Thực hành xử lý ảnh

Thực hành xử lý ảnh Phần I : Khai thác phần mềm ScionImage Bài 1. Các phép toán xử lý điểm ảnh 1.1 Các phép xử lý với ảnh đa mức xám ảnh ban đầu ảnh nhị phân a) Phân tích sự phân bố mức xám Từ ảnh ban đầu ta thực hiện biến đổi độ tương phản bằng cách sử dụng cửa sổ Map, mỗi lần dùng con chuột thay đổi đường đồ thị, mức xám của ảnh cũng sẽ thay đổi theo. KL: Mức xám của ảnh tập chung ở miền có mức xám cao nên ảnh trên là ảnh sáng (lược đồ nằm bên phải). Muốn thay đổi độ tương phản hoặc độ sáng của ảnh thì ta có thể biến đổi Histogram của ảnh để thu được ảnh mới mà ta mong muốn. b) Biến đổi độ tương phản bằng các phép toán số học. Phép cộng: Thực chất là việc thực hiện phép cộng các giá trị mức xám của từng điểm ảnh với một hằng số. Với giá trị hằng số được chọn thích hợp nó sẽ làm cho độ tương phản của ảnh tốt hơn. Nhìn chung, kết quả thu được là một ảnh mới có số màu tối hơn ảnh ban đầu, tất cả các vùng ảnh có chiều hướng đen dần. Do đó, khi giá trị hằng số được chọn quá lớn sẽ làm cho ảnh bị tối, dẫn đến làm cho độ tương phản của ảnh kém vì tại các điểm ảnh có giá trị mức xám cao, sau khi cộng thêm một hằng số chúng đều đạt đến giá trị tối đa là 255? Phép nhân: Đây là việc thực hiện phép nhân các giá trị mức xám của từng điểm ảnh với một hằng số. Với giá trị hằng số được chọn thích hợp nó sẽ làm cho độ tương phản của ảnh tốt hơn. Các phép trừ và chia chỉ là các bước thực hiện đảo của hai phép công và nhân Như vậy, xử lý điểm ảnh (thông qua các phép toán) thực chất là các ánh xạ nhằm biến đổi giá trị của một điểm và chỉ dựa vào giá trị của chính nó mà không quan tâm tới các giá trị của các điểm ảnh khác. Một cách toán học, ánh xạ đó được định nghĩa như sau:

pdf8 trang | Chia sẻ: tlsuongmuoi | Ngày: 17/01/2013 | Lượt xem: 1379 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thực hành xử lý ảnh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Thùc hµnh xö lý ¶nh 1 PhÇn I : Khai th¸c phÇn mÒm ScionImage Bµi 1. C¸c phÐp to¸n xö lý ®iÓm ¶nh 1.1 C¸c phÐp xö lý víi ¶nh ®a møc x¸m a) Ph©n tÝch sù ph©n bè møc x¸m Tõ ¶nh ban ®Çu ta thùc hiÖn biÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n b»ng c¸ch sö dông cöa sæ Map, mçi lÇn dïng