CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE ANH, ANHY HOC VA DOI TUONG BAT THUONG TRONG ANH Y HOC Trong chương này, các vấn đề cơ bản của hệ xử lý ảnh được nghiên cứu [1]D]. Một số khái niệm cơ bản.1 Điễm ảnh Ảnh trong thực tế là liên tục về không gian và giá trị độ sáng, để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần phải tiến hành số hóa ảnh. Trong quá trình số hóa, người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu và lượng hóa thành phần giá trị mà về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai điễm ké nhau. Trong quá trình này người ta sử đụng khái niém Picture element ma ta quen gọi là Pixel ~ phần tử ảnh.
Như: vay, 1 ảnh là một tập hợp các phần tử ảnh. Mức xám Là kết quả của sự mã hóa tương ứng một cường độ sáng của mỗi điểm. ảnh với một giá trị sáng, kết quả của quá trình lượng tử hóa.1 Định nghĩa 'Biên là một đặc tính rất quan trọng của đối tượng trong ảnh, một điểm ảnh có thê gọi là điểm biên nếu ở đồ có sự thay đôi đột ngột về mức xám. Các Rỹ thuật phát hiện biên.
1) Kỹ thuật phát hiện biên Gradient Theo dinh nghia, gradient à một véctơ có các thành phần biểu thị tốc độ - (#E2)- „./E+e)-/62) thay đối giá trị của điểm ảnh, ta có: | Øf(xy)_ „ „ /6y+4)- /x.>) 2 + Trong đó, dx, đy là khoảng cách (tinh bit số điểm) theo hướng x và y Tuy ta nói là đạo hàm nhưng thực chất chỉ là mô phỏng và xấp xỉ đạo hàm bằng các kỹ thuật nhân chập vì ảnh số là tín hiệu rời rạc nên dao ham không tồn tại. Giả sử với đx và đy nhỏ nhất là 1, ta có: [Ÿz/+1x)-/>) 6y+1)=/Œ&z) Do đó, nh mặt nạ nhân chập theo hướng x là A= (-1 1) và hướng y là a) 2) Kỹ thuật Prewitt Kỹ thuật sử đụng hai mặt nạ nhập chap xp xi dao hàm theo hai hướng xvây là Các bước tính toán của kỹ thuật Prewitt + Bước1: Tinh | ®Hx val 8 Hy + Bước2: Tinh I @Hx +1 ®Hy + Bước 3: Phân ngưỡng theo 6 đễ cô ảnh biên. 3) Kỹ thuật Sobel: Tương tự như kỹ thuật Prewit kỹ thuật Sobel sử, dung hai mặt nạ nhân chập theo hai hướng x, ý là [01 Hr=|-2 0.2 Km) 1 H=0 0 i124 Các bước tính toán tương tự Prewitt + Bước1: Tỉnh 8H vàI ®Hy + Bước2: Tinh 6 Hx +1 8 Hy ~ Bước3: Phân ngưỡng theo 6 để có ảnh biên 4) Kỹ thuật la bàn “Kỹ thuật sử dung tâm mặt nạ nhân chip theo 8 hung 0°, 45°, 90°, 135°, 180%, 225°, 270°, 315° 5) Kỹ thuật phát hiện biên Laplace Các phương pháp đánh giá gradient ở trên làm việc khá tốt khi mà độ. sáng thay đổi rõ nét.
Khi mức xám thay đổi chậm, miễn chuy tiếp trải rộng, phương pháp cho hiệu quả hơn đồ là phương pháp sử dụng đạo him bac hai Laplace Ba kiểu ma trận mặt nạ thường được sử đụng: 1-21) 6) Kỹ thuật Canny: Đây là một thuật toán được phát triển khá sớm nhưng cho snnay là một trong những kỹ thuật được sử đụng rộng rãi, cho các kết quả tương đối tốt, có khả năng đưa ra đường biên mảnh, phân biệt được điểm biên với điểm nhiễu. Láng giéng Cé 02 loại lãng giềng đó là 4 láng giéng và 8 lãng giểng (4 láng giềng: 4 láng của 1 điểm (x,y) là một tập hợp bao g: im láng giềng đọc và láng giéng ngang của nó; 8 láng giéng của (%.y) là một tập cha của 4 lãng giéng và bao gồm láng giềng ngang, đọc và chéo). Vũng liên thông Một vùng R liên thông nếu bất kỳ 2 điểm (xạ. (%;ys), mà các điểm (x,y;) thuộc vào R và bất kỳ điểm (x,y:) nào đều kẻ sát với điểm trước (x::,y:1) và điểm tiếp theo (x«i.ys›) trên đường đó.
(&«y) được gọi là kề với điểm (x:. Biéu dién ảnh Người ta đùng các phân tử đặc trưng của ảnh là pixel, có thể xem một "hàm hai biến chứa các thông tin như biéu dign của ảnh, việc xử lý ảnh số yêu cầu ảnh phải được mã hóa và lượng tử hóa. Việc lượng tử hóa ảnh là chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số của một ảnh đã lấy mẫu sang một số hữu. hạn mức sắm.
Tăng cường khôi phục ảnh ‘Tang cường ảnh là bước quan trọng tạo tiền đề cho xử lý ảnh, gồm một loạt các kỹ thuật như: lọc bộ tương phản, khử nhiễu, nỗi màu, Khôi phục ảnh là nhằm loại bỗ các suy giảm trong ảnh. Biển adi ảnh 'Trong thuật ngữ biển đổi ảnh thường được đùng để nói đến một lớp các ma trận đơn vị và các kỹ thuật đùng để biến đổi ảnh. Một số loại biến đôi được đùng như: biến đổi Fourier, Cosin, tich Kronecker, biến đổi Karhumen. Phân tích ảnh Liên quan đến việc xác định các tọa độ đo định lượng của một ảnh để đưa ra một mô tã đầy đủ về ảnh.
