Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 6 hạn nh thông lợng bức xạ, lợng bức xạ và W/m 2 đợc gọi là đơ n vị đo bức xạ (radiometric unit). Các đại lợng vật lý đó có thể định nghĩa độc lập với ngời quan sát cụ thể. Sự đóng góp của c( 1 ) và c( 2 ) để tạo ra sự cảm nhận độ sáng của con ngời nói chung là hoàn toàn k hác nhau khi 1 2 mặc dầu c( 1 ) có thể giống c( 2 ). Chẳng hạn ngời quan sát không thể nhìn thấy một sóng điện từ với c( ) bằng không trong vùng khả kiến của , mặc dầu bên ngoài dải khả kiến c( ) có thể rất lớn. Ngay cả trong vùng khả kiến, độ sáng cũng phụ thuộc . Vì lý do này, một tích phân đơn của c( ) trên biến không phản ảnh đúng sự cảm nhận độ sáng. Hình 1.2: Các loại sóng điện từ theo hàm của bớc sóng . Các đại lợng có xét đến đặc tính thị giác của con ngời, - do đó phản ảnh độ sáng tốt hơn tích phân của c( ), đợc gọi là những đại lợng trắc quang (photometric) . Đại lợng trắc quang cơ bản là độ chói (luminance), đợc công nhận năm 1948 bởi CIE( Uỷ ban quốc tế về tiêu chuẩn ánh sáng và màu sắc) . Xét ánh sáng với c( )=0 tại mọi nơi ngoại trừ = r , ở đây r là một bớc sóng tham chiếu cố định. ánh sáng chỉ gồm một thành phần phổ (một bớc sóng) gọi là ánh sáng đơn sắc. Giả sử chúng ta yêu cầu ngời quan sát so sánh độ chói của ánh sáng đơn sắc c( r )với một ánh sáng rađa Vi ba 10 4 10 2 1 10 -2 10 -4 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 Băng vô tuyến quảng bá Hồng ngoại ánh sáng nhìn thấy. Tia X Tia Gamma UHF VHF 700 600 500 400 Đỏ Cam Vàng Lục Lam Tím Bớc sóng tính bằng nm (10 -9 m) Bớc sóng tính bằng m Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 7 đơn sắc khác c( t ), ở đây t là bớc sóng thử. Giả sử ngời quan sát nói rằng c( r ) phù hợp với c( t ) về độ sáng. Điểm mà độ sáng c( r ) và c( t ) bằng nhau có thể nhận đợc với thí nghiệm cho chiếu hai vết sáng: c( r ) cố định và c( t ) thay đổi, rồi yêu cầu ngời quan sát tăng hoặc giảm biên độ của c( t ) cho đến khi chúng phù hợp về độ sáng. Tỷ số c( ) / c( t ), ở đó c( r ) và c( t ) phù hợp về độ sáng, đợc gọi là hiệu suất sáng tơng đối của ánh sáng đơn sắc t so với r , và gần nh độc lập với biên độ của c( r ) trong điều kiện q uan sát bình thờng. Bớc sóng sử dụng là 550 nm (ánh sáng vàng- xanh lá cây), là bớc sóng ở đó một ngời quan sát điển hình có độ nhậy sáng cực đại. Với sự lựa chọn r này, hiệu suất sáng tơng đối c( r ) / c( t ) luôn bé hơn hoặc bằng 1, vì c( r ) không lớn hơn c( t ); nghĩa là ở r cần ít năng lợng hơn để tạo ra độ sáng nh nhau. Hiệu suất sáng tơng đối là hàm của và đợc gọi là hàm hiệu suất sáng tơng đối, kí hiệu bằng v( ). Cả hai ánh sáng đơn sắc c 1 ( 1 )và c 2 ( 2 ) biểu hiện có độ sáng nh nhau đối với ngời q uan sát khi : c 1 ( 1 )v( 1 )= c 2 ( 2 )v( 2 ) (1.2) Hàm hiệu suất sáng tơng đối v( )phụ thuộc vào ngời quan sát . Ngay cả với một ngời quan sát, v( ) cũng hơi khác nhau khi đo ở những thời điểm khác nhau. Để loại bỏ sự biến thiên, năm 1929 CIE định nghĩa ra ngời quan sát chuẩn, dựa trên kết quả thực nghiệm đạt đợc từ một số ngời quan sát khác nhau . Kết quả hàm v( )đợc gọi là hàm hiệu suất sáng tơng đối CIE và đợc minh hoạ trong hình 1.3. Hàm CIE đạt cực đại bằng 1 tại =550 nm. Đơn vị cơ bản của độ chói là lumen (lm). Độ chói trên diện tích 1 của sáng với c( ) đợc định nghĩa bởi: .dv.ckl 0 (1.3) Trong công thức trên : l có đơn vị là lumen/m 2 k=685 lumen/watt c( )có đơn vị là watt/m 3 có đơn vị là m ( )không có thứ nguyên. Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 8 ánh sáng đơn sắc với độ chói 1W/m 2 tạo ra 685 lumen/m 2 khi v( )=1. Điều này xảy ra khi =555 nm * Hình 1.3 : Hàm hiệu suất sáng tơng đối CIE. Với những bớc sóng khác, v( ) < 1, độ chói của ánh sáng đơn sắc phải lớn hơn 1W/m 2 để tạo ra độ chói t rên diện tích 685 lumens/m 2 . Có nhiều đơn vị đo cờng độ ánh sáng chẳng hạn nh footcandle (lumens/ft 2 ) và phot (lumens/cm 2 ). Ghi nhớ rằng độ chói và độ chói trên diện tích không đo đợc sự cảm nhận của ngời về độ sáng. Ví dụ ánh sáng với 2 lumen/m 2 không sáng gấp đôi ánh sáng với 1 lumen/m 2 . Có thể tạo ra môi trờng để ánh sáng có giá trị độ chói trên diện tích nhỏ trông lại sáng hơn một ánh sáng khác mà độ chói trên diện tích lớn hơn. Tuy nhiên độ chói trên diện tích liên quan trực tiếp đến sự cảm nhận đ ộ chói của con ngời nhiều hơn tích phân của c( ). Hơn nữa, trong những điều kiện quan sát điển hình (ánh sáng * Những thảo luận của chúng ta trong phần này có tín h tóm lợc, với sự chấp nhận một số giả định hợp lý. Ví dụ (1.2) dựa trên luật bắc cầu , đợc phát biểu là nếu A và B sáng nh nhau và B và C sáng nh nhau thì A và C cũng sáng bằng nhau. Luật bắc cầu này đợc chứng minh gần đúng bằng thực nghiệm . 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 400 500 600 700 Bớc sóng [nm] Độ chói tơng đối Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 9 không quá yếu mà cũng không quá chói chang) thì ánh sáng với độ chói trên diện tích lớn hơn sẽ cho cảm giác sáng hơn là ánh sáng mà độ chói trên diện tích nhỏ hơn. Màu sắc (hue) đợc định nghĩa là thuộc tính của màu cho phép chúng ta phân biệt màu đỏ với màu xanh lam. Trong một vài trờng hợp , màu sắc có thể liên quan tới các đặc tính đơn giản của c( ). ánh sáng với c( )là hằng số trong dải khả kiến (nhìn thấy đợc) có màu trắng hoặc không màu. Trong những điều kiện quan sát thờng, ánh sáng đơn sắc xuất hiện màu và màu của nó phụ thuộc . Khi con ngời quan sá t một chuỗi dải sáng đơn sắc đặt kề nhau, màu chuyển đổi êm ả từ màu sắc này sang màu sắc khác. ánh sáng có thể bị lăng kính phân tích thành một chuỗi dải sáng đơn sắc nh ta thấy trên hình 1.4. Thí nghiệm này đợc Newton thực hiện lần đầu vào năm 1666. Newton chia phổ màu trong dải khả kiến thành bảy loại: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím với bớc sóng giảm dần, gọi là bảy màu cầu vồng. Thoạt tiên Newton chỉ bắt đầu với các màu đỏ, vàng, lục, lam, tím. Sau đó ông thêm màu cam và màu chàm để tạo thành số 7 (giống nh chia 7 ngày một tuần, nhạc có 7 nốt và v.v ). Hình 1.4 : Lăng kính phân tích ánh sáng trắng thành chuỗi ánh sáng đơn sắc. Khi ánh sáng không đơn sắc nhng c( )của nó có dải hẹp và hầu hết toàn bộ năng lợng của nó tập trung trong - < < + với nhỏ, thì màu sắc trông thấy tơng tự nh ánh