con chuét thay ®æi ®­êng ®å thÞ, møc x¸m cña ¶nh còng sÏ thay ®æi theo. KL: Møc x¸m cña ¶nh tËp chung ë miÒn cã møc x¸m cao nªn ¶nh trªn lµ ¶nh s¸ng (l­îc ®å n»m bªn ph¶i). Muèn thay ®æi ®é t­¬ng ph¶n hoÆc ®é s¸ng cña ¶nh th× ta cã thÓ biÕn ®æi Histogram cña ¶nh ®Ó thu ®­îc ¶nh míi mµ ta mong muèn. b) BiÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n b»ng c¸c phÐp to¸n sè häc. PhÐp céng: Thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn phÐp céng c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña tõng ®iÓm ¶nh víi mét h»ng sè. Víi gi¸ trÞ h»ng sè ®­îc chän thÝch hîp nã sÏ lµm cho ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh tèt h¬n. Nh×n chung, kÕt qu¶ thu ®­îc lµ mét ¶nh míi cã sè mµu tèi h¬n ¶nh ban ®Çu, tÊt c¶ c¸c vïng ¶nh cã chiÒu h­íng ®en dÇn. Do ®ã, khi gi¸ trÞ h»ng sè ®­îc chän qu¸ lín sÏ lµm cho ¶nh bÞ tèi, dÉn ®Õn lµm cho ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh kÐm v× t¹i c¸c ®iÓm ¶nh cã gi¸ trÞ møc x¸m cao, sau khi céng thªm mét h»ng sè chóng ®Òu ®¹t ®Õn gi¸ trÞ tèi ®a lµ 255? PhÐp nh©n: §©y lµ viÖc thùc hiÖn phÐp nh©n c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña tõng ®iÓm ¶nh víi mét h»ng sè. Víi gi¸ trÞ h»ng sè ®­îc chän thÝch hîp nã sÏ lµm cho ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh tèt h¬n. C¸c phÐp trõ vµ chia chØ lµ c¸c b­íc thùc hiÖn ®¶o cña hai phÐp c«ng vµ nh©n Nh­ vËy, xö lý ®iÓm ¶nh (th«ng qua c¸c phÐp to¸n) thùc chÊt lµ c¸c ¸nh x¹ nh»m biÕn ®æi gi¸ trÞ cña mét ®iÓm vµ chØ dùa vµo gi¸ trÞ cña chÝnh nã mµ kh«ng quan t©m tíi c¸c gi¸ trÞ cña c¸c ®iÓm ¶nh kh¸c. Mét c¸ch to¸n häc, ¸nh x¹ ®ã ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ sau: ¶nh nhÞ ph©n ¶nh ban ®Çu Thùc hµnh xö lý ¶nh 2 v(m,n)=f(u(m,n)) trong ®ã: u(m,n) thÓ hiÖn gi¸ trÞ c­êng ®é s¸ng t¹i to¹ ®é (m,n); v(m,n) lµ gi¸ trÞ c­êng ®é s¸ng sau phÐp biÕn ®æi; f lµ hµm biÕn ®æi, nã cã thÓ lµ liªn tôc hoÆc rêi r¹c. c) T¹o ¶nh nhÞ ph©n tõ ¶nh ®a møc x¸m §Ó t¹o ¶nh nhÞ ph©n ta dïng menu Process/Binary/Make Binary (kÕt qu¶ nh­ h×nh trªn). Tr­íc ®ã ph¶i thùc hiÖn Options/Threshol d) ¶nh gi¶ mµu Kü thuËt gi¶ mµu thùc chÊt lµ biÕn tõ ¶nh ®¬n mµu thµnh ¶nh mµu vµ ®­îc thùc hiÖn bëi mét phÐp biÕn ®æi mét ma trËn d÷ liÖu