BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TIỂU LUẬN CƠ BẢN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ Học viên: Lê Long Hải Giảng viên: TS Ngô Văn Sỹ Đà Nẵng, 2013 Tiểu luận xử lý ảnh số Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Xử lý ảnh số là gì? Một ảnh có thể được mô tả bằng một hàm 2 chiều f(x,y) trong đó x và y là tọa độ không gian và độ khuếch đại f của một điểm bất kỳ trong không gian gọi là cường độ hay mức xám của ảnh tại điểm đó. Khi x, y là độ khuếch đại tại f là hữu hạn, rời rạc thì ta gọi ảnh là ảnh số. Xử lý ảnh số là xử lý ảnh bằng một máy tính số. Chú ý rằng ảnh số được tạo từ 1 số hữu hạn các phần tử, mỗi phần tử có vị trí và giá trị xác định. Mỗi phần tử được gọi là phần tử ảnh, điểm ảnh, pixel hay pel. Pixel được sử dụng rộng rãi nhất khi nói về ảnh số. Thị giác là giác quan quan trọng nhất của con người. Tuy nhiên không giống người, vốn có những giới hạn về ánh sáng thấy được trong dải sóng điện từ, ảnh mà máy nhận được bao hàm tất cả các phổ sóng, cả tia gamma và sóng radio. Chúng ta có thể tạo ra ảnh từ các nguồn con người không nhìn thấy được như trên. Ngoài ra còn các nguồn sóng siêu âm, chùm electron và ảnh tạo bởi máy tính. Như vậy, ảnh số có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chưa có tiếng nói chung giữa các nhà khoa học rằng khi nào thì xử lý ảnh số kết thúc cũng như khi nó bắt đầu từ việc phân tích ảnh và tầm nhìn số. Chúng ta tin rằng sẽ có một và giới hạn và biên giới nhân tạo. Ví dụ tính giá trị khuếch đại trung bình của 1 ảnh (biểu thị dưới 1 số) không được coi là một hàm xử lý ảnh số. Ví dụ khác là những mảng nghiên cứu về thị giác máy tính thay thế cho thị giác con người, bao gồm cả việc học và phản ứng lại các tác động nhìn thấy. Đây là 1 nhánh của trí thông minh nhân tạo (AI) thay cho trí thông minh con người. Mảng về trí thông minh nhân tạo được phát triển từ rất sớm, nhưng tốc độ xử lý chậm hơn nhiều so với thực tế. Mảng về phân tích ảnh bao gồm cả xử lý ảnh và thị giác máy tính. Không có ranh giới rõ ràng giữa xử lý ảnh, thị giác máy tính và các mảng khác. Tuy nhiên tùy theo mức sử dụng mà người ta chia xử lý ảnh thành 3 loại là xử lý thấp, trung bình và xử lý cao. Xử lý mức thấp là xử lý sơ bộ như giảm nhiễu, tăng độ tương phản, làm sắc nét. Xử lý mức trung bình chia ảnh thành các mảng và chuyển từng mảng về dạng phù hợp với xử lý máy tính và nhận biết vật thể nhất định. Kết quả xử lý trung bình là ảnh hoặc các thuộc tính tách ra từ ảnh. Cuối cùng, xử lý mức cao cho phép cảm nhận và nhận biết vật thể, phân tích ảnh, biểu hiện các hàm dựa trên thị giác con người. Dựa trên các nhận xét, chúng ta coi phần xen lẫn giữa xử lý và phân tích ảnh là nhận biết vật thể và miền trong ảnh. Do đó xử lý ảnh số có đầu ra là ảnh và việc xử lý hoàn thiện tách ra được những thuộc tính ảnh bao gồm cả nhận biết vật. Xét một ví dụ đơn giản cho khái niệm này là phân tích chữ viết trên 1 nền. Trước tiên chúng ta cần tách thành những ký tự riêng rẽ, kiểm tra kỹ tự có phù hợp với dạng lưu trữ trong máy tính và nhận biết các ký tự tạo thành từ và câu. Việc này có quan hệ với cả việc phân tích ảnh và thị giác máy tính, phụ thuộc vào độ phức tạp của trạng thái cảm nhận. Xử lý ảnh số được ứng dụng rộng rãi trong xã hội và kinh tế. Chương này sẽ trình bày nguồn gốc các phương pháp được sử dụng trong các mảng ứng dụng xử lý ảnh. 2.2 Nguồn gốc của xử lý ảnh số: Một trong những ứng dụng đầu tiên của xử lý ảnh số