sáng đơn sắc với = . Tuy nhiên màu có biểu hiện kém tinh khiết hơn ánh sáng đơn sắc cùng màu sắc. Khi c( )là hàm bất kỳ, khó có thể coi màu sắc nh một trong những đặc tính đơn giản của c( ). Bằng cách lựa chọn c( )thích hợp, có thể tạo ra màu sắc không tơng ứng với bất kỳ ánh sáng đơn sắc nào. Trộn ánh sáng đỏ với ánh sáng xanh lam có thể taọ ra ánh sáng màu tía (purple). ánh sáng trắng Đỏ Cam Vàng Lục Lam chàm Tím Lăng kính Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 10 Độ bão hoà liên quan đến tính tinh khiết hoặc sặc sỡ của màu. ánh sáng đơn sắc có phổ tinh khiết và trông rất sặc sỡ, tinh khiết. Khi đó ngời ta nói là độ bão hoà cao. Còn khi thành phần phổ của c( )mở rộng, sẽ cảm nhận thấy màu kém chói lọi và tinh khiết, ta bảo là độ bão hoà kém. Độ bão hoà m àu liên quan mật thiết với độ rộng hiệu dụng của c( ). 1.3. Hệ màu cộng và hệ màu trừ . Khi tổ hợp hai ánh sáng c 1 ( )và c 2 ( ), ánh sáng nhận đợc là c( ) đợc tính theo: c( )= c 1 ( )+ c 2 ( ) (1.4) Khi ánh sáng cộng vào nhau nh ở (1.4), ta đợc là hệ màu cộng (additive color system). Đem cộng nhiều nguồ n sáng với những bớc sóng khác nhau, sẽ tạo ra đợc nhiều màu khác nhau. Ví dụ màn đèn hình tivi màu đợc phủ với những chấm photpho nhỏ rực rỡ xếp thành từng cụm 3 màu . Mỗi nhóm gồm 1 điểm màu đỏ, một điểm màu lục và một điểm màu lam. Sử dụng 3 màu đó l à vì khi tổ hợp một cách thích hợp chúng có thể tạo ra một dải màu rộng hơn mọi tổ hợp của những bộ ba màu khác, chúng là những màu cơ bản của hệ màu cộng. Màu của những ánh sáng đơn sắc thay đổi từ từ và khó xác định đợc những bớc sóng riêng ứng với đỏ (R) , lục (G) và lam (B). CIE chọn =700 nm cho màu đỏ, =546,1 nm cho màu xanh lục và =435,8 nm cho màu lam. Ba màu cơ bản của hệ màu cộng đợc biểu diễn trên hình 1.5. Trong hệ màu cộng, sự trộn lẫn màu lam và màu lục với số lợng bằng nhau sẽ tạo ra màu lục lam (cyan). Sự trộn lẫn màu đỏ và màu lam với số lợng bằng nhau sẽ tạo ra màu đỏ thẫm (magenta) và sự trộn lẫn màu đỏ và màu lục với số lợng bằng nhau tạo ra màu vàng . Ba màu vàng (Y), lục lam (C) và đỏ thẫm (M) gọi là những màu thứ cấp của hệ màu cộng. Khi 3 màu R, G, B đợc kết hợp với số lợng bằng nhau, kết quả sẽ là màu trắng. Do vậy khi các thành phần R,G,B đợc sử dụng trong màn hình TV màu với số lợng nh nhau, thì kết quả là sẽ ra hình ảnh đen trắng. Đem kết hợp các thành phần R,G và B với phân lợng khác nhau, có thể đợc tạo ra nhiều màu khác nhau. Ví dụ, sự trộn lẫn ánh sáng đỏ và ánh sáng màu lục yếu, không có ánh sáng màu lam, sẽ tạo ra ánh sáng nâu. . cơ sở xử lý ảnh 6 hạn nh thông lợng bức xạ, lợng bức xạ và W/m 2 đợc gọi là đơ n vị đo bức xạ (radiometric unit). Các đại lợng vật lý đó có thể định nghĩa độc lập với ngời quan sát cụ thể. Sự. đơn vị là m ( )không có thứ nguyên. Chơng 1: cơ sở xử lý ảnh 8 ánh sáng đơn sắc với độ chói 1W/m 2 tạo ra 685 lumen/m 2 khi v( )=1. Điều này xảy ra khi =555 nm * Hình 1.3 : Hàm hiệu suất. sát cụ thể. Sự đóng góp của c( 1 ) và c( 2 ) để tạo ra sự cảm nhận độ sáng của con ngời nói chung là hoàn toàn k hác nhau khi 1 2 mặc dầu c( 1 ) có thể giống c( 2 ). Chẳng hạn ngời quan