›

Đồ án Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh

pdf 58 trang huongle 2240
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_mot_so_noi_dung_ve_anh_panorama_va_ky_thuat_ghep_anh.pdf

Nội dung text: Đồ án Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh

  1. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƢƠNG I KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH 4 1.1. Tổng quan về xử lý ảnh 4 1.1.1 Giới thiệu chung về xử lý ảnh 4 1.1.2 Ảnh và biểu diễn ảnh 7 1.1.3 Ảnh xám 10 1.1.4 Biến đổi ảnh 12 1.2. Ghép ảnh và ảnh Panorama 13 1.2.1. Kỹ thuật ghép ảnh 13 1.2.2 Ảnh panorama 19 Chƣơng 2: GHÉP ẢNH DỰA TRÊN KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC 26 2.1 Một số vấn đề của bài toán 26 2.1.1 Xác định các cặp điểm đặc trƣng 26 2.1.2 Xác định ảnh cần nắn chỉnh 26 2.2 Nắn chỉnh hình dạng bức ảnh 27 2.2.1 Sơ đồ thuật toán ghép ảnh dựa trên nắn chỉnh hình học 27 2.2.2 Xây dựng thuật toán nắn chỉnh dựa vào các cặp điểm đặc trƣng 27 2.2.3 Biến đổi hình dạng bức ảnh dựa trên hàm biến đổi hàm f 29 2.3. Ghép ảnh sau khi năn chỉnh 30 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 32 3.1. Giới thiệu chƣơng trình 32 3.2. Các chức năng của chƣơng trình 32 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC 41 1
  2. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Việt Nam đang bƣớc vào hội nhập với nền kinh tế của thế giới, một điều đặt ra là: Làm sao để quảng bá hình ảnh Việt Nam nhiều hơn nữa với bạn bè quốc tế? Làm sao để những hình ảnh đất mẹ phải sống động, mới mẻ, quyến rũ chứ không lặp lại những cảm xúc đơn điệu? Từ lâu rồi các nhiếp ảnh gia đã dành trọn sự tìm tòi và đam mê của mình để vƣợt qua những câu hỏi đó với mong muốn đƣợc góp một phần vào việc "tiếp thị" hình ảnh Việt Nam. Tất cả họ đều mong muốn rằng thông qua những bức ảnh đó ngƣời xem có thể làm một chuyến “du lịch ảo” từ Bắc chí Nam qua những danh lam thắng cảnh nổi tiếng nhƣ Văn Miếu (Hà Nội), Sầm Sơn (Thanh Hóa), Cửa Lò (Nghệ An), Mỹ Sơn (Quảng Nam), lăng Khải Định (Huế), hồ Xuân Hƣơng (Đà Lạt), TP.HCM Điều thực sự mới mẻ và thú vị là những thắng cảnh này không phải đƣợc giới thiệu bằng những hình ảnh đơn chiều mà đƣợc giới thiệu bằng không gian “giả” đa chiều thật sống động khiến ngƣời xem có cảm giác không khác gì đứng trƣớc cảnh thật. Tuy nhiên để có những bức ảnh nhƣ thế thật không phải đơn giản. Khi chụp ảnh, độ rộng của ống kính không đủ để tạo nên những bức ảnh đó, bởi vậy ghép ảnh để tạo nên những bức ảnh đẹp là một phƣơng pháp rất hay. 2
  3. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 1 Ảnh được ghép từ 14 tấm khác nhau Ghép ảnh còn có rất nhiều ứng dụng trong thực tế nhƣ trong ngành kiến trúc, xây dựng bản đồ địa lý v.v Song việc ghép các thành phần của các đối tƣợng lại với nhau để thu đƣợc các ảnh tƣơng ứng hoàn thiện hơn là một công việc khó khăn rất nhiều khi phải làm thủ công, mặt khác các ảnh khi thu nhận để ghép thƣờng bị lệch hay biến dạng đi một khoảng nào đấy. Yêu cầu đặt ra cần xác định khoảng sai lệch về thông tin giữa các phần ảnh định ghép, sau đó hiệu chỉnh độ sai lệch và cuối cùng là ghép chúng lại. Nghiên cứu kỹ thuật ghép ảnh còn mở ra cho chúng ta một hƣớng phát triển mới trong tƣơng lai đó là xây dựng kỹ thuật giả lập 3D. Xuất phát từ vấn đề này, đồ án của em là “Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh ‟‟ Đồ án của em gồm các phần sau : Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH Chƣơng này trình bày tổng quan về bộ môn xử lý ảnh, phƣơng pháp ghép ảnh và một số nội dung về ảnh panorama. Chƣơng 2: GHÉP ẢNH DỰA TRÊN KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC Chƣơng này giới thiệu về thuật toán ghép ảnh dựa trên kỹ thuật nắn chỉnh hình học với các tập điểm đặc trƣng đầu vào. Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3