là công nghiệp báo chí, khi mà ảnh được gửi lần đầu tiên từ cáp ngầm xuyên biển giữa London và New York. Trang 2 Tiểu luận xử lý ảnh số Hệ thống truyền ảnh bằng cáp Bartlance được giới thiệu vào đầu thập niên 1920 đã giảm thời gian truyền ảnh từ khoảng 1 tuần xuống còn 3 giờ. Các thiết bị in mã hóa ảnh đi và sau đó tái tạo lại ảnh ở đầu thu. Hình 1.1 đã được truyền đi bằng phương pháp như thế. Hình 1.1 Ảnh số được tái tạo bằng thiết bị in năm 1921 Một vài vấn đề trong nâng cao chất lượng ảnh chụp vào thời kỳ đầu của ảnh số được giải quyết bằng cách phân phối các mức cường độ mỗi điểm ảnh. Phương pháp in sử dụng để nhận hình 1.1 bị loại bỏ năm 1921 và thay thế bằng phương pháp tái tạo ảnh dùng các băng điện tín tại đầu nhận ảnh. Hình 1.2 thể hiện 1 ảnh nhận được bằng phương pháp trên, nó có chất lượng và độ phân giải tốt hơn so với hình 1.1. Hình 1.2 Ảnh số năm 1922 Hệ thống Bartlane thời kỳ đầu mã hóa ảnh với 5 mức thang độ gray. Dung lượng này tăng lên 15 mức vào năm 1929. Hình 1.3 thể hiện một tấm ảnh tiêu biểu sử dụng thang đo 15 mức. Trong suốt thời kỳ này, các hệ thống gồm tấm phim và chùm tia sáng để tạo ra băng ảnh đã tăng chất lượng phục hồi ảnh lên đáng kể. Hình 1.3 Ảnh số truyền từ London đến New York năm 1929 Mặc dù các ví dụ chỉ thể hiện sự phát triển của ảnh số, chúng ta không xem kết quả xử lý ảnh số trong khái niệm của chúng ta vì các máy tính chưa được phát triển. Sau đó, lịch sử xử lý ảnh số gắn liên lịch sử phát triển máy tính số. Ví dụ ảnh số cần dung lượng lớn, cấu hình mạnh để xử lý cá thuật toán phức tạp, việc xử lý ảnh phụ Trang 3 Tiểu luận xử lý ảnh số thuộc vào sự phát triển của máy tính và các công nghệ hỗ trợ khác bao gồm lưu trữ dữ liệu, hiển hị và truyền dẫn. Ý tưởng máy tính ra đời từ với phát minh bàn tính ở Trung Quốc cổ đại 5000 năm trước. Tất nhiên từ 1921 đến nay máy tính hiện tại đã được phát triển trong suốt 2 thế kỷ. Tuy nhiên cơ sở của máy tính dố hiện đại chỉ được đưa ra vào thập niên 1940 với sự giới thiệu của John on Neumann về 2 khái niệm: (1) một bộ nhớ đê lưu trữ dữ liệu và (2) các nhánh điều kiện. Hai ý tưởng này là nguồn gốc của bộ vi xử lý (CPU), trái tim của máy tính ngày nay. Bắt đầu cùng von Neumann, đã có một loạt các giai đoạn mấu chốt dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của máy tính khi dùng trong xử lý ảnh số. Những giai đoạn này bao gồm: (1) Phát minh ra transistor bởi Phòng thí nghiệm Bell năm 1948, (2) sự phát triển ngôn ngữ lập trình bậc cao COBOL và FORTRAN thập niên 1940 avf 1950, (3) phát minh mạch tích hợp IC tại Texas Instruments 1958, (4) sự phát triển của hệ điều hành đầu 1960s, (5) sự phát triển của vi xử lý bởi Intel đầu 1970s, (6) máy tính cá nhân bởi IBM năm 1981, (7) sự thu nhỏ các thành phần trong mạch tích hợp cuối 1970s và mạch vi điện tử (VLSI) trong thập niên 1980 đến các mạch siêu tích hợp (ULSI). Hiện tại chúng ta có các máy tính tiên tiến với dung lượng lớn và hệ thống hiển thị mạnh mẽ cho phép dễ dàng sử dụng trong xử lý ảnh số. Máy tính đàu tiên mạnh đủ để xử lý ảnh ra đời vào năm 1960. Sự ra đời của thứ mà chúng ta gọi là xử lý ảnh số hiện nay có thể đã tồn tại trong các chương trình không gian trong thời kỳ đó. Nó kết hợp 2 nhánh phát triển và mang lại sự tập trung vào tiềm năng của việc xử lý ảnh số. Sử dụng máy tính để tăng chất lượng ảnh từ các kính viễn vọng không gian bắt đầu tại Phòng thí nghiệm Jet Propulsion (California) năm 1964 khi những bức ảnh từ mặt trăng