ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - NGUYỄN THỊ NGUYỆT NỘI SUY ẢNH VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thái Nguyên – 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - NGUYỄN THỊ NGUYỆT NỘI SUY ẢNH VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Chuyên ngành : ………………… Mã số : …………………………… NGƯỜI HƯỚN DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN Thái Nguyên, 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Sau trình làm luận văn, với nội dung đề tài nội suy ứng dụng, có nhiều khó khăn việc sưu tầm tài liệu, làm luận văn, đến luận văn hoàn thành với giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn, thầy cô Viện Công nghệ thông tin Khoa Công nghệ thông tin- ĐH Thái Nguyên Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự sưu tầm, tra cứu thông tin mạng, số sách tham khảo xếp, hoàn thiện cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Cho đến nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức không chép từ luận văn sinh viên hay công trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chương trình tự học hỏi, thiết kế xây dựng, có sử dụng số thuật toán tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet, sách giáo trình xử lý ảnh Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày10 tháng 11 năm 2009 Người cam đoan Nguyễn Thị Nguyệt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Năm tháng làm luận văn thời gian mà đúc kết nhiều kinh nghiệm việc tìm hiểu, nghiên cứu làm Để có luận văn xin trân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS TS Đỗ Năng Toàn - Viện Công nghệ Thông tin thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, hướng dẫn tận tình trình học tập, nghiên cứu Thầy tận tình, bảo, giúp đỡ trình làm luận văn Bên cạnh xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban lãnh đạo Trường Đại học Thái Nguyên – Khoa Công nghệ thông tin, Trung tâm học liệu, trường CĐ Kinh tế - Kỹ thuật tận tình động viên tạo điều kiện giúp đỡ thời gian học tập, làm luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Viện Công nghệ Thông tinViện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Khoa Kỹ thuật công nghiệp- trường CĐ KT-KT tạo điều kiện thuận lợi cho thời học tập nghiên cứu Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, động viên giúp đỡ thời gian qua Thái Nguyên, ngày10 tháng 11 năm 2009 Học viên Nguyễn Thị Nguyệt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thuỷ (1999), “Nhập môn xử lý ảnh”, NXB Khoa học kỹ thuật, tr (12-19) [2] Phạm Quang Huy, Phùng Thị Nguyệt (1999), “Giáo trình xử lý ảnh số”, Chương 3, tr (85-86) [3] TS.Ngô Văn Sỹ (2007), “Bài giảng xử lý ảnh số”, Chương 1, Tr (1-28) [4] rịnh Thị Vân Anh (2006), “Kỹ thuật đồ họa”, Chương trình FTIT, Chương 2, Tr (10 – 13) [5] lê thị thủy 2004, nắn chỉnh hình học ứng dụng sách thương mai dt, khóa luận tốt nghiệp dh trường dh hồng đức hoa Tr (4 - 6) Tiếng Anh [1] G Wolberg “Image Morphing: A survey” (1998), p 360-372, Visual Computer [2] J A Davis, D.F McAllister (1998), “Morphing in Stereo Animation”, North Carolina State University [3] David Kidner, Mark Dorey and Derek Smith (1999) What's the point? Interpolation and extrapolation with a regular grid DEM IV International Conference on GeoComputation, Fredericksburg, VA, USA Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn [4] Meijering, Erik (2002), "A chronology of interpolation: from ancient astronomy to modern signal and image processing", Proceedings of the IEEE 90 (3): 319–342 [5] R Keys, (1981) "Cubic convolution interpolation for digital image processing" IEEE Transactions on Signal Processing, Acoustics, Speech, and Signal Processing [6] T Beier, B Costa, L Darsa, L.Velho, “Morphing and Warping Graphical Object”, SIGGRAPH, 1997 [7] CHE N ,S E., AND WILLIA M S, L View interpolation for im- age synthesis Proc SIGGRAPH 93 In Computer Graphics (1993), pp 279–288 [8] HA RTLEY, R I In defence of the 8-point algorithm In Proc Fifth Intl Conference on Computer Vision (1995), pp 1064–1070 [9] KUMAR , R., ANANDAN , P., IRANI , M., BER G E N , J., AND HANNA , K Representation of scenes from collections of im- ages In Proc IEEE Workshop on Representations of Visual Scenes (1995), pp 10–17 [10] MC MILLA N, L., AND BI SHOP, G Plenoptic modeling Proc SIGGRAPH 95 In Computer Graphics (1995), pp 39–46 [11] SEITZ , S M., AND DYE R , C R Physically-valid view syn- thesis by image interpolation In Proc IEEE Workshop on Representations of Visual Scenes (1995), pp 18–25 [12] WOL BE RG , G Digital Image Warping IEEE Computer So- ciety Press, Los Alamitos, CA, 1990 Trang Web Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn [1].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Bilinear_interpolation, 21/9/09 [2].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Trilinear_interpolation, 3/10/09 [3].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Interpolation, 6/10/09 [4].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_interpolation, 6/10/09 [5].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Nearest neighbor_interpolation, 8/9/09 [6].Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Bicubic_interpolation, 8/08/09 [7] http://www.dpreview.com/learn/?/key=interpolation, 8/09/09 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 : Minh họa tọa độ lân cận điểm ảnh Hình 1.2 : Quan hệ điểm ảnh 10 Hình 1.3 : Toàn hình ảnh rắn 19 Hình 1.4 : Hình ảnh da rắn (100%) 19 Hình 1.5 : Ảnh phóng to da rắn lên 500% 19 Hình 1.6 : Mô tả việc tạo điểm ảnh .20 Hình 1.7 : Biểu đồ thị trình nội suy làm trơn cưa 20 Hình 1.8 : Ảnh phóng to không dùng nội suy 21 Hình 1.9 : Ảnh phóng to có dùng nội suy 21 Hình 1.10: Hình ảnh nội suy 22 Hình 1.11: Minh họa giá trị ước tính sinh nhờ nội suy 23 Hình 1.12: Minh họa việc thêm giá trị nội suy 23 Hình 1.13: Minh họa việc phóng to nhờ nội suy 24 Hình 1.14: Minh họa trình quay ảnh .24 Hình 2.1: Minh họa nội suy Nearest Neighbor 29 Hình 2.2: Minh họa phép nội suy Affine 30 Hình 2.3: Khuếch đại lặp 2x2 .35 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.4: Minh họa nội suy tuyến tính 36 Hình 2.5: Nội suy tái tạo hình ảnh song song 37 Hình 2.6: Minh họa phép nội suy Bilinear Interpolation .38 Hình 2.7: Minh họa nội suy trilinear 42 Hình 2.8: Biểu diễn định giá fc(x,y) nội suy song tuyến .45 Hình 2.9: Ảnh tịnh tiến với di chuyển dx, dy 47 Hình 2.10: Nội suy sinh khung trung gian 49 Hình 2.11: Mô tả nội suy theo thời gian 50 Hình 2.12: Tái tạo cảnh theo ba bước 51 Ảnh chụp 3.1 : Hình ảnh nắn chỉnh .56 Ảnh chụp 3.2 : Hình ảnh nội suy sau nắn chỉnh 56 Hình 3.1 : Các điểm đặc trưng điểm M 57 Ảnh chụp 3.3 : Kết nội suy sau nắn chỉnh .60 Ảnh chụp 3.4 : Mô khung hình trung gian 61 Ảnh chụp 3.5 : Khung hình trung gian sinh ước lượng 62 Ảnh chụp 3.6 : Giao diện chương trình nội suy .65 Ảnh chụp 3.7 : Hình ảnh nhận từ chức nội suy 66 Ảnh chụp 3.8 : Hình ảnh nhận từ chức liệt kế 66 Ảnh chụp 3.9 : Hình ảnh nhận từ phép lọc ảnh 67 Ảnh chụp 3.10: Hình ảnh nhận từ phép thay 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU…………………………………………………………… NỘI DUNG………………………………………………………………… Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ NỘI SUY ẢNH 1.1 Khái quát xử lý ảnh 1.2 Những vấn đề hệ thống xử lý ảnh 1.2.1 Những khai niệm 1.2.1.1 Điểm ảnh (Picture Element) 1.2.1.2 Độ phân giải ảnh 1.2.1.3 Mức xám ảnh 1.2.1.4 Các kiểu ảnh 1.2.1.5 Quan hệ điểm ảnh 10 1.2.2 Một số thuộc tính cần quan tâm ảnh số 12 1.2.3 Toạ độ ảnh 13 1.3 Nội suy ảnh 15 1.3.1 Khái niệm nội suy ảnh 15 1.3.2 Các vấn đề với nội suy ảnh số 18 1.3.3 Một số vấn đề liên quan đến nội suy ảnh 23 Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT NỘI SUY ẢNH 27 2.1.1 Nội suy pixel gần (Nearest Neighbor Interpolation) 29 2.1.2 Nội suy tam giác (Affine interpolation) 30 2.1.3 Nội suy song khối (Bicubic Interpolation) 33 2.1.4 Nội suy tuyến tính (linear interpolation) 35 2.1.5 Nội suy song tuyến (bilinear interpolation) 39 2.1.6 Nội suy tam tuyến tính (trilinear) 43 2.1.7 Các phép nội suy không gian 44 2.1.8 Phương pháp ước lượng chuyển động: 47 2.1.9 Phép nội suy thời gian bù chuyển động 49 Chương 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NỘI SUY ẢNH 56 3.1 Nắn chỉnh hình thu nhận ảnh 56 3.2 Sinh hình ảnh khuyết thiếu làm phim hoạt hình 62 3.3 Mô tả chương trình cài đặt 64 3.2 Giới thiệu chương trình 66 PHẦN KẾT LUẬN………………………………………………………… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU Trong năm gần công nghệ thông tin phát triển với tốc độ nhanh chóng phần cứng phần mềm Sự phát triển công nghệ thông tin thúc đẩy phát triển nhiều lĩnh vực xã hội khác như: y học, giáo dục, giải trí, kinh tế v.v Sự phát triển phần cứng phương diện thu nhận, hiển thị, với tốc độ xử lý mở nhiều hướng cho phát triển phần mềm, đặt biệt lĩnh vực xử lý ảnh công nghệ thực ảo đời thâm nhập mạnh mẽ vào đời sống người Ảnh thu sau trình thu nhận ảnh phép biến đổi không tránh khỏi nhiễu khuyết thiếu Sự sai sót phần thiết bị quang học điện tử, phần khác thân phép biến đổi toàn ánh, nên có ánh xạ thiếu hụt đến điểm ảnh kết Việc khắc phục nhược điểm vấn đề đặt cho hệ thống xử lý ảnh Các hệ xử lý ảnh trình phân tích ảnh, tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Do nguyên nhân khác nhau: chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, nguồn sáng hay nhiễu, ảnh bị suy biến Do cần phải tăng cường khôi phục lại ảnh để làm bật số đặc tính ảnh, hay làm cho ảnh gần giống với trạng thái gốc, trạng thái trước ảnh bị biến dạng Xuất phát hoàn ảnh luận văn lựa chọn đề tài: Nghiên cứu số kỹ thuật nội suy ảnh ứng dụng việc làm ý nghĩa khoa học mà mang đậm tính thực tiễn hoàn cảnh Việt Nam chưa có nhiều hệ thống xử lý ảnh thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 57 việc chèn thêm số điểm ảnh vào lỗ hổng ảnh Có thể nói công việc nội suy thực lấp lỗ hổng ảnh Ảnh chụp 3.1 Hình ảnh nắn chỉnh Ảnh chụp 3.2 Hình ảnh nội suy sau nắn chỉnh Khi nắn chỉnh ảnh gốc có vấn đề đặt phải xác định cặp mặt tương ứng ảnh gốc chụp vào cần nắn chỉnh ảnh đích Chưa có phương pháp hiệu phép tự động nhận biết mặt Vì không phương pháp khác nhờ trợ giúp người cách thủ công Thực tế người ta nắn chỉnh mà không cần bước xác định mặt đối tượng cần nắn chỉnh Vì sở điểm đặc trưng chọn, dùng phương pháp nội suy dựa lưới tam giác tập điểm đặc trưng tìm công thức biến đổi điểm ảnh cần nội suy Tuy nhiên gặp phải số khó khăn sau:  Khối lượng tính toán tăng lên Bởi vì: Đối với điểm ảnh cần nội suy ta phải xét ảnh hưởng tất điểm đặc trưng ảnh điểm Nghĩa là, điểm ảnh vùng nhẽ cần xét ảnh hưởng điểm đặc trưng