  4. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ GHÉP ẢNH 1.1. Khái quát về xử lý ảnh 1.1.1 Giới thiệu chung về xử lý ảnh Xử lý ảnh là một môn khoa học tƣơng đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, nhất là trên quy mô công nghiệp, đó là một trong những mảng quan trọng nhất trong kỹ thuật thị giác máy tính, là tiền đề cho nhiều nghiên cứu thuộc lĩnh vực này. Hai nhiệm vụ cơ bản của quá trình xử lý ảnh là nâng cao chất lƣợng thông tin hình ảnh và xử lý số liệu cung cấp cho các quá trình khác trong đó có việc ứng dụng thị giác vào điều khiển. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tại nhiều quốc gia từ năm 1920 đến nay về xử lý ảnh đã góp phần thúc đẩy tiến bộ trong lĩnh vực này lớn mạnh không ngừng [GS. TS. Nguyễn Kim Sách]. Quá trình xử lý ảnh bắt đầu từ việc thu nhận ảnh nguồn (từ các thiết bị thu nhận ảnh dạng số hoặc tƣơng tự) gửi đến máy tính. Ảnh có thể thu nhận qua camera. Thƣờng ảnh thu nhận qua camera là tín hiệu tƣơng tự (loại camera ống kiểu CCIR), nhƣng cũng có thể là tín hiệu số hóa (loại CCD – Charge Coupled Device). Ảnh cũng có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor), hay ảnh, tranh đƣợc quét trên scanner. Tiếp theo là quá trình số hóa. Quá trình số hóa (Digitalizer) để biến đổi tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) và số hóa bằng lƣợng hóa, trƣớc khi chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lƣu trữ lại. Quá trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ. Trƣớc hết là công việc tăng cƣờng ảnh để nâng cao chất lƣợng ảnh. Do những nguyên nhân khác nhau: có thể do chất lƣợng thiết bị thu nhận ảnh, do nguồn sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy biến. Do vậy cần phải tăng cƣờng và khôi phục lại ảnh để làm nổi bật một số đặc tính chính của ảnh, hay làm cho ảnh gần giống 4
  5. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh với trạng thái gốc – trạng thái trƣớc khi ảnh bị biến dạng. Giai đoạn tiếp theo là phát hiện các đặc tính nhƣ biên, phân vùng ảnh, trích chọn các đặc tính, v.v . Cuối cùng, tùy theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng, phân lớp hay các quyết định khác. Các giai đoạn chính của quá trình xử lý ảnh có thể mô tả nhƣ hình 1.1 Lƣu trữ CAMERA Thu nhận Số hóa Phân tích Nhận dạng ảnh ảnh SENSOR Hệ Q Định Lƣu trữ Hình 1.1 Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh 5
  6. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Với các giai đoạn trên, một hệ thống xử lý ảnh (cấu trúc phần cứng theo chức năng) bao gồm các thành phần tối thiểu nhƣ trong hình 1.2 Màn hình đồ họa Camera Bộ xử lý tƣơng tự Bộ nhớ ảnh Bộ xử lý Bộ nhớ Máy chủ ảnh số ngoài Máy in Màn hình Bàn phím Hình 1.2 Cấu trúc phần cứng theo chức năng của hệ thống xử lý ảnh. Đối với một hệ thống xử lý ảnh thu nhận qua camera – camera nhƣ là con mắt của hệ thống. Có 2 loại camera: camera ống loại CCIR và camera CCD. Loại camera ứng với chuẩn CCIR quét ảnh với tần số 1/25 và mỗi ảnh gồm có 625 dòng. Loại CCD gồm các photo điốt và làm tƣơng ứng một cƣờng độ sáng tại một điểm ảnh ứng với một phần tử ảnh (pixel). Nhƣ vậy, ảnh là tập hợp các điểm ảnh. Số pixel tạo nên một ảnh gọi là độ phân giải (resolution). Bộ xử lý tƣơng tự(analog processor) thực hiện các chức năng sau: - Chọn camera thích hợp nếu hệ thống có nhiều camera. - Chọn màn hình hiển thị tín hiệu. 6
