Kỹ thuật khảm ảnh và ứng dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

MỤC LỤC

Trang

PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHẢM ẢNH ..............................................5

1.1. Khái quát về xử lý ảnh ............................................................................................5

1.1.1. Hệ thống xử lý ảnh .......................................................................................6

1.1.2. Ảnh và biểu diễn ảnh....................................................................................9

1.1.3. Mức xám và lược đồ mức xám................................................................... 11

1.2. Khảm ảnh ...............................................................................................................13

1.2.1. Khái niệm khảm ảnh ..................................................................................13

1.2.2. Một số kỹ thuật khảm ảnh .......................................................................... 23

Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT KHẢM ẢNH..................................................................25

2.1. Kỹ thuật đan đa phân giải .....................................................................................25

2.1.1. Các phép toán hình chóp cơ bản.................................................................29

2.1.1.1. Hàm trọng số tương đương................................................................... 30

2.1.1.2. Hình chóp Laplace .............................................................................. 31

2.1.1.3. Các điều kiện biên............................................................................... 32

2.1.2. Kỹ thuật đan đa phân giải...........................................................................34

2.1.2.1. Đan các ảnh chồng lên nhau ...............................................................34

2.1.2.2. Đan các vùng có hình dạng tuỳ ý...................................................... 345

2.1.2.3. Đan các ảnh không chồng lên nhau ................................................... 346

2.2. Kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh........................................................................38

2.2.1. Kỹ thuật lọc trung bình...............................................................................38

2.2.2. Kỹ thuật lọc trung vị ..................................................................................40

2.3. Kỹ thuật khảm kết hợp nắn chỉnh hình dạng và hiệu chỉnh mức xám................. 42

2.3.1. Nắn chỉnh biến dạng...................................................................................44

2.3.2. Khảm ảnh dựa trên tập điểm đặc trưng ......................................................47

2.3.3. Hiệu chỉnh mức xám..................................................................................48

Chương 3: ỨNG DỤNG KHẢM ẢNH ................................................................................52

3.1. Một số ứng dụng của khảm ảnh ................................................................................52

3.2. Chương trình thực nghiệm.........................................................................................56

3.2.1. Giới thiệu chương trình..............................................................................56

3.2.2. Một số kết quả minh hoạ trong phần mềm SMImage ...............................58

PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................................608

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

PHỤ LỤC...........................................................................................................................631

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ cả về

phần cứng lẫn phần mền. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã thúc đẩy sự

phát triển của nhiều lĩnh vực xã hội khác như y học, giáo dục, giải trí, kinh tế

v.v… Sự phát triển của phần cứng cả về phương diện thu nhận, hiển thị, tốc độ

xử lý đã mở ra nhiều hướng mới cho sự phát triển phần mềm, đặt biệt là lĩnh

vực xử lý ảnh.

Ngày nay, nhu cầu tạo một ảnh lớn từ nhiều ảnh nhỏ hơn ngày một tăng.

Ảnh toàn cảnh sao Mộc và sao Thổ được ghép từ nhiều ảnh riêng lẻ do vệ tinh

Voyager truyền về Trái đất. Ảnh toàn cảnh Trái đất cũng được tạo ra tương tự

như vậy. Các bức ảnh chi tiết về thiên hà và tinh vân cũng được ghép từ nhiều

ảnh viễn vọng. Trong mỗi trường hợp, kỹ thuật khảm ảnh được sử dụng để tạo

nên một bức ảnh với tầm nhìn rộng hơn hoặc chi tiết hơn một bức ảnh riêng lẻ

thông thường. Trong quảng cáo hoặc đồ hoạ vi tính, kỹ thuật này cũng được sử

dụng để tạo nên các bức ảnh nhân tạo từ các ảnh riêng biệt một cách hợp lý.

