trî víi nhiÒu øng dông hiÖn ®¹i. Cïng víi nã cã chuÈn JPEG (Joint Photograph Expert Group). GIF dïng cho c¸c ¶nh ®å ho¹ (Graphic), cßn JPEG dïng cho ¶nh chôp (Photographic). 2.5 C¸c kü thuËt t¸i hiÖn ¶nh (in ¶nh) C¸c kü thuËt dïng ®Ó in ¶nh cã thÓ chia lµm hai nhãm: kü thuËt chôp ¶nh (photography hardcopy) vµ kü thuËt in ¶nh (printer hardcopy). §©y chÝnh lµ c¸c kü thuËt dïng ®Ó in ¶nh trong s¸ch, b¸o ¶nh vµ t¹p chÝ. 2.5.1 Kü thuËt chôp ¶nh (photography hardcopy techniques) Ph­¬ng ph¸p sao chôp ¶nh lµ ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n gi¸ thµnh thÊp, chÊt l­îng cao. Sau b­íc chôp lµ kü thuËt phßng tèi (darkroom) nh»m t¨ng c­êng ¶nh nh­ mong muèn. ThÝ dô nh­ : phãng ®¹i ¶nh, thu nhá ¶nh ,..., tuú theo øng dông. Kü thuËt chôp ¶nh mµn h×nh mµu lµ kh¸ ®¬n gi¶n. Nã gåm mét sè b­íc nh­ sau: 1) §Æt camera trong phßng tèi, c¸ch mµn h×nh kho¶ng 10 feet (1 feet =0,3048 m). 2) Më èng kÝnh ®Ó lµm ph¼ng mÆt cong mµn h×nh do vËy ¶nh sÏ dµn ®Òu h¬n. 3) T¾t phÝm ph¶n chiÕu (brightness) vµ phÝm t­¬ng ph¶n (constrast) cña mµn h×nh ®Ó t¹o nªn ®é râ cho ¶nh. C¸c mµu chãi, c­êng ®é cao trªn ¶nh sÏ gi¶m ®i. 4) §Æt tèc ®é èng kÝnh tõ 1/8 ®Õn 1/2 gi©y. Víi èng kÝnh tèc ®é 1/4 gi©y, b¾t ®Çu víi f vµ dõng ë f/8. 2.5.2 Kü thuËt in ¶nh (Printer Hardcopy techniques) Tr­íc khi ®i s©u vµo kü thuËt in ¶nh, ta xem xÐt c¸c ¶nh ®­îc thÓ hiÖn trªn s¸ch, b¸o ¶nh vµ t¹p chÝ nh­ thÕ nµo. Nh×n chung, ng­êi ta dïng kü thuËt nöa c­êng ®é (halftone). Theo kü thuËt nµy, mét ¶nh t¹o nªn bëi mét chuçi c¸c ®iÓm in trªn giÊy. Thùc chÊt, mçi pixel gåm mét h×nh vu«ng tr¾ng bao quanh mét chÊm ®en (black dot). Do vËy, nÕu chÊm ®en cµng lín ¶nh sÏ cµng xÉm mµu. Mµu x¸m cã thÓ coi nh­ chÊm ®en chiÕm nöa vïng tr¾ng. Vïng tr¾ng lµ vïng gåm mét chïm c¸c c¸c pixel gåm rÊt Ýt hoÆc kh«ng cã chÊm ®en. Do sù c¶m nhËn cña m¾t ng­êi, sù thay ®æi c­êng ®é chÊm ®en trong c¸c phÇn tö ¶nh tr¾ng t¹o nªn m« pháng cña mét ¶nh liªn tôc. Nh­ vËy, m¾t ng­êi c¶m nhËn lµ mét ¶nh mµ mµu biÕn ®æi tõ ®en qua x¸m råi ®Õn tr¾ng. Tæng sè c­êng ®é duy nhÊt hiÖn diÖn sÏ x¸c ®Þnh c¸c kÝch th­íc kh¸c nhau cña chÊm ®en. Th­êng b¸o ¶nh t¹o ¶nh nöa c­êng ®é víi ®é ph©n gi¶i tõ 60 ®Õn 80 dpi, s¸ch cã thÓ in ®Õn 150 dpi. Tuy nhiªn, c¸c m¸y in cña m¸y tÝnh kh«ng cã kh¶ n¨ng s¾p xÕp c¸c chÊm ®en cña c¸c kÝch th­íc kh¸c nhau cña ¶nh. Do ®ã, ng­êi ta ph¶i dïng mét sè kü thuËt biÕn ®æi nh­ : ph©n ng­ìng, chän mÉu, dithering. Chóng ta lÇn l­ît xem xÐt d­íi ®©y. Ph©n ng­ìng (Thresholding) Kü thuËt nµy ®Æt ng­ìng ®Ó hiÓn thÞ c¸c t«ng mµu liªn tôc C¸c ®iÓm trong ¶nh ®­îc so s¸nh víi ng­ìng ®Þnh tr­íc. Gi¸ trÞ cña ng­ìng sÏ quyÕt ®Þnh ®iÓm cã ®­îc hiÓn thÞ hay kh«ng. Do vËy ¶nh kÕt qu¶ sÏ mÊt ®i mét sè chi tiÕt. Cã nhiÒu kü thuËt chän ng­ìng ¸p dông cho c¸c ®èi t­îng kh¸c nhau: - HiÓn thÞ 2 mµu: dïng cho ¶nh ®en tr¾ng cã 256 møc x¸m. B¶n chÊt cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ chän ng­ìng dùa trªn l­îc ®å møc x¸m cña ¶nh; ®Ó ®¬n gi¶n cã thÓ lÊy ng­ìng víi gi¸ trÞ lµ 127. Vµ nh­ vËy: u(m,n) = 1 cho hiÖn (®en) nÕu u(m,n) < 127 0 (hay hiÖn tr¾ng) nÕu ng­îc l¹i Nh×n chung kü thuËt nµy khã chÊp nhËn v× ¶nh mÊt kh¸ nhiÒu chi tiÕt. - Kü thuËt hiÖn 4 mµu: ®Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm cña c¸ch hiÖn 2 mµu, ng­êi ta qui ®Þnh c¸ch hiÖn 4 mµu nh­ sau: Mµu Mµn h×nh monochrome(®¬n s¾c) Mµn h×nh mµu 0 ®en ®en 1 x¸m ®Ëm ®á 2 x¸m nh¹t xanh 3 tr¾ng vµng Ta cã thÓ h×nh dung c¸ch ph©n ng­ìng 4 mµu theo s¬ ®å sau: Mµu 0 1 2 3 Møc x¸m 0 64 128 192 255 Dïng ng­ìng ngÉu nhiªn 4 mµu: theo ph­¬ng ph¸p nµy, ta chia kh«ng gian møc x¸m thµnh c¸c miÒn hiÓn thÞ vµ ®¸nh sè lµ 0, 1, 2 vµ 3. TiÕp sau, ®Þnh nghÜa c¸c miÒn mµ c¸c cÆp hiÓn thÞ (bËt, t¾t) t­¬ng øng víi: (0,1), (1,2) vµ (2,3). Kh¸c víi ng­ìng cè ®Þnh, ë ®©y ng­ìng ®­îc reo ngÉu nhiªn . Qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®­îc m« t¶ trong thuËt to¸n : for each pixel I(x,y) do Begin if I(x,y) < 85 then Begin . Khëi t¹o 1 sè ngÉu nhiªn r trong kho¶ng [0,84] . if I(x,y) >r then mµu =1 else mµu =0 End else if I(x,y)<170 then Begin . Khëi t¹o 1 sè ngÉu nhiªn r trong kho¶ng [85,169] . if I(x,y) >r then mµu =1 else mµu =0 End Else Begin . Khëi t¹o mét sè ngÉu nhiªn r trong kho¶ng [170,255] . if I(x,y) >r then mµu =1 else mµu =0 End end Kü thuËt chän theo mÉu (patterning) Kü thuËt nµy sö dông mét nhãm c¸c phÇn tö trªn thiÕt bÞ ra (m¸y in ch¼ng h¹n) ®Ó biÓu diÔn mét pixel trªn ¶nh nguån. C¸c phÇn tö cña nhãm quyÕt ®Þnh ®é s¸ng tèi cña c¶ nhãm. C¸c phÇn tö nµy m« pháng c¸c chÊm ®en trong kü thuËt nöa c­êng ®é. Nhãm th­êng ®­îc chän cã d¹ng ma trËn vu«ng. Nhãm n x n phÇn tö sÏ t¹o nªn n2 + 1 møc s¸ng. Ma trËn mÉu th­êng ®­îc chän lµ ma trËn Rylander. Ma trËn Rylander cÊp 4 cã d¹ng: 0 8 2 10 4 12 6 14 3 11 1 9 7 15 5 13 ViÖc chän kÝch th­íc cña nhãm nh­ vËy sÏ lµm gi¶m ®i ®é mÞn cña ¶nh. V× vËy kü thuËt nµy chØ ¸p dông trong tr­êng hîp mµ ®é ph©n gi¶i cña thiÕt bÞ ra lín h¬n ®é ph©n gi¶i cña ¶nh nguån. ThÝ dô: thiÕt bÞ ra cã ®é ph©n gi¶i 640 x 480 khi sö dông nhãm cã kÝch th­íc 4 x 4 sÏ chØ cßn 160 x 120. Kü thuËt Dithering Kü thuËt Dithering ®­îc ¸p dông ®Ó t¹o ra ¶nh ®a cÊp s¸ng khi ®é ph©n gi¶i nguån vµ ®Ých lµ nh­ nhau. Kü thuËt nµy sö dông mét ma trËn mÉu gäi lµ ma trËn Dither. Ma trËn nµy gÇn gièng nh­ ma trËn Rylander. §Ó t¹o ¶nh, mçi phÇn tö cña ¶nh gèc sÏ ®­îc so s¸nh víi phÇn tö t­¬ng øng cña ma trËn Dither. NÕu lín h¬n, phÇn tö ë ®Çu ra sÏ s¸ng vµ ng­îc l¹i. Ma trËn Dither cÊp 2n sÏ ®­îc tÝnh nh­ sau: 0 8 2 10 12 4 14 6 3 11 1 9 15 7 13 5 8 7 8 15 6 7 15 13 7 5 13 12 15 13 12 12 a) ¶nh gèc b) ma trËn Dither - D4 c) ¶nh kÕt qu¶ H×nh 2.11. T¹o ¶nh theo ph­¬ng ph¸p Dithering D2n = 4Dn + D200Un 4Dn + D201Un víi D2 = 0 2 = D200 D201 4Dn + D210 4Dn + D211Un 3 1 D210 D211 Dn lµ ma trËn Dither cÊp n ;Un lµ ma trËn cÊp n (c¸c phÇn tö ®Òu lµ 1) d¹ng:  ThÝ dô, víi D2 nh­ trªn, ta tÝnh D4 nh­ sau: D4 =  vµ D4 =  Mét c¸ch t­¬ng tù, ta tÝnh ®­îc D16. Víi D16, ta thÊy tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 255 ®Òu cã mÆt. Kh¸c víi ph­¬ng ph¸p ng­ìng ngÉu nhiªn chØ dùa vµo mét ng­ìng biÕn  Ma trËn Dither cÊp 16 - D16 thiªn, ë ®©y ng­ìng ®­îc x¸c ®Þnh mét c¸ch râ rµng. C¸ch dïng ma trËn ng­ìng cã thÓ h×nh dung nh­ sau: Gi¶ sö I(x,y) lµ mét ®iÓm ¶nh. §Æt x0 = x mod 16 vµ y0 = y mod 16 th× x0,y0 sÏ chØ nhËn mét trong c¸c gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 15. Nh­ vËy, nã sÏ x¸c ®Þnh mét phÇn tö cña D16. Gäi