Thực hành xử lý ảnh

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 ©