thuộc vùng đến làm theo cách không phân vùng phải xét đến điểm đặc trưng vùng lại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 58  Việc nội suy thiếu xác Do hiệu nắn chỉnh không cao Xét hình 3.3 với điểm đặc trưng điểm đậm xét điểm M hình: B M C A D B’ C’ A’ D’ Hình 3.1 Các điểm đặc trưng điểm M Giả sử khoảng cách từ M đến điểm đánh số thứ tự nhỏ khoảng cách từ M đến điểm đánh số thứ tự M thuộc tam giác tạo điểm (1,3,4), M thuộc tam giác tạo điểm (2,3,1) Vậy với hình phân ảnh thành mặt ABCD, ADD’A’, DD’C’C điểm M tìm điểm đặc trưng làm sở (1,3,4) (vì thuật toán xét điểm đặc trưng điểm thuộc vùng tạo điểm ABCD có chứa điểm M) + Nếu không định nghĩa rõ ràng mặt M tìm điểm đặc trưng làm sở (2,3,1) thuật toán xét tất điểm đặc trưng ảnh xem điểm M gần điểm mà M thuộc tam giác tạo điểm Trong thí dụ cụ thể tất nhiên điểm (2,3,1) thoả mãn điểm (1,3,4) Và M chọn điểm (2,3,1) làm sở dễ xảy trường hợp ảnh M’ M bên ảnh đích điểm thuộc mặt tạo điểm ảnh A,D,D,’A’ thuộc mặt tương ứng với mặt chứa M Vì kết nội suy không xác Chính nhược điểm không định nghĩa rõ ràng mặt cần nội suy nên luận văn chương trình bày vài phương pháp nội suy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 nội suy song tuyến (Bilinear) nội suy tam giác(Affine) , có chia ảnh thành vùng cần nội suy riêng biệt nhằm mục đích xây dựng khung cho đối tượng cần nắn chỉnh Tuy nhiên sử dụng phương pháp nội suy để thực nội suy cần phải biết điểm cần phải nội suy Thuật toán giúp xác định điểm cần nội suy sau: Thuật toán xác định điểm cần nội suy sau nắn chỉnh Ta phải nội suy mặt đối tượng (tức đa giác đa giác xác định phần trên) thành mặt tương ứng hình chọn làm mẫu Như vậy, ta phải tìm điểm thuộc đa giác Ý tưởng thuật toán tìm tất điểm thuộc đa giác thực theo bước sau: { - Tìm hình chữ nhật nhỏ chứa đa giác Hình chữ nhật xác định hai điểm có toạ độ ( xmin , ymin ) ( xmax , ymax ) - For i  ymin to ymax Tìm hoành độ giao điểm đường thẳng y = i với đa giác + Sắp xếp giao điểm theo chiều tăng dần hoành độ Gọi hoành độ giao điểm sau xếp x0 , x1 , xn 1 + Các điểm thuộc đường thẳng y = i có hoành độ thuộc đoạn [ x2 * i, x2 * i  1] điểm thuộc đa giác Với i = 0,1,…,(n/2) Trong trường hợp giao điểm đường thẳng y = i với đa giác đỉnh đa giác (giả sử Aj ) cần ý: Gọi hai đỉnh đa giác nối với Aj Aj-1 Aj+1 thì: Nếu Aj-1 Aj+1 nằm hai phía đường thẳng y = i ta tính giao điểm Ngược lại tính giao điểm.} Như vậy, ứng với điểm ảnh gốc tìm vị trí tương ứng bên ảnh đích Sau điều thực với tất điểm cần xét Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 ảnh gốc ảnh đích thu có hình hài thoả mãn điều kiện đầu yêu cầu nắn chỉnh, có nhiều điểm ảnh đích chưa có điểm từ ảnh gốc ánh xạ sang nên điểm mang mầu Những điểm ảnh đích mà điểm ảnh ảnh gốc ánh xạ sang gọi “lỗ hổng” Vì thế, vấn đề phát sinh làm để lấp lỗ hổng làm để màu sau nắn chỉnh đảm bảo độ xác Việc tô màu thực theo làn, đoạn dòng dài điểm liên thông Vì liên thông nên để quản lý ta cần nắm giữ đầu Đầu phải gọi điểm phải đó, liên thông ngang, để xử lý theo liên thông ta cần quan tâm liên thông dọc Nếu hai kề có hai ô liên thông dọc hai liên thông với { Thuật toán tô màu xuất phát từ điểm P( x, y) màu tô c: Nếu c màu thoát Khởi tạo Từ P( x, y) tìm điểm phải P RP( x, j) nạp vào stack Lặp công việc sau stack rỗng 3.1.Lấy stack nạp vào ( x, y) 3.2.Nếu ( x, y) tô quay lại vòng lặp 3.3.Tìm đầu dòng trên(nếu liên thông với dòng chứa ( x, y) ) nạp vào stack 3.4.Tìm đầu dòng (nếu liên thông với dòng chứa ( x, y) ) nạp vào stack 3.5.Lặp qua trái đến hết bước sau: Tô ( x, y) Nếu ( x  1, y) điểm phải nạp vào stack Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 Nếu ( x  1, y) điểm phải nạp vào stack } Kết quả: Như nói việc nội suy lấp lỗ hổng thuật toán tô màu, loại bỏ giăng cưa hình ảnh tạo nên hình ảnh đẹp mắt khắc phục tượng thô cứng ảnh sau nắn chỉnh Kết việc nội suy ứng dụng nắn chỉnh hình 3.3 a) Ảnh cần nắn chỉnh b) Ảnh sau nắn chỉnh c) Ảnh sau nội suy Ảnh chụp 3.3: Kết nội suy sau nắn chỉnh (Nguồn: Phùng Văn hải (2006), “Luận văn tốt nghiệp” Nắn chỉnh hình học với toán sách thương mại điện tử) Sau nắn chỉnh nhờ nội suy hình ảnh không thô cứng mà trở trạng thái ban đầu mới, hình ảnh đẹp mắt, tượng giăng cưa lỗ hổng giảm bớt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 3.2 Sinh hình ảnh khuyết thiếu làm phim hoạt hình Để tạo ảnh động hay cảnh chuyển động làm phim hoạt hình, điều cần làm chuẩn bị cho số ảnh chủ đề có kích thước giống Ảnh động mềm động tác liền mạch, khung hình trung gian nhiều Ảnh chụp 3.4 Mô khung hình trung gian Trong thực tế làm việc ứng dụng đồ họa 3D Tại thời điểm năm trước có ý tưởng làm phim hoạt hình 3D Cách tiếp cận dùng hình ảnh để mô thời gian thực 3D Bởi thay phác họa nhà khung hình bạn làm cho nhà trở lên sống động cách sử dụng phần mềm làm hoạt hình không gian 3D Khi người xem di chuyển quanh hình ảnh cảm thấy hình ảnh có thật Thực chất hình ảnh trung gian sinh để điền đầy khoảng trống trình hình ảnh di chuyển đến đích Số lượng hình trung gian nhiều hình ảnh 3D nhìn thấy trở nên thực hơn, mịn hơn, sống động Thực chất mô chuyển động hình ảnh tĩnh với thao tác di chuyển đơn giản liên kết lại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 Tuy nhiên cần phác họa hình ảnh cách chi tiết, nhiều thời gian Vậy cách đơn giản thực nội suy để tạo khung hình trung gian với đầy đủ chi tiết cần thiết để liên kết khung hình Một ví dụ sử dụng phương pháp để phác họa mô hình 3D có số điểm số cảnh tạo việc nội suy cảnh trước cảnh sau đó, phương pháp nội suy có bù chuyển động nói chương Thực chất việc nội suy tạo hình ảnh với kích thước khác mà ta cần, thực số thao tác tiền xử lý với ảnh trung gian Sau thực chép từ ảnh thay thực phác họa lại chi tiết ảnh Có thể tạo hình ảnh trung gian cách đánh giá ước lượng chênh lệch Để có hình ảnh trung gian tạo có chất lượng cao Đầu tiên cần biết ảnh trung gian tạo hình ảnh đa phân giải phân bố không đồng điểm ảnh liên kết biên chênh lệch Bằng tìm giá trị tuyệt đối đầu lọc mà ứng dụng để tìm trung bình cột hàng theo chiều ngang chiều dọc khối tính toán Thứ hai cần biết vùng ảnh bị hổng (tắc) giải việc so sánh tương đồng khối giống để thực thay cho phù hợp Cuối có đủ hình ảnh trái phải hình ảnh trung gian tạo Ảnh chụp 3.5: Khung hình trung gian sinh chênh lệch http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại họcviệc Thái Nguyên ước lượng Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 64 Ở ảnh 3.5 cho thấy hoạt động khoảng khung thay đổi liên tục Chúng ta cần rõ điểm trung gian cách lấy mẫu hai bề mặt đối tượng 2D, điều có tác dụng rõ điểm mẫu trung gian cho vùng đồng bề mặt đối tượng lấy mẫu Các điểm trung gian điểm khoảng khung tạo lấy mẫu vùng xung quanh Số điểm trung gian cần không nhiều hình ảnh thay đổi nhanh 3.3 Mô tả chương trình cài đặt 3.3.1 Mô tả chức 3.3.1.1 Chức nội suy ảnh (Morphing) Chức nội suy chức chương trình cài đặt, chức dùng để thực nội suy ảnh Tức sinh hình ảnh trung gian từ ảnh nguồn ảnh đích, ảnh trung gian sinh chuyển động liên tục Quá trình nội suy sau: - Đưa file ảnh làm ảnh nguồn (Ảnh vào) - Đưa file ảnh làm ảnh đích (Ảnh đích) - Thuật toán nội suy (morphing) thực nội suy từ ảnh nguồn ảnh đích hình ảnh trung gian Số hình ảnh trung gian cài đặt thuật toán nội suy không gian (sinh 20 khung hình trung gian) Thuật toán nội suy thực kiểm tra ảnh xem ảnh vào, ảnh có phải 24 bit, không Nếu thực nội suy cho khung hình trung gian - Quá trình nội suy chương trình cài đặt nội suy suôi nội suy ngược - Trong chức cho phép thực tạo video có đuôi *.avi save để thực chạy đoạn video Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 3.3.1.2 Chức chấp nhận ảnh nội suy Đây chức phụ chương trình, chức ta cho vào ảnh 24 bít (ảnh nguồn), ảnh cần lọc(operating image), sau thực SubImage (Chấp nhận nội suy ảnh) cho ảnh đích Trong chức không cho phép tạo ta video chạy tạo save chấp nhận ảnh kết 3.3.1.2 Chức liệt kê ảnh trung gian Chức cho phép thực sinh ảnh trung gian, tức ta mở ảnh nguồn, ảnh đích (ảnh kết quả), chức cho phép liệt kê loạt khung hình trung gian, cho phép ta nhìn thấy khung hình trung gian chuyển đổi - Bước cho ảnh nguồn vào từ chức Load Image In - Bước cho ảnh đích vào từ chức Load Image Out - Bước thực chức Add Image cho loạt khung hình trung gian nhìn thấy Ngoài chương trình có thêm chức Exit, Creat Avi, Play Avi, tức thoát, tạo chạy video có đuôi *.avi Nhưng chức phụ chương trình, thực morphing (nội suy) có chức tạo video chức Play avi thực chạy video 3.3.1.3 Chức lọc ảnh phương pháp trung bình Chức lọc ảnh cho phép cho vào hai ảnh nhiều sau lấy trung bình cho ảnh cách lấy trung bình ảnh - Bước 1: Mở ảnh nguồn chức LoadImage - Bước 2: Sử dụng chức Average Median ảnh trung bình ảnh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 3.2 Giới thiệu chương trình 3.2.1 Giao diện chương trình Chương trình thiết kê phần mềm Visual Basic 6.0 Lấy ảnh nguồn ảnh đích ổ mặc định ổ C, có tên Lưu (C:\lưu\ danh sách ảnh) Ảnh nguồn yêu cầu có kích thước phù hợp với form thiết kế - Ảnh nội suy có kích thước: Width 210 – Height 250 - Ảnh dùng để liệt kê danh sách khung hình trung gian: Width 250 - Height 200 - Ảnh để thực chức lọc ảnh: Width 150 - Height 150 - Ảnh để thực chức thay ảnh: Width 300 - Height 380 Ảnh chụp 3.6: Giao diện chương trình nội suy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 3.2.2 Một số kết chương trình a Kết nhận từ chức nội suy ảnh (morphing) Ảnh chụp 3.5: Hình ảnh nhận chức nội suy a Kết nhận từ chức liệt kê ảnh trung gian (thêm ảnh) Trong chức nội suy ta nhìn thấy khung hình trung gian chuyển đổi liên tục không nhìn rõ khung hình trung gian, chức liệt kê ta cho vào ảnh nguồn, ảnh đích, phần mềm nội suy thực nội suy loạt hình ảnh trung gian Ảnh chụp 3.6: Hình ảnh nhận chức liệt kê Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 b Kết nhận từ chức lọc (Filter Image) Chức cho phép ta cho vào từ hai ảnh trở nên sau lấy trung bình cho ảnh cách lấy trung bình ảnh Ảnh chụp 3.6: Hình ảnh nhận từ phép lọc ảnh c Kết nhận từ chức thay ảnh (SubImage) Ảnh Hình ảnh nhận Số hóa Trung tâm Họcchụp liệu – 3.7: Đại học Thái Nguyên từ phép thay ảnh http://www.lrc-tnu.edu.vn Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 69 Đây chức phụ chương trình, chức mang tính chất liệt kê Tuy nhiên ta cho vào ảnh nguồn ảnh để khái thác, kết phép SubImage cho ảnh (ảnh kết quả) kết phép thay ảnh Nói chung phần mềm nội suy cài đặt chủ yếu nội suy cho ảnh trung gian tạo file video, phần mềm cho phép chạy file video Để chạy phần mềm yêu cầu máy phải cài Visual Basic 6.0 Khi thực chạy phần mềm, yêu cầu phải có file ảnh, có chứa ảnh với kích thước định (đây ảnh nguồn ảnh đích dùng để tạo nguồn cho file ảnh nội suy, ảnh dầu vào yêu cầu phải dạng file có đuôi *.bmp, 24 bít), file ảnh lưu ổ mặc định ổ D với tên file lưu (D:\ lưu) Khi chạy chức ghi file video (Save video) phần mềm mặc định đường dẫn, file video lưu vào ổ C với tên Myavi (C:\Myavi) Khi dãy ảnh nội suy (ảnh trung gian) sinh ra, phần mềm mặc định ghi vào ổ C (20 khung hình trung gian sinh ra) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 70 PHẦN KẾT LUẬN Mỗi luận văn trình tìm hiểu, nghiên cứu thực tế, Quá trình làm luận văn trình đúc kết kinh nghiệm người Qua trình làm luận văn, sau phân tích, tìm hiểu chung thuật toán nội suy, em bổ sung thêm cho nhiều kiến thức quý giá Em tìm hiểu sâu hơn, đầy đủ phương pháp nội suy ảnh số ứng dụng Em có thêm kiến thức xử lý ảnh công việc sử dụng nội suy để phóng to, bóp méo ảnh, quay ảnh, sinh ảnh trung gian với ứng dụng nó, tượng cưa vỡ hạt hình ảnh cải thiện nhiều thực nội suy, hình ảnh trung gian sinh tạo cho hình ảnh trở nên tự nhiên thực Em tìm hiểu phương pháp nội suy ảnh, với thuật toán ứng dụng Các phương pháp nội suy ảnh em nghiên cứu không sâu trình tìm giá trị nội suy toán học mà chủ yếu việc tìm giá trị nội suy dựa vào điểm lân cận Tùy vào phương pháp nội suy mà lân cận hay lân cận Tuy nhiên luận văn em có sâu giới thiệu phương pháp nội suy song tuyến tính (Bilinear interpolation), nội suy tam giác (Affine) sử dụng tọa độ barycentric, nội suy không gian để sinh cảnh trung gian Đây phương pháp có ưu điểm việc khắc phục tượng cưa,vỡ hạt, lấp lỗ hổng, sinh ảnh… tiết kiệm thời gian thực giải thuật Sau trình nghiên cứu làm luận văn với dẫn nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đỗ Năng Toàn, số thầy cô Viện Khoa học Công Nghệ Trong Khoa Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên, em học cách tìm hiểu, phân tích nghiên cứu vấn đề khoa học Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân nỗ lực, cố gắng, đầu tư nhiều thời gian, công sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài nhận bảo, định hướng tận tình thầy giáo hướng dẫn anh, chị trước Nhưng hạn chế mặt thời gian khó khăn việc tìm kiếm tài liệu, hạn chế mặt kiến thức thân, nên chưa có kết thực hoàn hảo Kính mong thầy cô giáo bạn đồng nghiệp bảo giúp đỡ Hướng phát triển: Luận văn sâu nghiên cứu số phương pháp nội suy ảnh, đưa ứng dụng thực nội suy ảnh sinh hình ảnh khuyết thiếu(hình ảnh trung gian), ta đưa vào một ảnh nguồn ảnh đích, phương pháp nội suy không gian thực nội suy khung ảnh trung gian, khung ảnh biến đổi liên tục tạo thành file video, chạy file video để quan sát trình sinh ảnh trung gian Ứng dụng thứ hai nắn chỉnh sách (sau trình nắn chỉnh có sử dụng phương pháp nội suy để làm đẹp ảnh), phạm vi luận văn em chưa cài đặt ứng dụng thứ Nhưng với tốc độ phát triển nhanh chóng ngành công nghệ thông tin nói chung kỹ thuật xử lý ảnh nói riêng đòi hỏi cần phải sâu để nghiên cứu thêm ứng dụng nội suy ảnh, nghiên cứu thêm số phương pháp nội suy khác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... ẢNH VÀ NỘI SUY ẢNH Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT NỘI SUY ẢNH Chương 3: ỨNG DỤNG NỘI SUY ẢNH Nói chung việc 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 nội suy ảnh, các kỹ thật nội suy này sẽ tính... bằng cách nội suy giá trị pixel từ viền của vùng  Thay đổi kích thước của ảnh như phóng đại ảnh, quay ảnh, bóp méo đều có thể chỉ ra kỹ thuật nội suy cần sử dụng  Sinh ra hình ảnh trung gian khi thực hiện nội suy từ một khung ảnh nguồn và một khung ảnh đích Theo mặc định ở các chương trình, sử dụng phương pháp nội suy các pixel gần nhất để tính giá trị các pixel của ảnh ra, sử dụng nội suy không... ảnh, phục hồi ảnh, nâng cao chất lượng ảnh với mục đích làm cho ảnh sắc nét hơn hoặc làm cho ảnh gần giống nhất với trạng thái gốc, trạng thái trước khi ảnh bị biến dạng Để máy tính có thể hiểu và phân tích ảnh thì ảnh cần được mã hoá và biểu diễn dưới dạng số gọi là ảnh số Ngày nay một số máy ảnh số sử dụng giải thuật nội suy để tạo ra ảnh có dung lượng cao hơn, khả năng thu nhận của bộ cảm biến ảnh. .. với hình 1.8 và hình 1.9 ở dưới hiện thị nội suy như thế nào để giảm các răng cưa Hình 1.8 cho thấy phóng to ảnh 500% (phóng to hình ảnh, không nội suy) Hình 1.9 cho thấy ảnh phóng to 500% và có nội suy ở cùng một hình ảnh Rõ ràng khi thực hiện nội suy, hiện tượng răng cưa đã giảm đi đáng kể, các cạnh trở nên mềm mại hơn Hình 1.8 Ảnh phóng to không nội suy Hình 1.9 Ảnh phóng to có nội suy Số hóa bởi... nhiều điểm ảnh (pixel) Quá trình tạo thêm điểm ảnh này gọi là nội suy ảnh Điều này có thể thực hiện bởi phầm mềm nội suy ảnh Phần mềm nội suy phân tích các điểm ảnh trong một hình ảnh và cho biết thêm chi tiết dựa trên các điểm ảnh được phân tích Ví dụ nội suy thay đổi kích thước của hình ảnh 200%, nói cách khác nó gấp đôi kích thước của hình ảnh Kết quả là mỗi điểm ảnh sẽ trở thành 4 điểm ảnh (chủ yếu... điểm ảnh mới gần nó nhất Một số máy ảnh số sử dụng giải thuật nội suy để tạo ra ảnh có dung lượng cao hơn khả năng thu nhận của bộ cảm biến ảnh hoặc tăng cường khả năng zoom kỹ thuật số của máy Hầu như tất cả các phần mềm chỉnh sửa ảnh đều sử dụng 1 hoặc nhiều phương pháp nội suy Hình ảnh sẽ mịn màng, không bị "vỡ hạt" khi phóng to hay biến đổi ảnh tùy vào thuật toán được sử dụng trong giải thuật nội suy. .. và có màu như màu gốc dựa vào việc nội suy Tuy nhiên khi nội suy vẫn có một số vấn đề sau: Vấn đề 1: Nội suy không tạo mới dữ liệu Khi phóng to ảnh, nội suy chỉ chèn thêm điểm ảnh chứ không tạo mới dữ liệu Tức là các thông tin của bức ảnh sẽ được phân bố trên một diện tích lớn hơn khi phóng to ảnh, như vậy bức ảnh sẽ không nhìn tốt hơn như ở kích thước ban đầu Hình ảnh có thể bị xuống cấp Như vậy một. .. tin Tóm lại: Nội suy là quá trình sử dụng để ước lượng một giá trị ảnh ở một vị trí giữa các pixel Chẳng hạn, nếu ta thay đổi kích thước một ảnh, nó sẽ chứa nhiều pixel hơn ảnh gốc, ta có thể sử dụng nội suy để tính giá trị cho các pixel thêm vào Có thể hiểu nôm na nội suy là phóng đại hình ảnh lên bằng các thuật toán tự có trong máy Hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số hiện nay đều có số điểm ảnh được tính... một cách đáng kể phụ thuộc vào giải thuật phép nội suy và nội dung đối tượng Ví dụ về sự sinh ảnh trung gian Kỹ thuật nội suy sử dụng hai hình ảnh để tạo ra một hình ảnh trung gian giữa hai hình ảnh này Rồi lại kết hợp từng nửa hình ảnh được phân tách ra từ hình ảnh trung gian Quá trình kéo căng hình ảnh được thực hiện một cách tự động, trong khi quá trình kết hợp hình ảnh lại được thực hiện bằng một. .. căng một hình ảnh và phép nội suy có thể chưa bao giờ thêm chi tiết nào vào ảnh cua bạn mà chưa sẵn sàng Ví dụ về sự quay ảnh, bóp méo ảnh Phép nội suy cũng xảy ra mỗi lần Bạn quay hay bóp méo một ảnh Ví dụ tiếp theo này cho thấy chi tiết hình ảnh có thể bị mất như thế nào Hình ảnh suy biến Quay Hình ảnh Ban đầu Quay 45 0 Quay 900 Quay Quay (Nén) 2 X 450 6 X 150 Hình 1.14: Minh họa quá trình quay ảnh Số