thµnh 3 ma trËn d÷ liÖu t­¬ng øng víi 3 mµu kh¸c nhau. Møc x¸m cña mçi ®iÓm ¶nh sÏ trë thµnh mét ®iÓm ¶nh mµu cã gi¸ trÞ mµu lµ sù tæng hîp cña 3 mµu RGB. Gi¸ trÞ cña ba mµu RGB chÝnh lµ gi¸ trÞ møc x¸m. VÝ dô, t¹i ®iÓm ¶nh cã gi¸ trÞ møc x¸m b»ng 0 sÏ ®­îc thay thÕ bëi 3 mµu ®á, lôc, lam víi c¸c gi¸ trÞ lÇn l­ît: R=255, G=255, B=255, øng víi mµu tr¾ng. Mµu vµng lµ mµu tæng hîp tõ hai trong ba mµu c¬ b¶n (®á vµ lôc). 1.2 ) Sö dông c¸c to¸n tö l«gic trong menu Process/arithmetic, cô thÓ:  §Ó lµm mÊt h×nh d¹ng ®èi t­îng trong ¶nh. §©y thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn xo¸ ®èi t­îng cã trªn ¶nh hay biÕn ®æi cho møc x¸m cña ®èi t­îng ¶nh (mµu cña ®èi t­îng) trïng víi mµu nÒn. §Ó thùc hiÖn phÐp biÕn ®æi nµy ta cã thÓ sö dông phÐp to¸n ADD víi h»ng sè b»ng gi¸ trÞ møc x¸m cña mµu nÒn.  §Ó lµm thay ®æi møc x¸m cña ¶nh mµ vÉn gi÷ nguyªn mµu nÒn, ta còng thùc hiÖn phÐp ADD víi gi¸ trÞ tïy chän (nÕu chän gi¸ trÞ võa ph¶i sÏ dÔ so s¸nh víi ¶nh gèc) Møc x¸m cña ®èi t­îng bÞ thay ®æi mµ vÉn gi÷ nguyªn mµu nÒn Thùc hµnh xö lý ¶nh 3 Bµi 2. Ph©n tÝch Histogram cña ¶nh ¶nh ban ®Çu bÞ tèi lý do lµ c¸c møc x¸m ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu. §Ó c¸c chi tiÕt cña ¶nh râ nÐt h¬n ta thùc hiÖn phÐp san b»ng Histogram (sö dông menu Process/Equalize). ¶nh sau khi xö lý ®· râ h¬n. Cßn cã mét ph­¬ng ph¸p kh¸c ®Ó biÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh, ®ã lµ ïng Process/ Enhance Contrast . Tuy nhiªn ¶nh sau khi biÕn ®æi gÇn gièng víi ¶nh ban ®Çu. C¸c chi tiÕt cña ¶nh ®­îc thÓ hiÖn râ nÐt h¬n, tuy nhiªn c¸c ®­êng biªn cña ¶nh còng còng bÞ mê ®i sau phÐp c©n b»ng. V× vËy trong xö lý ¶nh, ®Ó cã thÓ t¨ng c­êng c¸c ®Æc tÝnh cña ¶nh, ng­êi ta sö dông c¸c kü thuËt cho phÐp n©ng cao chÊt l­îng ¶nh, trong ®ã bªn c¹nh c¸c phÐp xö lý c¬ b¶n nh­ biÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n vµ Histogram, gi¶m nhiÔu ®èi víi ¶nh cßn sö dông c¸c phÐp biÕn ®æi lµm næi biªn ¶nh (t¨ng c­êng ®é nÐt) vµ kh«i phôc ¶nh bÞ nhiÔu ph¸ huû. BiÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n dïng hµm Gamma ViÖc sö dông ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh ¸p dông c¸c hµm to¸n häc cho ¶nh cã ®é nÐt tèt h¬n ph­¬ng