được truyền về từ Ranger 7 bởi máy tính có rất nhiều ảnh nhiễu trên camera. Hình 1.4 thể hiện hình ảnh đầu tiên trên mặt trăng chụp bởi Ranger 7 vào 31/7/1964 lúc 9:09AM giờ quốc tế, 17 phút trước khi hạ cánh trên mặt trăng. Đây là hình ảnh đầu tiên chong chương trình không gian Mỹ. Hình ảnh nhận được từ Ranger 7 là cơ sở cho nâng cao các phương pháp làm tốt và phục hồi ảnh cho chương trình lên mặt trăng hay lên sao hỏa. Hình 1.4 Ảnh chụp bề mặt mặt trăng từ Ranger 7 Song song với việc ứng dụng trong các chương trình không gian, xử lý ảnh số bắt đầu cuối 1960 đầu 1970 sử dụng trong hình ảnh y tế, điều khiển quan sát mặt đất và du hành vũ trụ. Phát minh năm 1970s về máy rọi X quang (CAT) còn gọi là máy chụp số (CT) là 1 trong các phát minh quan trọng nhất trong ứng dụng xử lý ảnh số trong y học. Máy CAT là 1 hệ thống xử lý gồm 1 vòng cảm biến gắn quanh vật thể (hay bệnh nhân) và 1 nguồn phát tia X quay quanh vật. Tia X xuyên qua vật và được Trang 4 Tiểu luận xử lý ảnh số cảm nhận bởi các cảm biến đối diện nó. Các vòng quay được lặp lại tại các vị trí khác nhau trên vật thể. Phép chụp này bao hàm các thuật toán sử dụng dữ liệu cảm biến để dựng lại hình ảnh vật thể dưới dạng những lát cắt. Dịch chuyển vật thể theo hướng vuông góc với vòng cảm biến sẽ tạo ra những lát cắt liên tiếp, cho phép tạo ra hình ảnh 3 chiều bên trong vật. Phép chụp này được đưa ra độc lập bởi Sir Godfrey N.Hounsfield và giáo sư Allan M.Cormark, cùng chia sẻ giải Nobel Y học năm 1985 về phát minh này. Một điều thú vị khác là người tìm ra tia X năm 1895 là Roentgen cũng nhận giải Nobel Vật lý năm 1901. Hai phát minh cách nhau 100 năm đã mở đầu cho nhiều ứng dụng quan trọng cho xử lý ảnh số ngày nay. Từ thập niên 1960 đến nay, các mảng xử lý ảnh số đã phát triển rộng khắp. Ben cạnh các ứng dụng trong chương trình không gian và y học, xử lysa nhr số còn dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Máy tính dùng để tăng độ tương phản trong các tấm ảnh chụp X quangtrong công nghiệp, y tế và sinh học. Các nhà địa chất sử dụng công nghệ tương tự để tìm ra các nguồn ô nhiễm từ bức ảnh nhận được từ vệ tinh. Làm tốt và phục hồi ảnh được sử dụng để xử lý ảnh những vật không bị che chắn hay những thì nghiệm đắt tiền khó lặp lại. Trong khảo cổ học, các phương pháp xử lý ảnh số được dùng phục hồi lại những bức ảnh mờ để phục hồi các cổ vật bị hư hỏng theo đúng hình dạng cũ. Trong vật lý, nó giúp có những hình ảnh tốt hơn về thí nghiệm plasma năng lượng cao hay chùm electron. Tương tự ảnh số cũng ứng dụng thành công trong sinh học, điều trị phóng xạ, bằng chứng, bảo vệ và công nghiệp… Mảng lớn thứ hai mà chúng ta quan tâm đối với công nghệ xử lý ảnh là giải quyết các vấn để với nhận thức máy tính. Ta tập trung vào cách tách các thuộc tính ra khỏi ảnh trong dạng phù hợp với xử lý số. Thông thường thông tin sẽ có chút giống với hình ảnh mà con người nhìn thấy từ bức ảnh. Ví dụ một loại thông tin sử dụng trong nhận biết máy tính là momen thống kê, tương quan Fourier và khoảng cách đa chiều. Các vấn đề cơ bản của nhận biết máy tính là tự phát hiện ký tự, tầm nhìn công nghiệp cho đánh giá và phân tích các sản phẩm, nhận biết trong quân sự, xử lý vân tay, ảnh X quang và mẫu máu, và xử lý hình ảnh chụp trên không và vệ tinh để dự báo thời tiết và bảo vệ môi trường. Sự giảm sút của giá cả máy tính và sự phát triển của mạng toàn cầu và Internet cho phép tạo ra vô số cơ hội cho sự phát triển của xử lý ảnh số. 1.3 