Khi khảm hai ảnh với nhau, một vấn đề kỹ thuật đặt ra là làm sao cho

đường biên giữa chúng bị che giấu. Như chúng ta đã biết, sự khác biệt mức

xám rất nhỏ giữa hai bên đường biên cũng có thể dễ dàng nhận thấy. Thật

không may là sự chênh lệch mức xám như thế thường không thể tránh khỏi do

một số nhân tố như sự khác nhau về vị trí đặt máy ảnh hoặc quá trình tiền xử

lý. Vì vậy, đòi hỏi phải có kỹ thuật chỉnh sửa các mức xám của ảnh trong miền

lân cận của biên để tạo nên một miền chuyển tiếp trơn giữa các bức ảnh.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

Xuất phát từ hoàn cảnh đó, em lựa chọn đề tài: ―Kỹ thuật khảm ảnh và

ứng dụng‖ là một việc làm không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang đậm

tính thực tiễn, nhất là trong hoàn cảnh Việt Nam chưa có nhiều hệ thống thuộc

dạng này.

Về lý thuyết: Tìm hiểu khái quát về xử lý ảnh và một số kỹ thuật khảm ảnh.

Về thực tiễn: Trên cơ sở các kiến thức đã thu thập, tổng hợp các kỹ thuật để

hướng đến ứng dụng thực tế cho các kỹ thuật tìm hiểu này.

Ngoài tài liệu tham khảo và phụ lục, cấu trúc luận văn bao gồm phần mở

đầu, phần kết luận và ba chương nội dung, cụ thể:

 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHẢM ẢNH

 Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT KHẢM ẢNH

 Chương 3: ỨNG DỤNG KHẢM ẢNH

Nói chung, xử lý ảnh trên máy tính là nhằm mục đích phân tích ảnh và

phục hồi các thông tin bị sai lệch của ảnh trong quá trình chụp. Các chương

trình xử lý ảnh thực hiện các phép xử lý đối với ảnh số trên máy tính. Việc xử

lý, biến đổi ảnh có sử dụng đến các kỹ thuật khảm ảnh nhằm chỉnh sửa các

mức xám của ảnh trong miền lân cận của biên để tạo nên một miền chuyển tiếp

trơn giữa các bức ảnh.

Để hiểu thêm về xử lý ảnh, các quá trình xử lý ảnh có sử dụng đến kỹ

thuật khảm ảnh, ta có thể đi vào từng phần trong luận văn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

Chương 1

KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHẢM ẢNH

1.1. Khái quát về xử lý ảnh

Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai

trò quan trọng nhất. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy

tính, xử lý ảnh và đồ hoạ đã phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng

trong cuộc sống. Xử lý ảnh và đồ họa đóng một vai trò quan trọng trong tương

tác người - máy.

Xử lý ảnh (Image processing) là một lĩnh vực mang tính khoa học và công

nghệ. Tuy còn khá mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát

triển của nó rất nhanh, nhất là trên qui mô công nghiệp, điều này đã kích thích

các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng cho nó.

Xử lý ảnh có quan hệ mật thiết với nhận thức về ảnh của con người.

Xử lý ảnh với ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh

báo được truyền qua cáp từ London đến New York từ những năm 1920. Vấn đề

nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của

ảnh. Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm

1955. Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ

mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên và lưu ảnh.

Các ứng dụng của xử lý ảnh trở nên phổ biến và giữ một vai trò quan trọng

trong nhiều lĩnh vực như điện ảnh, y tế, an ninh, thiên văn học…

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

Đồ họa máy tính (Computer graphics) nghiên cứu về cơ sở toán học, các

thuật toán cũng như các kỹ thuật để vẽ, hiển thị và điều khiển hình ảnh trên màn

hình máy tính. Các ứng dụng chính của đồ họa máy tính liên quan đến mô

phỏng hình và chuẩn đoán hình ảnh, tạo mô hình, hoạt cảnh, hỗ trợ thiết kế đồ

họa và huấn luyện ảo.

Thị giác máy (Computer vision) là ngành khoa học và công nghệ làm cho

máy móc có khả năng “nhìn”. Thị giác máy bao gồm cả việc thu nhận, xử lý,

phân loại và nhận dạng ảnh để cuối cùng đưa ra quyết định. Các ứng dụng

chính của thị giác máy liên quan đến điều khiển quá trình, xác định sự kiện, tổ

chức thông tin, mô hình hóa vật thể và tương tác người - máy.

Ranh giới giữa xử lý ảnh, đồ họa máy tính và thị giác máy chỉ mang tính

tương đối. Chúng có mối liên hệ mật thiết, tương hỗ và có những phần giao

thoa với nhau.

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.

1.1.1. Hệ thống xử lý ảnh

Để có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng hay

một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trước hết chúng ta sẽ

xem xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh.