XU LI ANH IUH

1. Company
LOGO
THU NHẬN ẢNH
ThS: TRẦN VĂN HÙNG
Email: tranvanhung@iuh.edu.vn
E-Learning: Trần Văn Hùng
ocw.fet.iuh.edu.vn
DIGITAL IMAGE PROCCESSING
(XỬ LÝ ẢNH SỐ)
Chương: 2
NỘI DUNG CHƯƠNG 2
2.1 Các thiết bị thu nhận ảnh
2.2 Lấy mẫu và lượng tử hóa
2.3 Các phương pháp biểu diễn ảnh
2.4 Các định dạng cơ bản
2.5 Các kỹ thuật tái hiện ảnh
2.6 Ảnh đen trắng và ảnh màu
2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ẢNH
1
Maõ loaït
daøi (Run-
length
Code)
2
Maõ xích
(Chain
Code)
3
Maõ töù
phaân
(QuadTre
e Code)
 Phương pháp này hay dùng để biểu diễn cho
vùng ảnh hay ảnh nhị phân. Một vùng ảnh R có
thể biểu diễn đơn giản nhờ một ma trận nhị
phân:
Maõ loaït daøi (Run-length Code)

2.  Với cách biểu diễn trên một vùng ảnh nhị phân
gồm các chuỗi 0 hay 1 đan xen gọi là một mạch.
 Mỗi mạch là một địa chỉ bắt đầu và chiều dài
theo dạng hàng cột: (<hàng, cột>, chiều dài)
Maõ loaït daøi (Run-length Code)
0
1
2
3
4
0 1 2 3 4
Ảnh được biểu diễn:
(1,1)1; (1,3)2; (2,0)4; (3,1)2
 Ví dụ:
Cho ảnh 8x8 = 64 bytes Mã được mô tả
0 0 0 0 1 1 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 1 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
Biểu diễn lại là 22 cặp số nguyên = 44 bytes
(0,4), (1,2), (0,2)
(0,3), (1,4), (0,1)
(0,3), (1,4), (0,1)
(0,2), (1,5), (0,1)
(0,2), (1,5), (0,1)
(0,3), (1,3), (0,3)
(0,4), (1,1), (0,3)
(0,8)
Maõ loaït daøi (Run-length Code)
 Mã xích thường được dùng để biểu diễn biên của
ảnh.
 Lưu trữ dãy các điểm biên theo hướng số.
 Mã hoá các vector nối 2 điểm biên liên tục.
 Ảnh được biểu diễn qua điểm ảnh bắt đầu cùng
với chuỗi các từ mã.
Maõ xích (Chain Code) Maõ xích (Chain Code)
Hướng các điểm và mã tương ứng: A1107011764545432
8 chiều của mã xích:
0
1
2
3
4
5
6
7
1
A
1
0 7
0 1
1 0
7
6
4
5
4
5
4
3
2

3. Maõ xích
Chuỗi 8 từ mã:
0
1
2
3
4
5
6
7
Chuỗi 4 từ mã:
0
1
2
3
Maõ xích (Chain Code)
Ví dụ: cho ảnh nhị phân 8 chiều của mã xích:
Hiển thị theo mã hóa:
Ảnh vào mô tả 8x8 bytes = 64 bytes
Hướng và vị trí tương ứng: 0 7 6 6 6 5 5 3 3 2 1 2 1
Theo cách biểu diễn mã xich có 13 bytes
0 0 0 0 1 1 0 0
0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 1 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
7
0
6
6
6
5
5
3
3
2
1
2
1
0
1
2
3
4
5
6
7
 PP cây tứ phân, một vùng ảnh coi như bao kín
một hình chữ nhật. Vùng này được chia làm 4
vùng con (Quadrant). Nếu một vùng con gồm
toàn điểm đen (1) hay toàn điểm trắng (0) thì
không cần chia tiếp.
 Ngược lại, vùng con gồm cả điểm đen và trắng
gọi là vùng không đồng nhất, ta tiếp tục chia
thành 4 vùng con tiếp và kiểm tra tiếp.
Maõ töù phaân (QuadTree Code)
 Cây biểu diễn ảnh gồm một chuỗi các ký hiệu b
(black), w (white) và g (grey) kèm theo ký hiệu
mã hóa 4 vùng con. Biểu diễn theo phương
pháp này ưu việt hơn so với các phương pháp
trên, nhất là so với mã loạt dài. Tuy nhiên, để
tính toán số đo các hình như chu vi, moment là
tương đối khó khăn.
Maõ töù phaân (QuadTree Code)