Các mảng ứng dụng xử lý ảnh số Ngày nay, hiếm có lĩnh vực kĩ thuật nào mà không bị ảnh hưởng bởi công nghệ xử lý hình ảnh kĩ thuật số. Chúng ta có thể chỉ dùng một vài trong số các ứng dụng này. Tuy nhiên, hạn chế của nó là, các tài liệu trình bày trong phần này sẽ để lại chắc chắn trong tâm trí của người đọc liên quan đến qui mô và tính tầm quan trọng của xử lý hình ảnh kỹ thuật số. Chúng tôi có thể chỉ ra công nghệ này có vô số ứng dụng, mỗi trong số đó đều thường xuyên sử dụng các hình ảnh xử lý kỹ thuật phát triển trong các chương tiếp theo. Nhiều hình ảnh chỉ ra rằng phần này được sử dụng trong một hoặc nhiều ví dụ được cho trong sách. Tất cả các hình ảnh hiển thị là kỹ thuật số. Các lĩnh vực ứng dụng của xử lý hình ảnh kĩ thuật số rất đa dạng, trong đó một số hình thức tổ chức là mong muốn có gắng tìm cách để nắm bắt được tử tưởng của lĩnh vực này. Các lĩnh vực được ứng dụng xử lý hình ảnh kỹ thuật số để thay đổi một số hình thức tổ chức vì mong muốn cố gắng nắm bắt được qui mô của lĩnh vực này. Một trong những cách đơn giản nhất nhằm phát triển một sự hiểu biết cơ bản về mức độ của các ứng dụng xử lý hình ảnh là phân loại hình ảnh theo nguồn gốc của chúng (ví dụ trực quan. X-quang. Vv). Các nguồn năng lượng chủ yếu cho hình ảnh sử dụng ngày nay là phổ năng lượng điện từ. Nguồn quan trọng khác của năng lượng bao gồm âm thanh, siêu âm, điện tử (trong biểu mẫu của chùm điện tử được sử dụng trong kính Trang 5 Tiểu luận xử lý ảnh số hiển vi điện tử). Hình ảnh tổng hợp, được sử dụng để mô hình hóa và trực quan, được tạo ra bởi máy tính. Trong phần này, chúng tôi thảo luận tóm tắt làm thế nào hình ảnh được tạo ra thuộc các loại khác nhau và các lĩnh vực mà chúng được áp dụng. Phương pháp để chuyển đổi hình ảnh sang dạng số được thảo luận trong chương kế tiếp Hình ảnh dựa trên bức xạ từ phổ EM là quen thuộc nhất, đặc biệt là hình ảnh trong X-RAV và băng tần thị giác của quang phổ. Sóng điện từ có thể được định nghĩa là truyền sóng hình sin của bước sóng khác nhau, hoặc chúng có thể được coi là một dòng hạt không có khối lượng, mỗi hạt di chuyển trong theo dạng sóng và chuyển động, với tốc độ của ánh sáng. Mỗi hạt có khối lượng chứa một lượng nhất định (hoặc bó) của năng lượng. Mỗi bó năng lượng được gọi là photon. Nếu dải phổ được nhóm theo năng lượng trên mỗi photon, chúng ta có được quang phổ (hình1.5) khác nhau từ các tia gamma (năng lượng cao nhất) ở một đầu với sóng vô tuyến (năng lượng thấp nhất) ở đầu kia. Các dải được thể hiện bóng mờ để truyền đạt thực tế là băng tần của quang phổ EM không phải là riêng biệt mà là quá trình chuyển đổi dễ dàng từ cái này đến cái khác. Hình 1.5 Quang phổ điện từ được sắp xếp theo năng lượng trên mỗi photon. 1.3.1 Hình ảnh gamma Sử dụng chủ yếu của hình ảnh dựa trên tia gamma là trong y học hạt nhân và các quan sát thiên văn. Trong y học hạt nhân, phương pháp tiếp cận là để chiếu vào một bệnh nhân với một đồng vị phóng xạ phát ra tia gamma khi nó phân rã. Hình ảnh được tạo ra từ phát thải được thu thập bởi các máy dò tia gamma. Hình 1.6 (a) cho thấy một hình ảnh của một quét xương đầy đủ thu được bằng cách sử dụng hình ảnh tia gamma. Hình ảnh loại này được sử dụng để xác định vị trí trang của xương bệnh lý, chẳng hạn như nhiễm trùng hoặc khối u. Hình 1.6 (b) cho thấy một phương thức quan trọng của hình ảnh hạt nhân được gọi là chụp cắt lớp phát xạ positron (PET). Nguyên tắc là như nhau khi với X-quang chụp cắt lớp đề cập ngắn