Các kỹ thuật được sử đụng ở đây nhằm mục. đích xác định biên của ảnh. Nhận dạng nh: Là quá trình mô tả các đối tượng mà người ta muốn đặc tả nó. Quá trình.
nhận đạng thường đi sau quá trình trích chọn các đặc tính chủ yếu của đối tượng. Có hai kiểu mô tả đối tượng đô là: mô tả tham số và mô tả theo cấu trúc 11. Nến ảnh Dữ liệu ảnh cũng như các loại dữ liệu khác cần phải lưu trữ hay truyền đi trên mạng, lượng thông tin để biểu điễn cho một ảnh là rất lớn. làm giảm thông tin hay nén đữ liệu là một nhu cầu cần thiết.
Phân đoạn ảnh Phân đoạn ảnh là một thao tác ở mức thấp trong toàn bộ quá trình xử lý ảnh. Quả trình này thực hiện việc phân ving ảnh thành các vùng rồi rạc và đồng nhất với nhau hay cách khác là sác định các biên của các vùng ảnh đó. * Phân đoạn ảnh bằng Oisu: Thuật toán phân ngưỡng Otsu được tác giả Nobuyuki Otsu giới thiệu năm 1979. Phương pháp phân ngưỡng Otsu dựa trên biểu đồ histogram.
Trước tiên, tác giả xét biểu dé histogram chuẩn hóa dựa trên hàm mật độ (PDF ~ Probability density function) theo công thức (1) dưới đây bÍ)=St a=012.L1, Œ) trong 46: n - tổng số pixel trên ảnh; nạ - tổng số pixel có mức độ xám rạ; L - tổng số ngưỡng độ xám trên ảnh; Giả sử cô ngưỡng k được chon sao cho Cola tap hop cic pixel c6 nguting từ [0,1,.k-1] và C; là tập hợp các pixel cô ngưỡng từ [K,k+l.L-1] Phương pháp Otsu lựa chọn ngưỡng k sao cho độ lệch chuẩn ơị giữa các lớp 1à lớn nhất. Độ lệch chuẩn ơ; được xác định theo công thức (2): a (Ho “Hr +, 4, cm, @ trong đồ 11. Xửlý ảnh Là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ, nó là một ngành khoa học mới mẽ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó. Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng đụng chính: nâng cao chất lượng ảnh, phân đoạn ảnh và phân tích ảnh.
Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân Đôn đến. ‘New York tir nhiing nim 1920. Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955. Điều đó có thê giải thích được vì sau thế chiến.
thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số thuận lợi. Năm 1964, may tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và vệ tỉnh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, phân đoạn ảnh, nhận dạng ảnh phát triển không ngững. Dé đễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh.
Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh). Trước đây, ảnh thu qua camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnh. màu hoặc đen trắng được lấy ra từ Camera sau đô được chuyên trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo.
~ Quá trình xử lý ảnh: được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào. nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh. có thể là một ảnh "tốt hơn” hoặc một kết luận.
Ảnh vào Ảnh ra (tốt hơn) ———n Xửÿâh | —————~ Kết luận Tình 1.1 Quá trình xửlý ảnh Ảnh trong xử lý ảnh cô thể xem như ảnh n chiều. Bởi vì, ảnh có thé xem là tập hợp các điểm ảnh. Trong đó, mỗi điểm ảnh được xem như là đặc trưng cường độ sáng hay một đấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối tượng trong không gian và do đồ nó có thể xem như một hàm n biển P (cl, ¢2. ca), (=) Xa Camera = L——>| Thunận | „| Hệ Sôhóa Xe quyết Hiện E—”L *h ảnh số định thị Sensor Truyện thông .2 Các giai đoạn chính trong hệ thông xử If ảnh 10 + Thu nhận ảnh: - Qua các camera (tương tự, số).
~ Từ vệ tỉnh qua các bộ cảm ứng (Sensors) - Qua các máy quết ảnh (Scaners) + Số hóa ảnh: Biến đổi ảnh tương tự thành ảnh rời rạc để xử lý bằng máy tính: Thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc về mặt không gian) và lượng ‘ti hoa (roi rac về mặt biên độ) + Xử lý số: là một tiến trình gồm nhiều công đoạn nhỏ: Tăng cường anh Enhancement), khéi phuc anh (Restoration), phat hiện biên (Egde Detection), phin doan anh (Secmenttation), trich chọn các đặc trưng (Fezture Extraction). + Hệ quyết định: Tùy mục đích của ứng dung mà chuyển sang giai đoạn khác là hiển thị, nhận đạng, phân lớp, truyền thông, ~ _ Các định dang co bin trong xử lý ảnh: Trong quá trình xử lý ảnh, một ảnh thu nhận vào máy tính phải được ‘mi hóa. Hình ảnh khi lưu trữ dưới dạng tệp tin sẽ được số hóa. Một số dang đã được chuẩn hỏa như: ảnh JPEG (Joint Photographic Expert Group), GIF(Graphic Interface Format), PNG @ortable Network Graphics), TIFF (Tagged Image File Format) + Anh JPEG (Joint Photographic Experts Group): Day là định dang tập tin hầu hết các loại máy ảnh số và phần mềm xử lý ảnh đều hỗ trợ tương thích.
File JPEG cing là định dạng file anh phé biến nhất trên Intemet Dinh dang JPEG có dung lượng nhỏ, nhẹ.