ph¸p ë trªn. §é t­¬ng ph¶n biÓu diÔn sù thay ®æi ®é s¸ng cña ®èi t­îng so víi nÒn hay cßn gäi lµ ®é næi cña ¶nh so víi nÒn. Víi c¸c ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é t­¬ng ph¶n sö dông b¶ng tra LUT, cöa sæ MAP,..., ®©y thùc chÊt lµ viÖc thùc hiÖn biÕn ®æi mét c¸ch tuyÕn tÝnh c¸c gi¸ trÞ ®é s¸ng cña ®èi t­îng vµ nÒn cña ¶nh, cßn khi sö dông c¸c hµm to¸n häc th× sù biÕn ®æi trªn ¶nh lµ phi tuyÕn. §iÒu nµy ®­îc thÊy râ qua ¶nh thu ®­îc th«ng qua phÐp biÕn ®æi sö dông hµm Gamma: s¸ng h¬n, tiÕt ¶nh ®­îc thÓ hiÖn râ nÐt, ¶nh kh«ng bÞ mê ®i sau phÐp biÕn ®æi, trong khi qua phÐp c©n b»ng Histogram, ¶nh s¸ng lªn, c¸c chi tiÕt cña ¶nh còng ®­îc thÓ hiÖn râ nh­ng ¶nh bÞ mê (®é nÐt cña ¶nh kh«ng ®­îc ®¶m b¶o). DÞch chuyÓn thang biÓu diÔn møc x¸m cña ¶nh -DÞch chuyÓn thang biÓu diÔn møc x¸m cña ¶nh còng lµ mét phÐp xö lý cho phÐp thay ®æi ®é t­¬ng ph¶n cña ¶nh. Histogram cña ¶nh ban ®Çu ¶nh sau khi san b»ng Histogram Thùc hµnh xö lý ¶nh 4 Bµi3: PhÐp biÕn ®æi Fourier 3.1)PhÐp biÕn ®æi Fourier víi ¶nh d¹ng ®Æc biÖt ¶nh tr­íc khi biÕn ®æi BiÕn ®æi FFT cña ¶nh BiÕn ®æi Fourier cña ¶nh thùc chÊt lµ phÐp ®æi kh«ng gian quan s¸t ¶nh tõ miÒn thêi gian sang miÒn tÇn sè Phæ cña ¶nh sÏ tuÇn hoµn víi chu kú lµ kÝch th­íc cña ¶nh nªn khi biÓu diÔn phæ cña ¶nh, ta chØ cÇn biÓu diÔn trong mét chu kú. KÕt qu¶ phÐp biÕn ®æi Fourier cña ¶nh cho lµ d¶i phæ ®èi xøng vµ ®Òu v× ¶nh chØ cã hai møc x¸m. Trong tr­êng hîp nµy tÝnh chu kú cña phæ cã ®­îc do ¶nh ban ®Çu cã tÝnh chu kú vµ hµm Cos lµ hµm tuÇn hoµn, nªn kÕt qu¶ (biÓu diÔn trong miÒn tÇn sè) còng tuÇn hoµn vµ v× vËy phæ ¹t ­îc cã tÝnh chu kú. 3.2) BiÕn ®æi Fourier cña ¶nh bÞ nhiÔu Trong tr­êng hîp nµy phæ cña ¶nh kh«ng cã tÝnh chu kú. Nh×n vµo FFT cña ¶nh: phæ cña ¶nh ph©n bè ®Òu trong kh«ng gian tÇn sè (trong vïng tÇn thÊp vµ cao). Trong ¶nh ban ®Çu, mäi ®iÓm cã ph©n bè ngÉu nhiªn Thùc hµnh xö lý ¶nh 5 ®Òu tån t¹i nhiÔu, v× vËy nhiÔu trong ¶nh trªn lµ nhiÔu céng ngÉu nhiªn. §iÒu nµy còng ®­îc thÊy râ qua ¶nh phæ cña nã, nhiÔu céng th­êng tËp trung chñ yÕu trong miÒn tÇn sè cao trong khi c¸c th«ng tin cã Ých tËp trung chñ yÕu trong miÒn tÇn sè thÊp (®­îc thÓ hiÖn Ëm h¬n gi÷a h×nh). Th«ng th­êng, c¸c kü thuËt läc tuyÕn