gọn trong Phần 1.2. Tuy nhiên, thay vì sử dụng nguồn năng lượng của tia X bên ngoài. bệnh nhân được chiếu một đồng vị phóng xạ phát ra positron khi nó phân rã. Khi một positron gặp một điện tử, cả hai đều bị tiêu diệt và hai tia gamma được phát ra. Đây là những phát hiện và một hình ảnh chụp cắt lớp được tạo ra bằng cách sử dụng các nguyên tắc cơ bản của cắt lớp. Những hình ảnh thể hiện trong hình. 1.6 (b) là một trong những mẫu của một chuỗi thành phần tạo nên một biểu hiện 3-D của bệnh nhân. Hình ảnh này cho thấy một khối u trong não và trong phổi, dễ dàng nhìn thấy có là những khối nhỏ màu trắng ở đó. Một ngôi sao trong chòm sao Thiên Nga phát nổ khoảng 15.000 năm trước đây, tạo ra một đám mây khí tĩnh nhiệt (được gọi là Loop Cygnus) có phát sáng trong một mảng ngoạn mục của màu sắc. Hình 1.6 (c) cho thấy loop Cygnus chụp ảnh trong dải tia gamma. Không giống như hai ví dụ thể hiện trong hình. 1.6 (a) và (b). hình ảnh này đã được thu được bằng cách sử dụng bức xạ tự nhiên của đối tượng được chụp ảnh. Cuối cùng, hình. 1.6 (d) cho thấy một hình ảnh của bức xạ gamma từ một van trong Trang 6 Tiểu luận xử lý ảnh số một lò phản ứng hạt nhân. Diện tích bức xạ mạnh mẽ được nhìn thấy từ trong, phía dưới, và bên trái của hình ảnh. Hình 1.6: Ví dụ về hình ảnh tia gamma, (a) Scan xương, (b) hình ảnh PET, (c) Cygnus Loop, (d) bức xạ gamma (điểm sáng) từ một van lò phản ứng. 1.3.2 Hình ảnh X quang X-quang là số lượng các nguồn lâu đời nhất của EM bức xạ sử dụng cho hình ảnh. Việc sử dụng nổi tiếng nhất của X-quang là chẩn đoán y tế, nhưng chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và các lĩnh vực khác, như thiên văn học. X-quang cho hình ảnh y tế và công nghiệp được tạo ra sử dụng một ống tia X, đó là một ống chân không với một cực âm và một cực dương. Cực âm được làm nóng, làm cho các electron tự do sẽ được phát hành. Các electron di chuyển ở tốc độ cao đến cực dương tích điện dương. Khi các điện tử tấn công hạt nhân, năng lượng được giải phóng dưới dạng bức xạ X-RAV. Năng lượng (sức thâm nhập) của X-quang được điều khiển bởi một hiệu điện thế cực dương, và số lượng tia X được điều khiển bởi một dòng điện áp dụng cho các dây tóc trong cực âm. Hình 1.7 (a) cho thấy một lồng ngực quen thuộc được chụp bẵng X-quang, nó được tạo ra chỉ đơn giản bằng cách đặt bệnh nhân giữa một nguồn tia X và một tấm phim nhạy với năng lượng tia X. Cường độ của tia X bị thay đổi bởi sự hấp thụ khi chúng đi qua các cơ thể bệnh nhân, và kết quả là Trang 7 Tiểu luận xử lý ảnh số năng lượng giảm trên tấm phim nó hiện lên, với nhiều cách giống nhau mà mà ánh sáng hiện lên trên phim ảnh. Trong chụp X quang kỹ thuật số, hình ảnh kỹ thuật số thu được bằng một trong hai phương pháp: (1) bằng cách số hóa các bộ phim X-quang, hoặc (2) bằng cách tia X đi qua cơ thể bệnh nhân hiện trực tiếp lên thiết bị (chẳng hạn như một màn hình phốt pho) có chuyển đổi X-quang với ánh sáng. Các tín hiệu ánh sáng lần lượt được chụp bởi một hệ thống số hóa nhạy sáng. Chúng tôi thảo luận về số hóa chi tiết trong Chương 2. Hình 1.7 Ví dụ về ảnh X quang, (a) X-quang ngực. (b) động mạch chủ chụp mạch, (c) CT não (d) Mạch in, (e) Cygnus Loop. Chụp động mạch là một ứng dụng quan trọng trong một lĩnh vực được gọi là tương phản tăng cường ảnh chụp X quang. Thủ thuật này được sử dụng để có được hình ảnh (được gọi là angiograms) của các mạch máu. Một ống thông (linh hoạt, ống rỗng nhỏ) được đưa vào, ví dụ, vào một động mạch hoặc