4. • Mỗi nút được chia
thành 4 nút con
• Số nút có thể chia:
D: số lần chia
Maõ töù phaân (QuadTree Code)
A B C D
Cây tứ phân
Nút gốc
Nút nhánh
Lần chia thứ nhất
A B
C D
A
B
C
D
Maõ töù phaân (QuadTree Code)
Các lần chia tiếp theo
Maõ töù phaân (QuadTree Code)
Vẽ cây tứ phân
A B C D
Maõ töù phaân (QuadTree Code)

5. 2.4
1
Khaùi
nieäm
chung
2
Quy trình
ñoïc moät
taäp aûnh
 Ảnh thu được sau quá trình số hóa thường được lưu lại
cho các quá trình xử lý tiếp theo. Ảnh đen trắng (với định
dạng IMG), ảnh đa mức xám cho đến ảnh màu: (BMP,
GIF, JPEG…)
 Nhìn chung, một tập ảnh bất kỳ thường bao gồm 3 phần:
o Mào đầu tập (Header)
o Dữ liệu nén (Data Compression)
o Bảng màu (Palette Color)
Khaùi nieäm chung
a. Mào đầu tập:
 Mào đầu tập là phần chứa các thông tin về kiểu
ảnh, kích thước, độ phân giải, số bit dùng cho 1
pixel, cách mã hóa, vị trí bảng màu…
b. Dữ liệu nén:
 Số liệu ảnh được mã hóa bởi kiểu mã hóa chỉ ra
trong phần Header.
Khaùi nieäm chung
c. Bảng màu:
 Bảng màu không nhất thiết phải có, ví dụ khi ảnh
là đen trắng. Nếu có, bảng màu cho biết số màu
dùng trong ảnh và bảng màu được sử dụng để
hiển thị màu của ảnh. Một số các định dạng khác,
cấu hình, đặc trưng của từng định dạng và các
tham số.
Khaùi nieäm chung

6.  Trong quá trình xử lý ảnh, đầu tiên phải tiến
hành đọc tập ảnh và chuyển vào bộ nhớ của
máy tính dưới dạng ma trận số liệu ảnh.
 Khi lưu trữ, ảnh là một khối gồm một số các
byte. Để đọc đúng tập ảnh ta cần hiểu ý nghĩa
các phần trong cấu trúc của tập ảnh như đã
nêu trên.
Quy trình ñoïc moät taäp aûnh
 Trước tiên, ta cần đọc phần mào đầu (Header)
để lấy các thông tin chung và thông tin điều
khiển.
 Dựa vào thông tin điều khiển, ta xác định đựợc
vị trí bảng màu và đọc nó vào bộ nhớ.
 Cuối cùng, ta đọc phần dữ liệu nén.
Quy trình ñoïc moät taäp aûnh
 Sau khi đọc xong các khối dữ liệu ảnh vào bộ
nhớ ta tiến hành nén dữ liệu ảnh. Căn cứ vào
phương pháp nén chỉ ra trong phần Header ta
giải mã được ảnh. Cuối cùng là khâu hiện ảnh.
Dựa vào số liệu ảnh đã giải nén, vị trí và kích
thước ảnh, cùng sự trợ giúp của bảng màu ảnh
được hiện lên trên màn hình.
Quy trình ñoïc moät taäp aûnh
2.5.1 Kyõ thuaät chuïp aûnh.
2.5.2 Kyõ thuaät in aûnh.

7. 2.5
1
Kyõ thuaät
chuïp aûnh
2
Kyõ thuaät
in aûnh
 Phương pháp sao chụp ảnh là phương pháp
đơn giản, giá thành thấp, chất lượng cao. Sau
bước chụp là kỹ thuật phòng tối nhằm tăng
cường ảnh như mong muốn. Ví dụ kỹ thuật
phòng tối như: phóng đại ảnh, thu nhỏ ảnh…,
tùy theo ứng dụng. Kỹ thuật chụp ảnh màn
hình màu khá đơn giản.
Kyõ thuaät chuïp aûnh
 Nó bao gồm các bước sau :
• Đặt camera trong phòng tối, cách màn hình
khoảng 10 feet (1 feet = 0,3048m)
• Mở ống kính để phẳng mặt cong màn hình, do
vậy ảnh sẽ dàn đều hơn
• Tắt phím (Brightness) sang tối và phím tương
phản (Contrast) của màn hình để tạo độ rõ
ảnh. Các màu chói, cường độ cao trên ảnh sẽ
giảm đi.
• Đặt tốc độ ống kính từ 1/8 đến 1/2 giây.
Kyõ thuaät chuïp aûnh
a. Kyõ thuaät choïn ngöôõng:
 Kỹ thuật này đặt ngưỡng để hiển thị các tông màu
liên tục. Giá trị của ngưỡng sẽ quyết định điểm có
được hiển thị hay không và hiển thị như thế nào.
 Tái hiện 2 màu: dùng cho ảnh 256 mức xám, bản
chất của phương pháp này là ngưỡng dựa vào
lược đồ xám. Ngưỡng chọn ở đây là 127.
Kyõ thuaät chuïp aûnh

8. a. Kyõ thuaät choïn ngöôõng:
 Cho ảnh số S(M,N) khi đó
 Tái hiện 4 màu: Với qui định cách hiện 4 màu như
sau:
( , ) =
( , )
á
Kyõ thuaät in aûnh
Màu Màu hình đơn sắc Màu hình màu
0 Đen Đen
1 Xám đậm Đỏ
2 Xám nhạt Xanh
3 Trắng Vàng
b. Kyõ thuaät choïn theo maãu
 Kỹ thuật này sử dụng một nhóm các phần tử trên
thiết bị ra để biểu diễn một pixel trên ảnh nguồn.
 Các phần tử của nhóm quyết định độ sáng tối
của cả nhóm.
 Các phần tử này mô phỏng các chấm đen trong kỹ
thuật nửa cường độ.
Kyõ thuaät in aûnh
b. Kyõ thuaät choïn theo maãu
 Nhóm nxn phần tử sẽ tạo nên n2+1 mức sáng. Ma
trận mẫu thường được chọn là ma trận Rylander.
Ma trận Rylander cấp 4 có dạng như sau
Kyõ thuaät in aûnh
0 8 2 10
4 12 6 14
3 11 1 9
7 15 5 13
c. Kyõ thuaät Dithering
 Kỹ thuật này sử dụng một ma trận mẫu gọi là ma
trận Dithering.
o Mỗi phần tử của ảnh gốc sẽ được so sánh với
phần tử tương ứng của ma trận Dither. Nếu lớn
hơn, phần tử ở đầu ra sẽ sáng và ngược lại.
Kyõ thuaät in aûnh

9. c. Kyõ thuaät Dithering
o Ma trận Dither cấp 2n sẽ được tính như sau:
Với:
và
Ma trận cấp n có các phần tử đều bằng 1
=
4
+
4
+ !
4
+ !
4
+ !!
=
0 2
3 1
=
!
!
!!
=
1
.
1
.
.
1
.
1
Kyõ thuaät in aûnh
2.6
1
AÛnh ñen
traéng
2
AÛnh maøu
1
Biểu diễn
ảnh số
• Ảnh nhị phân (binary image)
Ảnh nhị phân: Là ảnh mà giá trị của các điểm ảnh chỉ
được biểu diễn bằng hai giá trị là 0 (Đen) và 255 (Trắng)
(tương ứng với 0 và 1, nhưng để nguyên giá trị 0 và 255 để
có thể hiểu hơn trong việc tính toán).
‒ Ảnh nhị phân thường được dùng cho phân đoạn ảnh
(segmentation).
‒ Nhị phân hóa ảnh là bước tiền xử lý rất hữu ích cho các
giải thuật nhận dạng chữ viết hay ký tự (OCR: Optical
Character Recognition).
‒ Trong Photoshop ta thường nhị phân hóa ảnh để loại bỏ
nền (ví dụ như nền trắng) tạo ảnh có độ trong suốt
(transparent) file ảnh có đuôi .png.
Giới thiệu các loại ảnh
• Ảnh nhị phân
Giới thiệu các loại ảnh
Ảnh nhị phân: mỗi điểm ảnh
chỉ có 2 màu, hay còn gọi là ảnh
trắng đen. Giá trị thường là [0;1]
hoặc [0;255] tùy mục đích sử
dụng. Giá trị 0 là tối nhất (đen),
255 là sáng nhất (trắng)
L=2B (ví dụ L=28= 256 mức)

10.  Ảnh binary (ảnh logic)
• Có giá trị 0 hoặc 1 (hoặc False / True)
• Logical Operator: NOT, AND, OR, XOR
• Có thể dùng để tạo các vùng mới.
AÛnh ñen traéng
 Ứng dụng của Ảnh Logic
• ROI (Region of Interest): Định nghĩa một
vùng chuẩn bị cho các phép tóan:
- Tính các thông số thống kê statistics
- Định nghĩa lớp (Class definition)
• Ảnh mặt nạ (Mask Image, ví dụ Cloud Mask,
Land Mask … )
• 0 : False ; Not 1 (usually 255): True
AÛnh ñen traéng
Ví dụ về masking
AND
AÛnh ñen traéng
 Ảnh đen trắng chỉ bao gồm 2 màu: màu đen
và màu trắng. Người ta phân mức đen trắng L
mức.
 Nếu sử dụng số bit B=8 bít để mã hóa mức
đen trắng (hay mức xám) thì L được xác định:
L=2B
(trong ví dụ của ta L=28= 256 mức)
AÛnh ñen traéng

11.  Nếu B=1 và L=2 mức. Nghĩa là có hai mức 0
và 1 ta có ảnh nhị phân. Mức 1 ứng với màu
sáng, còn mức 0 ứng với màu tối.
 Nếu L lớn hơn 2 ta có ảnh đa cấp xám.
 Ảnh nhị phân mỗi điểm ảnh được mã hóa trên
1 bit, còn với ảnh 256 mức, mỗi điểm ảnh được
mã hóa trên 8 bit.
AÛnh ñen traéng
• Ảnh xám (Gray image)
Ảnh xám: mổi điểm ảnh có 1 giá trị trong khoảng [0-n], n
tùy vào độ sâu màu. Ảnh này chỉ đem lại cảm nhận về hình
dạng vật thể chứ không mô tả được màu sắc.
Cường độ sáng được tính theo công thức (chuyển đổi từ
RGB sang grayscale):
Độ sáng = 0.2989R + 0.5870G + 0.1140B
Giới thiệu các loại ảnh
các hệ số có thể
được làm tròn
thành 0.3, 0.59
và 0.11.
• Ảnh xám
‒ Là 1 hệ thống màu có mô hình màu đơn giản nhất với 256
cấp độ xám biến thiên từ màu đen đến màu trắng.
‒ Kết quả được xuất ra sẽ có màu trắng đen.
‒ Được sử dụng cả trong công nghiệp in lẫn dùng trong việc
thể hiện ảnh lên các thiết bị số.
‒ Ảnh xám hay còn gọi là ảnh đơn sắc (Monochromatic),
mỗi giá trị điểm ảnh (Pixel) trong ma trận điểm ảnh mang
giá trị từ 0 đến 255.
‒ Trong không gian màu RGB, để có 1 ảnh xám cần có phải
có giá trị kênh màu Red(x, y) = Green(x, y) = Blue(x,
y) (với x, y lần lượt là tọa độ của điểm ảnh).
Giới thiệu các loại ảnh
• Ảnh màu (Color image)
Ảnh màu theo lý thuyết của Thomas là ảnh tổ hợp từ 3
màu cơ bản: đỏ (R), lục (G), lơ (B) và thường thu nhận
trên các dải băng tần khác nhau. Với ảnh màu, cách biểu
diễn cũng tương tự như với ảnh đen trắng, chỉ khác là các số
tại mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho ba màu riêng rẽ
gồm: đỏ (red), lục (green) và lam (blue).
Để biểu diễn cho một điểm ảnh màu cần 24 bit. 24 bit
này được chia thành ba khoảng 8 bit. Mỗi màu cũng phân
thành L cấp màu khác nhau (thường L=256). Mỗi khoảng
này biểu diễn cho cường độ sáng của một trong các màu
chính.
Giới thiệu các loại ảnh

12. • Ảnh màu
Mỗi điểm ảnh được tập hợp bởi m giá trị trong khoảng
[0-n] riêng biệt tùy theo số kênh màu của ảnh. Ảnh RGB là
phổ biến nhất và nó có 3 kênh màu như tên gọi (Red-Green-
Blue) Đôi khi thêm một kênh Alpha tùy theo nhu cầu sử
dụng là thành 4.
Để dễ dàng cho việc xử lý ảnh thì sẽ tách ma trận pixel
ra 3 channel red, green, blue
Giới thiệu các loại ảnh
Màu được chọn
là rgb(102, 255,
153), nghĩa là
r=102, g=255,
b=153.
• Biểu diễn ảnh số
Giới thiệu các loại ảnh
Ảnh màu: ma trận
(Tensor HxWx3)
Ảnh xám: ma trận (HxW)
I = 1: 512, 1: 512, 1: 3
p=(64,160,1:3)= 205, 163, 182
64
160 Tọa độ cột
Tọa
độ
hàng
R(64:95,160:91,:) : 32x32 pixel
Số hàng Số cột Số kênh màu
[205 23 188 112
186 194 182 18
181 187 191 19
195 192 189 89]
[201 23 180 180
186 194 182 18
181 187 191 19
191 190 180 95]
[205 230 188 181
186 194 182 188
181 187 191 194
195 192 189 183]
• Biểu diễn ảnh số
Ảnh số thực tế là biểu diễn số học của hình ảnh trong máy
tính, thường là biểu diễn nhị phân. Có thể phân ảnh số thành 2
loại: ảnh raster và ảnh vector.
Giới thiệu các loại ảnh
• Biểu diễn ảnh số
Giới thiệu các loại ảnh
Ảnh raster Ảnh Raster là một tập
hợp hữu hạn các giá trị số,
gọi là điểm ảnh. Thông
thường một ảnh được chia
thành các hàng và cột chứa
điểm ảnh. Điểm ảnh là
thành phần nhỏ nhất biểu
diễn ảnh, có giá trị số biểu
diễn màu sắc, độ sáng...
của một thành phần trong
bức ảnh.
Ảnh raster thường được thu từ camera, các máy chiếu,
chụp, quét..., và chính là đối tượng chính của xử lý ảnh và thị
giác máy tính.

13. • Biểu diễn ảnh số
‒ Ảnh vector là loại ảnh tạo thành từ các thành phần đơn
giản của hình học như điểm, đường thẳng, hình khối...
Thay vì được lưu lại thành các ma trận điểm ảnh như ảnh
raster, ảnh vector được biểu diễn dưới dạng tọa độ của
các thành phần trong ảnh.
‒ Điều này đã tạo nên sự đặc biệt của ảnh vector, khiến nó
có thể được kéo dãn, thu nhỏ tùy ý mà không bị vỡ,
không xuất hiện răng cưa như ảnh raster. Dữ liệu trong
ảnh vector nhỏ, do vậy thường tiết kiệm dung lượng lưu
trữ hơn ảnh raster.
Giới thiệu các loại ảnh
Ảnh vector • Biểu diễn ảnh số
‒ Tuy nhiên màu sắc trong ảnh vector nhìn không thật, sắc độ
ít tinh tế hơn ảnh raster.
‒ Thông thường người ta sử dụng ảnh vector trong thiết kế
các logo, banner, giao diện đồ họa... Loại ảnh này gần như
không xuất hiện khi đề cập đến xử lý ảnh hay thị giác máy
tính.
Giới thiệu các loại ảnh
Ảnh vector
Company
LOGO
www.tranvanhung@iuh.edu.vn