tÝnh ­îc sö dông ®Ó lµm gi¶m nhiÔu céng, cô thÓ lµ dïng c¸c bé läc th«ng thÊp trong miÒn tÇn sè ®Ó lo¹i bá phÇn nhiÔu vµ gi÷ l¹i c¸c th«ng tin cã Ých. Läc th«ng thÊp ®èi víi ¶nh bÞ nhiÔu. Bé läc th«ng thÊp cã t¸c dông c¾t bá c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao do vËy nhiÔu (nhiÔu xung vµ nhiÔu céng) thuéc vïng nµy còng sÏ bÞ lo¹i bá. Quan s¸t FFT cña ¶nh sau khi qua bé läc th«ng thÊp ta thÊy c¸c th«ng tin nhiÔu bÞ lo¹i bá chØ cßn c¸c th«ng tin cã Ých, thÓ hiÖn trªn ¶nh phæ ®é ®Ëm cña mµu x¸m thay ®æi, nã kh«ng cßn ph©n bè ®Òu nh­ tr­íc mµ tËp trung chñ yÕu ë miÒn tÇn sè thÊp (t­¬ng øng víi c¸c th«ng tin kh«ng bÞ nhiÔu) cßn ë vïng tÇn sè cao ®é Ëm cña mµu x¸m bÞ nh¹t i (t­¬ng øng víi th«ng tin bÞ nhiÔu * ­îc lo¹i bá). Läc th«ng cao ®èi víi ¶nh nhiÔu. Phæ cña ¶nh qua phÐp läc nµy tr¸i ng­îc víi phæ cña ¶nh khi cho qua bé läc th«ng thÊp, c¸c thµnh phÇn tÇn sè cao ®­îc gi÷ l¹i thay v× c¸c thµnh phÇn tÇn sè thÊp. ¶nh nhËn ®­îc sau phÐp läc: c¸c th«ng tin cã Ých tËp trung trong miÒn tÇn sè thÊp sÏ bÞ mÊt, chØ cßn l¹i c¸c th«ng tin vÒ nhiÔu vµ biªn ¶nh, c¸c chi tiÕt ¶nh ®­îc næi bËt ®Æc biÖt lµ c¸c chi tiÕt cã tÇn sè kh«ng gian cao, c¸c phÇn tö cã tÇn sè kh«ng gian cao ®­îc thÓ hiÖn s¸ng h¬n trong ¶nh, c¸c phÇn tö cã tÇn sè kh«ng gian thÊp sÏ bÞ tèi i. do dã cã thÓ thÊy r»ng hiÖu qu¶ cña hai ph­¬ng ph¸p läc th«ng thÊp vµ läc th«ng cao tr¸i ng­îc nhau. Bµi 4. VÊn ®Ò gi¶m nhiÔu ®èi víi ¶nh. ¶nh bÞ nhiÔu FFT cña ¶nh bÞ nhiÔu Thùc hµnh xö lý ¶nh 6 §Ó thùc hiÖn bé läc trung b×nh ta sö ông menu Process/Smooth §Ó thùc hiÖn bé läc trung vÞ ta sö ông menu Process/Rank Filters, sau ®ã chän Meian. ¶nh bÞ nhiÔu trong tr­êng hîp nµy khi sö ông bé läc trung b×nh gi¶m ®­îc nhiÒu nhiÔu h¬n so víi ïng bé läc trung vÞ (kÝch th­íc ¶nh ë trªn h¬i nhá ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ®iÒu nµy). Nh×n vµo ¶nh nhiÔu ta khã cã thÓ biÕt ®©y lµ nhiÔu ph©n bè ngÉu nhiªn hay lµ nhiÔu xung. ChÝnh v× vËy ®Ó ®¸nh gi¸ bé läc nµo cã hiÖu qu¶ h¬n trong tr­êng hîp nµy ta ph¶i c¨n cø vµo FFT cña tõng ¶nh sau khi läc Sau phÐp läc trung b×nh, phÐp läc nµy ®­îc läc bít nhiÔu ph©n bè ngÉu nhiªn ë vïng tÇn sè thÊp vµ nhiÔu xung ë vïng tÇn sè cao. NhiÔu cña ¶nh giê chØ cßn