tĩnh mạch ở bẹn. Ống thông được luồn vào mạch máu và dẫn dắt tới những khu vực được nghiên cứu. Khi ống thông đến các khu vực đang được điều tra, một chất cản tia X được phun qua ống thông. Điều này tăng độ tương phản của các mạch máu và cho phép các bác sĩ chẩn đoán hình để nhìn thấy bất kỳ bất thường nào hoặc bị tắc. Hình 1.7 (b) cho thấy ví dụ của một ảnh chụp mạch động mạch chủ. Ống thông có thể được nhìn thấy được chèn vào mạch máu lớn trên dưới bên trái của hình ảnh. Lưu ý sự tương phản của mạch máu cao khi các chất cản quang chảy lên theo hướng của thận, mà cũng có thể nhìn thấy trong hình ảnh. Như đã thảo luận trong Chương 3, chụp động mạch là một lĩnh vực Trang 8 Tiểu luận xử lý ảnh số chính của xử lý hình ảnh kỹ thuật số, nơi phép trừ ảnh được sử dụng để nâng cao hơn nữa việ nghiên cứu các mạch máu. Có lẽ điều tốt nhất được biết đến trong tất cả các ứng dụng của X-quang đối với chẩn đoán hình ảnh là chụp cắt lớp trụcevi tính. Do độ phân giải của chúng và khả năng 3-D, quét CAT cách mạng hóa y học từ thời điểm chúng lần đầu tiên được xuất hiện vào đầu năm 1970. Như đã nêu trong mục 1.2. mỗi hình ảnh CAT là một "lát cắt" đưa vuông góc qua bệnh nhân. Nhiều lát được tạo ra khi bệnh nhân được chuyển vào qua một hướng theo chiều dọc. Tập hợp của những hình ảnh đó tạo nên một bản tái tạo 3-D phía bên trong của bệnh nhân, với độ phân giải theo chiều dọc là tỷ lệ thuận với số lượng hình ảnh lát thực hiện. Hình 1.7 (c) cho thấy một hình ảnh đầu lát CAT điển hình. Kỹ thuật tương tự như những điều vừa thảo luận, nhưng nói chung liên quan đến năng lượng cao hơn X-quang, được áp dụng trong quá trình công nghiệp. Hình 1.7 (d) cho thấy một hình ảnh X-quang của một bảng mạch điện tử. Hình ảnh như vậy, đại diện của hàng trăm các ứng dụng công nghiệp của X-quang, được sử dụng để kiểm tra mạch đối với sai sót trong sản xuất, chẳng hạn như thiếu các thành phần hoặc các dấu vết bị hỏng. Quét CAT công nghiệp rất hữu ích khi các bộ phận có thể bị phá vỡ bởi X-quang, chẳng hạn như trong lắp ráp nhựa, và các cơ quan thậm chí còn lớn, như động cơ tên lửa nhiên liệu rắn. Hình 1.7 (e) cho thấy một ví dụ về ảnh chụp X-quang trong thiên văn học. Hình ảnh này là vòng lặp Cygnus của hình. 1.6 (c), nhưng chụp ảnh lần này trong dải X-quang. 1.3.3 Hình ảnh chụp bởi dải tia cực tím Các ứng dụng của tia cực tím "ánh sáng" rất đa dạng. Bao gồm quang khắc, kiểm tra công nghiệp, kính hiển vi, laser, hình ảnh sinh học, và quan sát thiên văn. Chúng tôi minh họa hình ảnh trong dải này với các ví dụ từ kính hiển vi và thiên văn học. Ánh sáng tia cực tím được sử dụng trong kính hiển vi huỳnh quang, một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất của kính hiển vi. Huỳnh quang là một hiện tượng được phát hiện vào giữa thế kỷ XIX, khi nó lần đầu tiên được quan sát thấy rằng hoàng thạch phát huỳnh quang khi ánh sáng tia cực tím được hướng vào nó. Ánh sáng tia cực tím tự nó không thể nhìn thấy, nhưng khi một photon của bức xạ tử ngoại va chạm với một electron trong nguyên tử của một chất huỳnh quang, nó làm tăng các electron lên mức năng lượng cao hơn. Sau đó, các điện tử bị kích thích nhẹ nhàng với một mức độ thấp hơn và phát ra ánh sáng trong hình thức của một photon năng lượng thấp hơn trong các (màu đỏ) vùng ánh sáng nhìn thấy được. Nhiệm vụ cơ bản của kính hiển vi huỳnh quang là sử dụng một ánh sáng kích thích để chiếu xạ một mẫu chuẩn bị và sau đó để tách các bức xạ ánh sáng huỳnh quang yếu