  7. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh - Thu nhận tín hiệu video thu nhận bởi bộ số hóa (digitalizer). Thực hiện lấy mẫu và mã hóa. - Tiền xử lý ảnh khi thu nhận: Dùng kỹ thuật bảng tra(Look Up Table- LUT). Bộ xử lý ảnh số gồm nhiều bộ xử lý chuyên dụng nhƣ: xử lý lọc, trích chọn đƣờng bao, nhị phân hóa ảnh. Các bộ xử lý này làm việc với tốc độ 1/25 giây. Máy chủ: đóng vai trò điều khiển các thành phần miêu tả ở trên. Bộ nhớ ngoài: Dữ liệu ảnh cũng nhƣ các kiểu dữ liệu khác, để có thể chuyển giao cho các quá trình khác, nó cần đƣợc lƣu trữ. Để có một ƣớc lƣợng, xét thí dụ sau: một ảnh đen trắng cỡ 512 × 512 với 256 mức xám chiếm 256K bytes. Với một ảnh màu cùng kích thƣớc dung lƣợng sẽ tăng gấp 3 lần. 1.1.2 Ảnh và biểu diễn ảnh Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục cả về không gian và giá trị độ sáng. Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính thì cần thiết phải tiến hành số hóa ảnh. Quá trình số hóa biến đổi các tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hóa về không gian) và lƣợng tử hóa các thành phần giá trị mà về nguyên tắc bằng mắt thƣờng không thể phân biệt đƣợc hai điểm liền kề nhau. Các điểm nhƣ vậy đƣợc gọi là các pixel (Picture Element) hay các phần tử ảnh hoặc điểm ảnh. Ở đây cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ họa máy tính. Để tránh nhầm lẫn ta gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị. Khái niệm pixel thiết bị có thể xém xét nhƣ sau: khi ta quan sát màn hình (trong chế độ đồ họa), màn hình không liên tục mà gồm các điểm nhỏ, gọi là pixel. Mỗi pixel gồm một tập tọa độ (x, y) và màu. Nhƣ vậy mỗi ảnh là tập hợp các điểm ảnh. Khi đƣợc số hóa nó thƣờng đƣợc biểu diễn bởi mảng 2 chiều I(n,p): n là dòng và p là cột. 7
  8. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Về mặt toán học có thể xem ảnh là một hàm hai biến f(x,y) với x, y là các biến tọa độ. Giá trị số ở điểm (x,y) tƣơng ứng với giá trị xám hoặc độ sáng của ảnh (x là các cột còn y là các hàng). Giá trị của hàm ảnh f(x,y) đƣợc hạn chế trong phạm vi của các số nguyên dƣơng. 0 ≤ f(x,y) ≤ fmax. Với ảnh đen trắng mức xám của ảnh có thể đƣợc biểu diễn bởi một số nhƣ sau: f k c( )S BW ( )d 0 Trong đó SBW( ) là đặc tính phổ của cảm biến đƣợc sử dụng và k là hệ số tỷ lệ xích. Vì sự cảm nhận độ sáng có tầm quan trọng hàng đầu đối với ảnh đen trắng nên SBW( ) đƣợc chọn giống nhƣ là hiệu suất sáng tƣơng đối. Vì f biểu diễn công suất trên đơn vị diện tích, nên nó bao giờ cũng không âm và hữu hạn. 0≤ f ≤ fmax Trong đó fmax là giá trị lớn nhất mà f đạt đƣợc. Trong xử lý ảnh, f đƣợc chia thang sao cho nó nằm trong một phạm vi thuận lợi nào đó. 8 Thông thƣờng đối với ảnh xám, giá trị fmax là 255 ( 2 =256) bởi vì mỗi phần tử ảnh đƣợc mã hóa bởi một byte. Khi quan tâm đến ảnh màu ta có thể mô tả màu qua ba hàm số: thành phần màu đỏ qua R(x,y), thành phần màu lục qua G(x,y) và thành phần màu lam qua B(x,y). Bộ ba giá trị R, G, và B nhận đƣợc từ: R k c( )S R ( )d 0 G k c( )SG ( )d 0 B k c( )S B ( )d 0 8
  9. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Ở đó SR( ),SG( ) và SB( ) theo thứ tự là những đặc tính phổ của các cảm biến (bộ lọc) đỏ, lục và lam. R, G, B cũng không âm và hữu hạn. Ảnh có thể đƣợc biểu diễn theo một trong hai mô hình: mô hình Vector hoặc mô hình Raster. Mô hình Vector: Ngoài mục đích tiết kiệm không gian lƣu trữ, dễ dàng hiển thị và in ấn, các ảnh biểu diễn theo mô hình vector còn có ƣu điểm cho phép dễ dàng lựa chọn, sao chép, di chuyển, tìm kiếm Theo những yêu cầu này thì kỹ thuật biểu diễn vector tỏ ra ƣu việt hơn. Trong mô hình này, ngƣời ta sử dụng hƣớng vector của các điểm ảnh lân cận để mã hóa và tái tạo lại hình ảnh ban đầu. Các ảnh vector đƣợc thu nhận trực tiếp từ các thiết bị số hóa nhƣ Digitalize hoặc đƣợc chuyển đổi từ các ảnh Raster thông qua các chƣơng trình vector hóa. Mô hình Raster: là mô hình biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay. Ảnh đƣợc biểu diễn dƣới dạng ma trận các điểm ảnh. Tùy theo nhu cầu thực tế mà mỗi điểm ảnh có thể đƣợc biểu diễn bởi một hay nhiều bit. Mô hình Raster thuận lợi cho việc thu nhận, hiển thị và in ấn. Các ảnh đƣợc sử dụng trong phạm vi của đề tài này cũng là các ảnh đƣợc biểu diễn theo mô hình Raster. Khi xử lý các ảnh Raster chúng ta có thể quan tâm đến mối quan hệ trong vùng lân cận của các điểm ảnh. Các điểm ảnh có thể xếp hàng trên một lƣới (raster) hình vuông, lƣới hình lục giác hoặc theo một cách hoàn toàn ngẫu nhiên với nhau. . . . . . . . . . . . ● ● ● . . . ● . . . ● ○ ● . . ● ○ ● . . ● ● ● . . . ● . . . . . . . . . . . . 8 láng giềng 4 láng giềng Hình 1.3 Quan hệ trong vùng lân cận giữa các điểm ảnh. 9