tËp trung ë nh÷ng ®iÓm cã tÇn sè trung b×nh. PhÐp läc nµy ®­îc dµn ®Òu c¸c gi¸ trÞ møc x¸m cña c¸c ®iÓm ¶nh, khuyÕch ®¹i tÇn xuÊt xuÊt hiÖn møc x¸m cña c¸c ®iÓm ¶nh ë vïng tÇn sè thÊp còng nh­ vïng tÇn sè cao. Sau phÐp läc trung vÞ, nhiÔu xung ®· bÞ lo¹i bá bít. PhÐp läc nµy lµm næi bËt râ nÐt c¸c vïng ¶nh cã tÇn sè cao nh­ng kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn c¸c vïng ¶nh cã tÇn sè thÊp. PhÐp läc nµy còng ®­îc lµm t¨ng c­êng ®é nÐt cña ¶nh (¶nh kh«ng bÞ mê --> thÓ hiÖn tÝnh chÊt phi tuyÕn), lµm næi biªn ¶nh. NÕu c¨n cø vµo FFT cña ¶nh sau khi läc ta thÊy ®èi víi tr­êng hîp nµy ph­¬ng ph¸p läc trung b×nh hiÖu qu¶ h¬n. Tuy nhiªn trong mét sè tr­êng hîp läc trung vÞ l¹i cã hiÖu qu¶ h¬n. Läc gi¶m nhiÔu Gaussian Trong tr­êng hîp nµy cã thÓ chän phÐp läc Gauss. PhÐp läc gi¶m nhiÔu Gauss cã t¸c dông gi¶m c¶ nhiÔu xung lÉn nhiÔu céng ph©n bè Gauss. KÕt qu¶ ¶nh nhËn ®­îc sau phÐp läc Gauss, nhiÔu gi¶m ®i mét c¸ch ®¸ng kÓ. Phæ cña ¶nh kÕt qu¶ cã ph©n bè ®Òu h¬n do c¸c møc x¸m cña ¶nh sau khi läc ®­îc ph©n bè l¹i mét c¸ch ®ång ®Òu trong ph¹m vi cöa sæ läc. C¸c thµnh phÇn tÇn sè cao vµ c¸c ®iÓm cã biªn ®é lín ®Òu bÞ lo¹i trõ. Sau khi dïng bé läc trung b×nh Sau khi dïng bé läc trung vÞ FFT cña ¶nh sau khi dïng bé läc trung b×nh Thùc hµnh xö lý ¶nh 7 Bµi 5. T¸ch biªn ¶nh §Ó t¸ch biªn ¶nh b»ng to¸n tö Laplace ta ïng menu Process/Sharpen §Ó t¸ch biªn ¶nh b»ng to¸n tö Soble ta ïng menu Process/Fin Eges Biªn ®­îc t¸ch b»ng to¸n tö Sobel Ô quan s¸t h¬n so víi to¸n tö Laplace H×nh bªn lµ ¶nh ®­îc t¸ch biªn b»ng to¸n tö Sobel sau khi tiÒn xö lý (dïng bé läc gi¶m nhiÔu). So víi ¶nh kh«ng cã giai ®o¹n tiÒn xö lý th× ¶nh nµy cã biªn râ h¬n. ¶nh ban ®Çu T¸ch biªn b»ng to¸n tö Laplace T¸ch biªn b»ng to¸n tö Sobel Thùc hµnh xö lý ¶nh 8 Bµi 6. ¶nh nhÞ ph©n vµ xö lý h×nh d¹ng ¶nh §Ó t¹o x­¬ng ¶nh nhÞ ph©n ta chän menu Process/Binary/Skeletonize NÕu kh«ng thùc hiÖn tiÒn xö lý th× x­¬ng ¶nh nhÞ ph©n vÉn cßn nh÷ng nÐt thõa do nhiÔu t¹o ra,dÔ nhÇm víi chi tiÕt. ¶nh nhÞ ph©n X­¬ng ¶nh t×m ®­îc cã thùc hiÖn tiÒn xö lý X­¬ng ¶nh t×m ®­îc kh«ng thùc hiÖn tiÒn xö lý ¶nh ban ®Çu Þ ©

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfThực hành xử lý ảnh.pdf
Tài liệu liên quan