S = D16(x0,y0). S sÏ cã gi¸ trÞ trong kho¶ng tõ 0 ®Õn 255 vµ cã thÓ dïng lµm ng­ìng ®Ó hiÖn ¶nh. H¬n n÷a, nÕu chØ dÞch chuyÓn theo mét chiÒu (x ch¼ng h¹n), ta thÊy r»ng c¶ 16 ®iÓm ¶nh sÏ r¬i vµo ng­ìng S thu ®­îc tõ 16 ®iÓm tr­íc. Do vËy, ta cã mét c¸ch thøc chuÈn ®Ó bËt hay t¾t c¸c ®iÓm ¶nh víi tr¹ng th¸i l­íi. §Ó sö dông ®­îc 4 mµu, ta còng sö dông theo kü thuËt ng­ìng 4 mµu nh­ng chØ cÇn 3 vïng, mçi vïng 85 møc. ë ®©y cÇn cã sù lùa chän gi÷a D16 vµ D8. NÕu chän D16 th× sÏ thõa, nªn ta chän D8 víi chuÈn ho¸ theo c¸ch thøc chØ dïng 63 møc gi¸ trÞ. vïng 1 p =  vïng 2 p =  vïng 3 p =  ThuËt to¸n ph©n ng­ìng dïng ma trËn ng­ìng ®­îc m« t¶ nh­ sau: for each I[i,j] do if I[i,j] < 84 then { vïng 1} Begin I[i,j] := I[i,j] * 3/4 x0 := (i mod 8) +1; y0 := (j mod 8)+1; nguong := D[x0,y0]; If I[i,j] < nguong then Hien(j+x+1, i+y+1,0) Else Hien(j+x+1, i+y+1,1) end Else If I[i,j] < 169 then {vïng 2} Begin I[i,j] := (I[i,j] * 3-85)/4 x0 := (i mod 8) +1; y0 := (j mod 8)+1; nguong := D[x0,y0]; If I[i,j] < nguong then Hien(j+x+1, i+y+1,1) Else Hien(j+x+1, i+y+1,2) end Else {vïng 3} Begin I(i,j) := (I[i,j] * 3-170)/4 x0 := (i mod 8) +1; y0 := (j mod 8)+1; nguong := D[x0,y0]; If I[i,j] < nguong then Hien(j+x+1, i+y+1,2) Else Hien(j+x+1, i+y+1,3) end End Bµi tËp ch­¬ng 2 1. ViÕt thñ tôc hiÖn ¶nh theo kü thuËt 4 mµu víi ng­ìng ngÉu nhiªn. 2. Víi ma trËn Dither cÊp 4 - D4 ®· cho trong gi¸o tr×nh, h·y viÕt ch­¬ng tr×nh tÝnh ma trËn D8 vµ D16. 3. Víi ma trËn D8 võa tÝnh ®­îc, h·y ¸p dông kü thuËt Dithering ®Ó biÕn ®æi ¶nh ra vµ so s¸nh kÕt qu¶. ¶nh vµo cã thÓ tù t¹o hay sö dông ¶nh ®· t¹o ra ë ch­¬ng 1. 4. ViÕt thñ tôc thÓ hiÖn chøc n¨ng in ¶nh tõ mµn h×nh ra m¸y in: a) ®äc mét ¶nh PCX hay BMP vµ hiÖn lªn mµn h×nh b) dïng kü thuËt Dither ®Ó in ¶nh . 5. ViÕt thñ tôc ®äc mét ¶nh PCX (gi¶i nÐn) vµ l­u vµo b¶ng 2 chiÒu. 6. ViÕt thñ tôc l­u ¶nh sè biÓu diÔn bëi b¶ng lªn tÖp PCX. 7. X©y dùng gi¶i thuËt chuyÓn ®æi ®Þnh d¹ng PCX sang BMP vµ ng­îc l¹i. 8. §äc vµ hiÖn ¶nh víi ®Þnh d¹ng TIFF. 9. §äc vµ hiÖn ¶nh víi ®Þnh d¹ng GIF.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThu nhận ảnh.doc
Tài liệu liên quan