Tăng cường chất lượng ảnh

TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG ẢNHIMAGE ENHANCEMENT NỘI DUNG Tổng quan Khái niệm ảnh số Histogram Các phép biến đổi tuyến tính Các phép biến đổi histogram Một số phép biến đổi khác Tổng quan Tăng cường chất lượng ảnh là quy trình làm cho ảnh dễ giải đoán hơn phục vụ cho 1 ứng dụng cụ thể. Các phương pháp tăng cường chất lượng ảnh: 1. Tăng cường bức xạ (radiometric enhancement) - Linear Enhancement (tăng cường tuyến tính) - Non Linear Enhancement (tăng cường phi tuyến) 2. Tăng cường không gian (Spatial Enhancement) - Spatial filter (lọc không gian) 3. Tăng cường phổ (Spectral Enhancement) - Vegetation indices (chỉ số thực vật) - NDWI - LST 4. Tăng cường thời gian (temporal Enhancement) - Principle Component (phân tích thành phần chính) 1. Ảnh số Pixel (Picture Element): điểm ảnh, mang một giá trị số f(x,y) x,y: số nguyên, chỉ vị trí pixel BV: độ sáng (độ xám, brightness) Height Width Pixel Giá trị của Pixel Ảnh đa phổ (đa kênh)Multi Channel Image Color Image: 3 kênh cho 3 màu R,G,B Landsat TM 7 Channel Band or Channel Band 4 Band 3 Band 2 Band 1 Bit và hệ Nhị phân (Binary System) Độ sáng của mỗi pixel được biểu diễn bởi một số bit Nếu dùng k bit cho mỗi pixel, có tất cả 2k cấp độ sáng từ 0 đến 2 k -1 Ví dụ: dùng 3 bit bit map graylevel bitmap graylevel bit2 bit1 bit0 bit2 bit1 bit0 0 0 0 0 1 0 0 4 0 0 1 1 1 0 1 5 0 1 0 2 1 1 0 6 0 1 1 3 1 1 1 7 1bit 2bit 3bit 8bit 4bit 5bit 6bit 7bit Các mức lượng hóa khác nhau Khái niệm lân cận (Neighbor) của một Pixel Tính liên tục của các pixel 2. Histogram của ảnh Histogram (biểu đồ xám) mô tả sự phân bố của cấp độ sáng của một ảnh theo số lượng pixel mang cùng một giá trị độ sáng 2. Histogram ảnh Ví dụ minh hoạ Histogram Có 15,563 pixels mang giá trị 76 Histogram và tính chất của ảnh Tối & Sáng Tương phản cao & thấp Ảnh tối Ảnh sáng Ảnh có độ tương phản thấp Ảnh có độ tương phản cao Hiển thị dữ liệu ảnh Ảnh hiển thị cần phải được tăng cường chất lượng để nhận biết tốt hơn. RADIOMETRIC ENHANCEMENTTĂNG CƯỜNG BỨC XẠ Tăng cường tuyến tính 255 Value of Input Image 255 Value of Output Image 0 Dark Low Contrast Image High Contrast Image Transformation Function Brightness on a Display Screen 0: Darkest 255: Brightest y=x: No Transformation Dark Low Contrast Image Công thức tuyến tính y x x1 x2 y 1 y 2 Chọn khoảng giá trị input cho phép biến đổi (range of input level) Rejection Level e.g. 1% 1% 98 % 1% 255 0 255 a b No Rejection Level Min 100 % Max 255 0 255 a b Chọn khoảng giá trị input cho phép biến đổi (range of input level) Biến đổi tuyến tính dựa trên trị trung bình và độ lệch chuẩn Biến đổi tuyến tính từng đọan (Piecewise linear transforamtion) Biến đổi tuyến tính từng đọan (Piecewise linear transforamtion) Tăng cường phi tuyến tính Đẳng hóa histogram Nhằm tạo ra một số bằng nhau các pixel cho mỗi giá trị độ sáng Biến đổi Gaussian Chuyển histogram sang phân bố Gaussian Giải thuật equalization N = số pixel ; L = số lượng cấp độ sáng Tính biểu đồ xám tích lũy (cummulative histogram) của ảnh gốc Nhân biểu đồ xám tích lũy cho hệ số L-1 / N rồi làm tròn số Với mỗi giá trị độ sáng của ảnh gốc, giá trị mới ở vị trí tương ứng ở (b) Ví dụ 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ảnh gốc N=24 L=16 ==> scale factor = 15 / 24 = 0.625 Bước a) - cummulative histogram 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Bước b) - Chia biểu đồ xám tích lũy cho hệ số 0.625 rồi làm tròn số Bước c) - phép tương ứng 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Equalization histogram Ví dụ Gaussian Equalization ảnh gốc Biến đổi logarit y x x1 x2 y 1 y 2 (ví dụ sau áp dụng cho trường hợp miền giá trị của ảnh gốc rất lớn) Các phép biến đổi khác Thresholding Phân họach các pixel thành 2 lớp xác định bởi một cập độ sáng (gọi là threshold) Nếu giá trị của pixel (x,y) nhỏ hơn threshhold, (x,y) thuộc lớp (I), nếu không (x,y) thuộc lớp (II) Có thể mở rộng khái niệm cho nhiều lớp ==> Thresholding có thể xem là một cách phân lớp (classification) nhanh ảnh gốc Threshold 128 Threshold 28 Biến đổi ảnh dùng bảng tra(LUT - Look Up Table) Look Up Table: Tính tóan nhanh do không sử dụng phép tính số học Một ví dụ dùng Look Up Table