hơn nhiều từ ánh sáng kích thích sáng hơn. Do đó, chỉ có ánh sáng phát xạ đạt đến mắt hoặc máy dò khác. Kết quả là khu vực huỳnh quang tỏa sáng trước nền tối với đủ độ tương phản cho phép phát hiện. Tối hơn nền tảng của vật liệu không huỳnh quang, hiệu quả hơn công cụ. Kính hiển vi huỳnh quang là một phương pháp tuyệt vời để nghiên cứu vật liệu có thể được làm để phát huỳnh quang, hoặc là ở dạng tự nhiên của chúng (huỳnh quang sơ cấp) hoặc khi xử lý bằng hóa chất có khả năng huỳnh quang (huỳnh quang thứ cấp). Hình 1.8 (a) và (b) hiển thị kết quả điển hình của khả năng của kính hiển vi huỳnh quang. Hình 1.8 (a) cho thấy một hình ảnh kính hiển vi huỳnh quang của ngô bình thường, và hình. 1.8 (b) cho thấy ngô bị nhiễm "bệnh than”, một căn bệnh của các loại ngũ cốc, ngô, cỏ, củ hành, và lúa miến có thể được gây ra bởi bất kỳ của hơn 700 loài nấm ký sinh. Bệnh than ngô là đặc biệt nguy hiểm bởi vì ngô là một trong những Trang 9 Tiểu luận xử lý ảnh số nguồn thực phẩm chủ yếu trên thế giới. Như một minh họa, hình 1.8 (c) cho thấy loop Cygnus được chụp bởi trong miền năng lượng cao của dải cực tím. Hình 1.8 Hình ảnh chụp trong dải tia cực tím 1.3.4 Hình ảnh chụp bởi vùng nhìn thấy và hồng ngoại Xét thấy các vùng nhìn thấy của phổ điện từ là quen thuộc nhất trong tất cả các hoạt động của chúng tôi, không đáng ngạc nhiên khi hình ảnh trong vùng này giá trị hơn tất cả những thứ khác từ trước đến nay về phạm vi áp dụng. Vùng hồng ngoại thường được sử dụng kết hợp với hình ảnh trực quan, vì vậy chúng tôi đã nhóm các vùng có thể nhìn thấy và vùng hồng ngoại trong phần này với mục đích minh họa. Chúng ta sẽ xem xét các ứng dụng trong kính hiển vi ánh sáng, thiên văn học, cảm ứng từ xa, công nghiệp, và hành pháp. Hình 1.9 cho thấy một số ví dụ về các hình ảnh thu được với một kính hiển vi ánh sáng. Các ví dụ bao gồm từ dược phẩm và vi kiểm tra cho đặc tính vật liệu. Thậm chí chỉ trong lĩnh vực kính hiển vi, các ứng dụng đã là quá nhiều để nêu ra chi tiết ở đây. Nhưng điều đó không phải là quá khó khăn cho việc khái niệm hóa thành các loại quá trình người ta có thể áp dụng cho những hình ảnh khác nhau, dựa theo việc cải tiến đo đạc. Trang 10 [...]... một số lượng đáng kể của các công ty mới có sản phẩm đặc trưng là sự phát triển của phần mềm được viết riêng cho xử lý hình ảnh Trang 23 Tiểu luận xử lý ảnh số Mặc dù hệ thống xử lý hình ảnh quy mô lớn vẫn đang được bán cho các ứng dụng hình ảnh khổng lồ, chẳng hạn khi xử lý hình ảnh vệ tinh, xu hướng vẫn là tiếp tục hướng tới thu nhỏ và kết hợp các máy tính nhỏ đa năng với phần cứng xử lý hình ảnh. .. 26 Tiểu luận xử lý ảnh số Chương 1 CƠ SỞ CỦA XỬ LÝ ẢNH SỐ 2.1 Các thành phần của thị giác người: Mặc dù việc xử lý ảnh số dựa trên các công thức toán học và các hàm xác suất, trực giác và sự phân tích của con người mới đóng vai trò chính trong việc lựa chọn kỹ thuật ảnh số này so với các kỹ thuật khác, sự lựa chọn này thường dựa trên sự đánh giá thị giác khách quan Do đó phát triển nền tảng cơ bản về. .. 1.3.7 Ví dụ về các hình ảnh khác Mặc dù chụp ảnh bởi quang phổ điện từ chiếm ưu thế từ trước cho đến nay, vẫn có một số phương thức chụp ảnh khác cũng rất quan trọng Cụ thể, chúng tôi thảo luận trong phần này về chụp ảnh bằng sóng siêu âm , hiển vi điện tử, và hình ảnh tổng hợp (do máy tính tạo ra) Trang 16 Tiểu luận xử lý ảnh số Hình 1.17 Hình ảnh MRI của một con người (a) đầu gối, và (b) cột sống Hình... máy tính thiết kế đặc biệt được sử dụng để đạt được mức độ yêu cầu về hiệu suất, nhưng sự quan tâm của chúng ta ở đây là trên các hệ thống xử lý hình ảnh đa năng Trong các hệ thống này, hầu hết các máy tính-loại máy được trang bị tốt phù hợp cho các công việc xử lý hình ảnh ngoại tuyến Trang 24 Tiểu luận xử lý ảnh số Phần mềm xử lý ảnh bao gồm các module chuyên thực hiện các nhiệm vụ cụ thể Một chương... nhanh (ví dụ, số hóa và thu nhận các hình ảnh video với 30 khung hình / s) mà máy tính chính thường không thể xử lý Mạng Trình bày hình ảnh Máy tính Lưu trữ Hardcopy Phần cứng xử lý hình ảnh chuyên dụng Phần mềm xử ký hình ảnh Cảm biến hình ảnh Tên vấn đề Hình 1.24 Các thành phần của một hệ thống xử lý hình ảnh đa năng Các máy tính trong một hệ thống xử lý hình ảnh là một máy tính đa năng và có thể là... Gọi h là độ cao của ảnh cây thì ta có 15/100 = h/17 suy ra h =2.55mm Trang 29 Tiểu luận xử lý ảnh số 2.1.3 Đáp ứng và phân biệt độ sáng Hình 2.4 Dải đáp ứng độ sáng của mắt người Do ảnh số được thể hiện bởi các điểm ảnh rời rạc, khả năng phân biệt các điểm ảnh của mắt rất quan trọng trong việc thể hiện kết quả xử lý ảnh Khoảng biến đổi của cường độ ánh sáng mà mắt người có thể xử lý rất lớn, khoảng... các hình ảnh kỹ thuật số qua internet Chương 5 bao gồm một số khái niệm cơ bản trong các mô hình màu và xử lý màu cơ bản trong một lĩnh vực kỹ thuật số Màu sắc cũng được sử dụng trong các chương sau làm cơ sở để chiết xuất tính năng được quan tâm trong một hình ảnh Nhiễu là cơ sở đại diện cho hình ảnh ở các độ phân giải khác nhau Đặc biệt, tài liệu được sử dụng trong cuốn sách này cho hình ảnh dữ liệu... trong các ứng dụng xử lý hình ảnh Một hình ảnh kích thước 1024 X 1024 pixel, trong đó cường độ của mỗi điểm ảnh là một số lượng 8-bit, yêu cầu một megabyte không gian lưu trữ nếu hình ảnh không nén Khi làm việc với hàng ngàn, thậm chí hàng triệu, các hình ảnh, cung cấp lưu trữ đầy đủ cho một hệ thống xử lý hình ảnh có thể là một thách thức Lưu trữ kỹ thuật số cho các ứng dụng xử lý hình ảnh rơi vào ba... Hình 1.21 cho thấy hai hình ảnh SEM của mẫu vật thiệt hại do tình trạng quá tải nhiệt Chúng tôi kết thúc cuộc thảo luận về các phương thức chụp ảnh ảnh bằng cách xem nhanh các hình ảnh mà không lấy từ các vật thể Thay vào đó, chúng được tạo ra bởi máy tính Trang 19 Tiểu luận xử lý ảnh số Hình 1.21 (a) hình ảnh 250 x SEM của một dây tóc vonfram sau thiệt hại nhiệt, (b) hình ảnh 2500X SEM của mạch tích... như đưa ra một hình ảnh đã có trong hình thức kỹ thuật số Nói chung, giai đoạn thu nhận hình ảnh liên quan đến trước quá trình xử lý, chẳng hạn như là mở rộng quy mô Cải tiến hình ảnh là một trong những lĩnh vực đơn giản và hấp dẫn nhất của xử lý hình ảnh kỹ thuật số Về cơ bản, ý tưởng đằng sau cải tiến kỹ thuật là để chỉ ra chi tiết bị che khuất, hoặc đơn giản là để làm nổi bật một số tính năng quan . HỌC ĐÀ NẴNG TIỂU LUẬN CƠ BẢN VỀ XỬ LÝ ẢNH SỐ Học viên: Lê Long Hải Giảng viên: TS Ngô Văn Sỹ Đà Nẵng, 2013 Tiểu luận xử lý ảnh số Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Xử lý ảnh số là gì? Một ảnh có thể được. xám của ảnh tại điểm đó. Khi x, y là độ khuếch đại tại f là hữu hạn, rời rạc thì ta gọi ảnh là ảnh số. Xử lý ảnh số là xử lý ảnh bằng một máy tính số. Chú ý rằng ảnh số được tạo từ 1 số hữu hạn. ra vô số cơ hội cho sự phát triển của xử lý ảnh số. 1.3 Các mảng ứng dụng xử lý ảnh số Ngày nay, hiếm có lĩnh vực kĩ thuật nào mà không bị ảnh hưởng bởi công nghệ xử lý hình ảnh kĩ thuật số. Chúng