dsp

Tổng quan xử lí ảnh và biên

Vai tròCó rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn và đang trở thành một ngành quan trọng không thể thiếu.

Các bước xử lý ảnh

Các khái niệm

Điểm ảnh (Picture Element): sự số hóa của một ảnh thành tập những điểm ảnh (pixel).

Tọa độ (x,y)Độ xámMàu

Khoảng cách giữa các điểm ảnh được chọn sao cho mắt người cảm nhận được sự liên tục.

Mỗi phần tử ma trận là một phần tử ảnh.

Độ phân giải (Resolution): số lượng điểm ảnh trên một ảnh số.

Ví dụ:HD (720p), Full HD (1080p), Ultra HD, 4K (2160p), 5K …Rentina: iPhone 6 Plus (401 PPI).

Các khái niệm

Mức xám: cường độ sang của điểm ảnh được gán bằng một giá trị số.

Thông thường mức xám: 16, 32, 64, 128, 256 → 8 bits.Ảnh nhị phân: 2 mức đen – trắng.Ảnh đen trắng: có 2 màu đen, trắng với độ xám khác nhau.Ảnh màu: với hệ màu RGB, dùng 3 bytes để mô tả mức màu.• 28*3 = 224 ≈ 16.7 triệu màu.

Các khái niệm

Điểm biên: điểm ảnh có sự thay đổi nhanh, đột ngột về mức xám (hoặc màu).Trong ảnh nhị phân, điểm đen gọi là điểm biên nếu lân cận có ít

nhất một điểm trắng.

Đường biên: tập hợp các điểm biên liên tiếp tạo thành đường biên hay đường bao (boundary).

Ý nghĩa: công đoạn quan trọng trong phân tích, nhận dạng ảnh (phục hồi ảnh); dùng làm đường phân cách các vùng có độ xám (màu) khác nhau.

Các khái niệm

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi mức xám u(x).

Đường biên lý tưởng:

Các khái niệm

Đường biên bậc thang (dốc):

Đường biên không trơn (thực):

Các khái niệm

Quy trình phát hiện biên

Do ảnh ghi thường có nhiễu nên cần dùng các biện pháp lọc nhiễu để khử nhiễu.

Làm nổi biên sử dùng các toán tử phát hiện biên.

Định vị biên (cần loại bỏ các biên giả).

Liên kết, trích chọn biên.

Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên

Phát hiện biên trực tiếp: dựa vào sự biến thiên độ sáng của điểm ảnh để làm nổi biên bằng đạo hàm.Đạo hàm bậc nhất: phương pháp Gradient.Đạo hàm bậc hai: phương pháp Laplace.Hiệu quả với các ảnh chịu nhiễu.

Phát hiện biên gián tiếp: dựa vào phép xử lý kết cấu đối tượng, sự biến thiên nhỏ và đồng đều độ sáng của các điểm ảnh thuộc một đối tượng. Từ ảnh đã được phân vùng, sẽ xác định đường bao.Kỹ thuật dò biên và phân vùng ảnh là hai bài toán đối ngẫu.Hiệu quả khi sự biến thiên về độ sáng là nhỏ.

Đánh giá các thuật toán

Lỗi âm: có thể thông báo tìm được biên trong khi nó tồn tại.

Lỗi dương: thông báo về một biên trong khi nó tồn tại.

Vị trí của một biên có thể có thể bị nhầm.

Các phương pháp đánh giá:Phương pháp Pratt (1978).Phương pháp Kitchen-Rosenfeld (1981).

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN CỔ ĐIỂN

PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN TRỰC TIẾP

PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN GIÁN TIẾP

Làm nổi biên dựa vào sự biến đổi độ sang của điểm ảnh. Kỹ thuật chủ yếu ở đây là kỹ thuật đạo hàm.

Ví dụ : Nếu lấy đạo hàm bậc nhất của ảnh

ta có phương pháp Gradient, La bàn.

Nếu lấy đạo hàm bậc hai của ảnh ta có phương pháp Laplace.

Phát hiện biên trực tiếp

Dựa vào sự biến thiên nhỏ và đồng đều độ sang của các điểm ảnh thuộc một đối tượng.

Nếu các vùng của ảnh được xác định thì đường phân ranh giữa các vùng đó chính là biên của ảnh.

Việc phát hiện biên và phân vùng đối tượng là hai bài toán đối ngẫu.

Phát hiện biên gián tiếp

So sánh: Phương phát phát hiện biên trực tiếp thường sử dụng hiệu quả vì ít chịu ảnh hưởng của nhiễu.Nhưng nếu sự biến thiên độ sáng của ảnh là không cao thì khó có thể phát hiện biên. Phương pháp phát hiện biên gián tiếp đạt hiệu quả cao khi cường độ sáng nhỏ. Nhưng khó cài

đặt.

Quy trình phát hiện biên

Bước 4: liên kết và trích chọn biên

Bước 1: Lọc nhiễu

Bước 2: Làm nỗi biên

Bước 3: Định vị biên

Kỹ thuật phát hiện biên Gradient

PIXEL DIFFERENCESEPARATED PIXEL DIFFERENCETOÁN TỬ ROBERTTOÁN TỬ PREWITTTOÁN TỬ SOBELTOÁN TỬ FRIE – CHENTOÁN TỬ BOXCARTOÁN TỬ TRUNCATED PYRAMID

Pixel difference

ẢNH GỐC ẢNH BIÊN

Separated Pixel difference


Toán tử Robert


Toán tử prewitt


Toán tử sobel


Toán tử frie – chen


Toán tử boxcar


Toán tử truncated pyramid


Các toán tử la bàn

TOÁN TỬ LA BAN KIRSHTOÁN TỬ LA BÀN PREWITTTOÁN TỬ LA BÀN ROBINSON 3 LEVELTOÁN TỬ LA BÀN ROBINSON 5 LEVEL

Toán tử la ban kirsh


Toán tử la bàn prewitt


Toán tử la bàn robinson 3 level


Toán tử la bàn robinson 5 level


Kỹ thuật phát hiện biên Laplace

dsp

Documents