  10. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Cách sắp xếp theo hình vuông là đƣợc quan tâm đến nhiều nhất và có hai loại: điểm 4 láng giềng (4 liền kề) hoặc 8 láng giềng (8 liền kề). Với điểm 4 láng giềng, một điểm ảnh I(i, j) sẽ có điểm kế cận theo 2 hƣớng i và j; trong khi đó với điểm 8 láng giềng, điểm ảnh I(i, j) sẽ có 4 điểm kế cận theo 2 hƣớng i, j và 4 điểm kế cận theo hƣớng chéo 45o (Hình 1.3). 1.1.3 Ảnh xám Ảnh xám là ảnh chỉ có các màu sắc độ xám. Thực chất màu xám là màu có các thành phần R,G,B trong hệ thống màu RGB có cùng cƣờng độ. Tƣơng ứng với mỗi điểm ảnh sẽ có một mức xám xác định. Ảnh có nhiều mức xám đƣợc gọi là ảnh đa cấp xám, ảnh chỉ có hai mức xám 0 và 1 đƣợc gọi là ảnh nhị phân. Mức xám là kết quả sự mã hóa tƣơng ứng một cƣờng độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của quá trình lƣợng tử hóa. Cách mã hóa kinh điển thƣờng dùng 16, 32 hay 64 mức. Mã hóa 256 mức là phổ dụng nhất vì lý do kỹ thuật. Vì 28=256 (0 255) nên với 256 mức mỗi pixel sẽ đƣợc mã hóa bởi 8 bit. Lược đồ mức xám (Histogram) hay còn gọi là lƣợc đồ xám của một ảnh là một hàm cung cấp tần suất xuất hiện của mỗi mức xám (Grey level ). Lƣợc đồ xám của một ảnh số có các mức xám trong khoảng [0, L-1] là một hàm rời rạc p(rk)=nk /n. Trong đó nk là số pixel có mức xám thứ rk , n là tổng số pixel của ảnh và k =1,2,3 ,L-1. Do đó p(rk) cho một xấp xỉ xác suất xảy ra mức xám rk . Vẽ hàm này với tất cả các giá trị của k sẽ biểu diễn khái quát sự xuất hiện các mức xám của một ảnh. Chúng ta cũng có thể thể hiện lƣợc đồ mức xám của ảnh thông qua tần suất xuất hiện mỗi mức xám qua hệ tọa độ vuông góc Oxy. Trong đó, trục hoành biểu diễn số mức xám từ 0 đến N (số bit của ảnh xám). Trục tung biểu diễn số pixel của mỗi mức xám. Theo định nghĩa của lƣợc đồ xám, việc xây dựng nó là khá đơn giản. Thuật toán xây dựng lƣợc đồ xám có thể đƣợc mô tả nhƣ sau: 10
  11. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Bắt đầu H là bảng chứa lược đồ xám ( là véc tơ có N phần tử ) Khởi tạo bảng: Đặt tất cả các phần tử của bảng bằng 0 Tạo bảng: Với mỗi điểm ảnh I(x,y) tính H[I(x,y)]= H[I(x,y)]+1 Tính giá trị max của bảng H. Sau đó hiển bảng trong khoảng từ 0 đến Max. Kết thúc Hình 1.4 Ví dụ về lược đồ xám Lƣợc đồ xám cung cấp rất nhiều thông tin về phân bố mức xám của ảnh. Theo thuật ngữ của xử lý ảnh gọi là tính động của ảnh. Tính động cho phép phân tích trong khoảng nào đó phân bố phần lớn các mức xám của ảnh: ảnh rất xám hay rất đậm. Nếu ảnh sáng, lƣợc đồ xám nằm bên phải (mức xám cao), còn ảnh đậm thì lƣợc đồ xám nằm bên trái (mức xám thấp). Từ lƣợc đồ xám ta có thể suy diễn ra các tính chất quan trọng của ảnh nhƣ giá trị xám trung bình hoặc độ tản mạn. Qua cách tác động lên điểm ảnh, sự phân bố của biểu đồ cột đƣợc thay đổi theo mục đích. Dựa vào lƣợc đồ xám chúng ta có thể xác định đƣợc ngƣỡng thích hợp cho quá trình phân đoạn hoặc tính đƣợc các đại lƣợng đặc trƣng của một ảnh. 11
  12. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Trong hầu hết quá trình xử lý ảnh, chúng ta chủ yếu chỉ quan tâm đến cấu trúc của ảnh và bỏ qua ảnh hƣởng của yếu tố màu sắc. Do đó bƣớc chuyển từ ảnh màu thành ảnh xám là một công đoạn phổ biến trong các quá trình xử lý ảnh vì nó làm tăng tốc độ xử lý là giảm mức độ phức tạp của các thuật toán trên ảnh. Chúng ta có công thức chuyển các thông số giá trị màu của một pixel thành mức xám tƣơng ứng nhƣ sau: G = α.CR + β.CG + δ.CB Trong đó các giá trị CR,CG và CB lần lƣợt là các mức độ màu đỏ, xanh lá và xanh biển của pixel màu. Các hệ số α, β, và δ là các giá trị thay đổi tùy thuộc hệ màu. 1.1.4 Biến đổi ảnh Thuật ngữ biến đổi ảnh thƣờng đƣợc dùng để nói tới một lớp các ma trận đơn vị và các kỹ thuật dùng để biến đổi ảnh. Cũng nhƣ các tín hiệu một chiều đƣợc biểu diễn bởi mộc chuỗi các hàm cơ sở, ảnh cũng có thể đƣợc biểu diễn dƣới một chuỗi rời rác các ma trận cơ sở gọi là ảnh cơ sở. Phƣơng trình ảnh cơ sở có dạng: T A*k,l=akal* Với ak là cột thứ k của ma trận A. A là ma trận đơn vị. Có nghĩa là T AA* =1. Các A*k,l đƣợc định nghĩa ở trên với k, l=0, 1, 2 , N-1 là ảnh cơ sở. Có nhiều loại biến đổi đƣợc dùng nhƣ : - Biến đổi Fourier, Sin, Cosin, Hadamard - Tích Kronecker. - Biến đổi KL(Krhumen loeve). Do phải xử lý nhiều thông tin, các phép toán nhân và cộng trong khai triển là quá lớn. Do vậy các phép biến đổi trên nhằm làm giảm thứ nguyên của ảnh để việc xử lý ả nh đƣợc hiệu quả hơn. 12
  13. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh 1.2 Ghép ảnh và ảnh Panorama 1.2.1. Kỹ thuật ghép ảnh Thuật toán ghép ảnh dựa trên kỹ thuật morphing Morphing là một kỹ thuật xử lý ảnh đƣợc sử dụng để thay đổi từ một ảnh này sang ảnh khác. Ý tƣởng đó là đƣa ra một chuỗi những ảnh trung gian, những ảnh trung gian này lần lƣợt theo thứ tự đều có những thay đổi nhỏ so với ảnh trƣớc nó. Phƣơng pháp đơn giản nhất của việc chuyển một ảnh này sang một ảnh khác là trộn hình ảnh chéo nhau giữa chúng. Điều này không làm ảnh hƣởng nhiều đến việc đƣa ra sự thay đổi thực tế. Với phƣơng pháp này, sự chuyển đổi sẽ không cho kết quả tốt nếu giữa 2 ảnh không có cùng hình dạng xấp xỉ. Ví dụ: Hình 1.5 Ví dụ về sử dụng kỹ thuật morphing trong ghép ảnh 13
  14. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Sau đây là một thuật toán đơn giản để thực hiện việc trộn 2 ảnh với nhau: Giả sử ta sẽ thực hiện việc biến đổi ảnh từ một hình đƣợc biểu diẽn bởi tập điểm {Ai}. Hình đƣợc chuyển tới (hình đích) đƣợc thể hiện bởi tập điểm {Bi}. Trong quá trình biến đổi từ A->B sẽ đi qua hình trung gian đƣợc thể hiện bởi tập điểm {Pi}. Cách tính Pi: P[i].x = (1 - t) * A[i].x + t * B[i].x; P[i].y = (1 - t) * A[i].y + t * B[i].y; Trong đó, t là độ biến đổi giữa các hình (0 < t< 1); Để thực hiện việc biến đổi hình, ta chỉ việc thực hiện các phép tính toạ độ trên để tính r các hình trung gian Pi. Chú ý rằng {Ai} và {Bi} phải có cùng số điểm. Nhƣ vậy để ghép 2 ảnh với nhau, trƣớc hết ta chọn vùng cần ghép. Tiếp đến ta thực hiện trộn 2 vùng ảnh tƣơng đồng với nhau theo kỹ thuật morphing. Thuật toán ghép ảnh dựa trên kỹ thuật nắn chỉnh học Trong thực tế khi thu nhận ảnh đối với các đối tƣợng có kích thƣớc lớn, ngƣời ta thƣờng phải tiến hành thu nhận từng phần. Việc thu nhận từng phần sẽ gây ra sự biến dạng hình học của đối đối tƣợng. Hơn nữa, góc độ ánh sáng khi nhận ảnh ở các vị trí khác nhau sẽ cho ta hiệu ứng ánh sáng thu nhận trên ảnh là khác nhau. Thực tế ta vẫn thấy bìa các quyển sách có thể hiện 2 hình ảnh ghép chụp ở các lần lần khác nhau sẽ có sắc màu khác nhau. Trong hình 1.6 là minh họa về sự biến dạng hình của các ảnh của cùng một đối tƣợng với góc độ chụp khác nhau. 14
  15. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 1.6 Sự biến dạng hình học giữa 2 ảnh Việc khắc phục sai lệch về hình dạng, thƣờng do nguyên nhân bởi các thiết bị điện tử và quang học. Để khắc phục ngƣời ta thƣờng sử dụng các kỹ thuật nắn chỉnh, thông qua các phép chiếu bởi các điểm điều khiển. Để giải quyết vấn đề này ta dựa trên 2 tập điểm điểu khiển P(Pi) và P’(P’i). Từ 2 tập điểm điều khiển này xây dựng một hàm ánh xạ từ tập P sang tập P’ : f : P f (P ) i i f (Pi ) Với điều kiện khoảng cách từ điểm Pi tới điểm đạt đến min. Tức là: n 2 Pi ' f (Pi ) min i 1 Với điều kiện này ta xây dựng đƣợc hàm f . Dựa vào hàm ta tiến hành nắn chỉnh một trong 2 bức ảnh sao cho phù hợp với ảnh còn lại. Sau đó tiến hành ghép 2 ảnh sau khi đƣợc nắn chỉnh. Thuật toán ghép ảnh dựa vào kỹ thuật nắn chỉnh hình học bước cơ bản sau: Bước 1: Xây dựng các cặp điểm đặc trƣng. 15
  16. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Gieo n điểm đặc trƣng P lên ảnh Second để xác định vùng ảnh ghép,sau đó gieo n điểm đặc trƣng P‟ lên ảnh Primary.Các điểm đặc trƣng nằm trên các vị trí cần ghép của 2 đối tƣợng ảnh. Mỗi điểm đặc trƣng Pi trong ảnh Primary image tƣơng ứng với điểm đặc trƣng p‟i P= {p1,p2,, ,pn} P’={p’1,p’2, ,p’n} Bƣớc 2: Xây dựng thuật toán nắn chỉnh dựa vào các cặp điểm đặc trƣng Nắn chỉnh ảnh second Image dựa trên các cặp điểm đặc trƣng, mỗi cặp điểm đặc trƣng gồm có: một điểm thuộc ảnh Primary image và một điểm thuộc ảnh Second image. Các điểm không phải điểm đặc trƣng sẽ đƣợc ánh xạ dựa vào các điểm đặc trƣng. Từ các cặp điểm đặc trƣng (pi,p’i) với 0 Giả sử ƒ có biến đổi tuyến tính ƒ(x,y)=(a1x+b1y+c1,a2x+b2y+c2), từ biểu thức ta có thể tính đƣợc các hệ số a1, b1 ,c1, a2, b2, c2. Sau đó lần lƣợt thực hiện ánh xạ một điểm ảnh M(x,y) thuộc ảnh Primary thành điểm ƒ(M) bằng cách gán giá trị màu của M cho ƒ(M). Nhƣ vậy từ một ảnh second qua phép ánh xạ hàm ƒ sẽ thu đƣợc ảnh mới tƣơng thích với ảnh second. Bƣớc 3: Thuật toán ghép ảnh Thuật toán ghép dựa vào các điểm đặc trƣng 16
  17. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 1.7 Các điểm điều khiển Ban đầu chia tập các điểm đặc trƣng ra thành hai vùng, phân cách nhau bởi hai điểm Top và Bottom. Với một điểm M(x,y) thuộc vùng ảnh xác định đƣợc 2 điểm đặc trƣng (pi ,pi+1) sao cho yi<y<yi+1, xác định điểm đƣợc một điểm I(xi , yi) là giao điểm của đoạn thẳng đi qua M và song song với trục OX với đoạn thẳng pipi+1. Hình 1.8Xác định 2 điểm đặc trưng Khi đó so sách giá trị hoành độ của M và I, nếu x<xi thì M thuộc vùng ảnh 1, ngƣợc lại M thuộc vùng ảnh 2. Trƣờng hợp có cặp điểm đặc trƣng thuộc vùng ành 2 thì duyệt ngƣợc lại. Quét các điểm M thuộc ảnh đích, nếu M thuộc ảnh 1 thì gán giá trị màu của ảnh 1 cho M, ngƣợc lại gán giá trị màu của ảnh 2 cho M. Quá trình lặp lại khi duyệt hết các điểm ảnh thuộc ảnh đích ta sẽ thu đƣợc ảnh đích. 17
  18. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Kỹ thuật này sẽ đƣợc phân tích rõ hơn trong chƣơng sau. Một kỹ thuật nắn chỉnh hình học đơn giản cho 2 ảnh bị xoay tịnh tiến và kích thước ảnh bị co hay nở ra: Trích chọn 2 tập điểm đặc trƣng, mỗi tập điểm đặc trƣng chỉ gồm 2 điểm. 2 điểm trên mỗi ảnh sẽ tạo thành 1 vecto trong không gian 2 chiều. Từ đó ta sẽ xác định đƣợc góc quay của vecto( n1 ) so với vecto( n2 ), cũng nhƣ là xác định đƣợc góc xoay của ảnh (α). Từ đó ta tiến hành xoay ảnh theo góc α. Nhƣ vậy ta đã giải quyết đƣợc trƣờng hợp ảnh bị xoay tịnh tiến: Ta có cách tính điểm ảnh I‟(x‟, y‟) mới của điểm ảnh I(x, y) qua phép quay góc α: x' = x× cos(α) - y ×sin(α) y' = y×cos(α) + x× sin(α) Để xoay một bức ảnh ta lần lƣợt xoay từng điểm ảnh, sau đó gán giá trị màu theo từng điểm ảnh tƣơng ứng. Tuy nhiên trong quá trình quay ảnh, tọa độ chúng ta lấy có giá trị nguyên vì vậy không tránh khỏi việc ảnh bị mất thông tin, tức là có một số điểm ảnh bị mất đi trở thành những điểm trắng (hiện tƣợng lỗ). Để giải quyết vấn đề này chúng ta sử dụng một phƣơng pháp nhƣ sau : Từ một điểm của ảnh kết quả, suy ngƣợc lại từ ảnh gốc để lấy giá trị màu cần thiết. Với phƣơng pháp này tất cả các điểm trên ảnh kết quả đều đƣợc gán giá trị màu của một điểm tƣơng ứng (hay ít nhất cũng là điểm lân cận của điểm đó) ở ảnh gốc vì vậy sẽ không có hiện tƣợng „lỗ‟ nhƣ trên. x = x’× cos(α) + y’× sin(α) y = y’× cos(α) - x’× sin(α) Sau khi xoay ảnh, dựa vào 2 vectơ chúng ta tính đƣợc độ co giản của ảnh n n này so với ảnh khác: d= 1 - 2 . 18
  19. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Nếu d 0: tiến hành co ảnh. Ta có công thức đơn giản cho việc co (giản ) ảnh nhƣ sau: Gọi w là tỷ lệ co (giản) theo chiều rộng của ảnh 2 so với ảnh 1. h là tỷ lệ co (giản) theo chiều cao của ảnh 2 so với ảnh 1. Tọa độ mới của điểm I(i,j) của ảnh 1 đƣợc tính theo công thức sau: i‟ = (int)(i ÷ w); j‟ = (int)(j ÷ h); 1.2.2 Ảnh panorama Khái niệm Thuật ngữ panorama xuất hiện trƣớc khi có chúng ta có máy ảnh panorama. Nguyên gốc của từ panorama đƣợc xác định là do họa sĩ ngƣời lreland - Robert Baker dùng để mô tả những bức tranh diện rộng ở Edinburgh (Đức). Những bức tranh panorama này từng đƣợc triển lãm tại London vào năm 1792. Bề mặt của những bức tranh dạng panorama đƣợc cuốn trong một ống hình trụ và ngƣời ta kéo ra từ từ để bức tranh đƣợc dần hiển thị. Năm 1881, họa sĩ ngƣời Hà Lan Hendrik Willem Mesdag đã tạo nên trƣờng phái Panorama Mesdag với những ống hình trụ cuộn các bức tranh toàn cảnh với kích cỡ khổng lồ, cao 14m và dài có thể từ 40 -120 m. Thế kỷ XIX, có hai bức tranh panorama đƣợc coi là lớn nhất nhì thời kỳ này, đó là tranh mô tả trận chiến tại Atlanta với chiều cao gần 13m, dài 110m. Bức tranh đƣợc xác định lớn nhất là ở Wroclaw (Ba Lan) với kích cỡ 15m x 120m. Thế rồi, với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngƣời ta đã sáng tạo ra máy ảnh panorama. Nếu máy ảnh thƣờng chỉ có thể chụp ảnh với một góc 90 độ thì máy panorama có thể chụp với một góc 175 độ, 180 độ hoặc 360 độ. Trƣớc một 19
  20. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh không gian rộng lớn, máy ảnh thƣờng bất lực trong việc ghi lại hình ảnh ở 1 góc rộng, nhƣng máy panorama lại phát huy đƣợc tác dụng của nó. Máy panorama thừơng đƣợc chụp bằng film phim dƣơng bản( còn gọi là film Slide). Chụp xong bạn có thể xem phim là biết đƣợc ảnh sẽ đƣợc in ra nhƣ thế nào. Chính vì góc ảnh của panorama rộng nên máy không có ống kính dài nhƣ máy thƣờng. Ống kính của máy panorama hình vòng cung. Khi chụp ống kính sẽ quét từ trái sang phải , nên chúng ta phải sử dụng chân máy khi sử dụng. Ảnh chụp panorama sẽ cho chúng ta những tấm ảnh với góc rộng lý tƣởng. Hiệu quả nhất là ở thể loại ảnh Phong cảnh và Kiến trúc. Ảnh panorama là ảnh được ghép từ những ảnh số chụp từng phần của một phong cảnh (những ảnh này có phần gối nhau)lại thành một ảnh toàn cảnh hoàn chỉnh. Ta có thể hiểu một cách đơn giản Panorama là chế độ chụp ảnh khổ rộng bằng cách chụp nhiều tấm ảnh 4:3 liên tiếp, với thông tin của tấm ảnh trƣớc đƣợc thể hiện một phần trong tấm ảnh sau, nhằm hỗ trợ ngƣời dùng. Sau đó với sự trợ giúp của phần mềm xử lý ảnh thì ta sẽ có đƣợc 1 tấm ảnh khổ rộng. Hay nói một cách tổng quát panorama là một cách nhìn rộng của một vật chất trong không gian. Nó cho phép biểu thị một góc nhìn rộng của các bức tranh, bản vẽ đồ họa, nghệ thuật nhiếp ảnh, phim hoặc video, hay mô hình 3 chiều. Ta hãy xem ví dụ sau: 20
  21. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình1.9 Panorama Đây là một bức ảnh đƣợc ghép từ 14 bức ảnh khác nhau. Mỗi bức ảnh đƣợc chụp ở mỗi góc độ khác nhau. Có 4 kiểu ảnh panorama 1 - ảnh phẳng flat). Nhƣợc điểm là không giống thật nếu làm ảnh góc rộng. Cái ảnh chụp 360 độ mà trải thẳng ra thì không tƣởng tƣợng ra chụp ở vị trí nào, cảnh ra sao. Ví dụ: con đƣờng thẳng tắp, nhìn vào nhƣ đƣờng conic 2- ảnh trụ (cylinder): Chụp một vòng 360 độ để tạo ra panorama (tạm gọi là pano360), dán nó vào mặt hình trụ. Giả sử con mắt ở trục hình trụ, nhìn vào ảnh dán lên mặt hình trụ giống ta đứng và xoay một vòng ngắm cảnh. 21
  22. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh 3- ảnh cầu (sphere): Ảnh đƣợc phủ lên khắp quả cầu tròn, tuyệt vời luôn, khi xem giống bạn đứng ở tâm điểm nhìn khắp xung quanh, lên trời, và cả xuống chân nữa chứ. Ảnh cầu có thể không phủ kín mặt cầu. Bạn tạo một pano360, sau đấy dán theo giao của hình cầu và mặt cắt qua tâm (nhƣ dán lên đƣờng xích đạo ý). Nhìn qua tƣởng giống kiểu 2, nhƣng thực ra khác, vì đƣờng sinh mặt trụ thẳng, còn mặt cầu cong. Đặc biệt nếu ảnh cao, hay chụp multi-row, sphere xem sẽ thật hơn cylinder. 4- ảnh hộp (cube): Ảnh đƣợc trải lên một hình hộp. Nhìn có vẻ méo mó so với ảnh cầu. Nhƣng thích hợp ví dụ cho: diễn tả lại đứng giữa phòng, ngắm một căn phòng hình hộp. Mặt phẳng chiếu khi ghép ảnh: Hồi xƣa ta nói các ảnh biến thành các mảnh ốp lên mặt cầu cho dễ hình dung. Thực tế thì các ảnh biến thành các mảnh ốp lên mặt phẳng chiếu. Ảnh này biến lên mặt phẳng chiếu sẽ nằm đối xứng quanh gốc O. Vì các ảnh chồng lên nhau nhƣ một mạng lƣới nên Yaw/Pitch/Roll của các ảnh khác đƣợc xác định. 22
  23. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 1.10 Mặt phẳng chiếu khi ghép ảnh (minh họa) và Mặt phẳng chiếu khi thể hiện ảnh. Mặt phẳng chiếu khi thể hiện ảnh: Xác định vị trí xong rồi, ghép các ảnh lại có ảnh panorama. Tóm lại, tùy phép chiếu và kích thƣớc ảnh panorama, phần mềm khôn khéo chọn một mặt phẳng chiếu nào đó để thể hiện ảnh.Mặt phẳng chiếu khi chiếu ảnh: Là mặt phẳng chiếu cho ra sản phẩm cuối cùng. Có ảnh trên mặt phẳng chiếu khi thể hiện ảnh rồi, bạn chọn phép chiếu tùy thích, chọn mặt phẳng chiếu tùy thích để ra sản phẩm. Cho ngắn gọn, gọi mặt phẳng chiếu khi chiếu ảnh (thể hiện ảnh) là MẶT PHẲNG 2 (MẶT PHẲNG 1) và hệ lat/lon ứng với nó là HỆ 2 (HỆ 1). Các bƣớc trong ghép ảnh panorama Cơ sở lý thuyết Nhƣ chúng ta đã biết hình ảnh mà chúng ta nhìn thấy trong thế giới thực là hình ảnh 3 chiều. Hiện nay các thiết bị thu nhận ảnh từ thế giới thực đều cho hình ảnh dƣới dạng 2 chiều. Một số khái niệm: Nodal point: Mỗi bức ảnh tƣơng ứng với một phần của mặt cầu có tâm tại nodal point. Xét hai bức ảnh có cùng nodal point. Hai bức ảnh ứng với hai phần 23
  24. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh khác nhau của cùng một mặt cầu. Nếu một điểm xuất hiện trong cả hai bức ảnh thì nó tƣơng ứng với cùng một điểm trên mặt cầu. Khi đó nếu biến 2 bức ảnh thành 2 miếng ốp lên mặt cầu thì nó sẽ chồng lên nhau tại những điểm xuất hiện trên cả 2 ảnh, vậy là vừa khít. Hình 1.11 Ví dụ về nodal point VD: máy ảnh với nodal point cố định tại O. Ảnh 1 chụp AB, ảnh 2 chụp CD. AB ứng A’B’ và CD ứng C’D’. CB là đoạn chung của 2 vật thì C’D’ cũng là đoạn chung của A’B’ và C’D’.(hình 1.11) Parallax: Nodal point nằm ở 2 vị trí khác nhau thì có hai hình cầu khác nhau. Sẽ có những điểm của thế giới 3D nằm trên mặt cầu này mà không nằm trên mặt cầu kia và ngƣợc lại. Có những đối tƣợng nằm trên cả 2 mặt cầu nhƣng dạng hình học của chúng trên 2 mặt cầu lại khác nhau. Đây là hiện tƣợng parallax. 24
  25. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 1.12 Mô tả hiện tượng parallax VD: AB không xuất hiện trên mặt cầu tâm O2, CD không xuất hiện trên mặt cầu tâm O1. BC cùng xuất hiện trên 2 mặt cầu nhƣng dạng hình học của B1C1 và B2C2 khác nhau.(hình 1.12) Từ đây ta thấy việc tạo ảnh panorama chung quy có bốn bước: - Biến đổi hình học: Biến các bức ảnh thành các miếng tƣơng ứng trên mặt cầu để ta có thể chồng khít chúng lên nhau.(Sử dụng các phép biến đổi khác nhau để biến đổi hình dạng các bức ảnh sao cho co thể chồng khít chúng lên nhau). - Các thuật toán so mẫu tìm các điểm giống nhau để chồng khít các bức ảnh (tìm control point). - Trộn (blending): Dán các mảnh lại sao cho sự chuyển đổi mầu sắc và ánh sáng ở các mối ghép phù hợp với nhau (nếu màu sắc giữa các ảnh không phù hợp thì có thể sử dụng các phƣơng pháp thay đổi mức xám sao cho phù hợp). - Đƣa ra sản phẩm: Chiếu bức ảnh từ mặt cầu sang mặt phẳng theo các cách khác nhau (nhƣ làm bản đồ) thì đƣợc các bức ảnh panorama khác nhau. 25
  26. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Chƣơng 2: GHÉP ẢNH DỰA TRÊN KỸ THUẬT NẮN CHỈNH HÌNH HỌC 2.1 Một số vấn đề của bài toán 2.1.1 Xác định các cặp điểm đặc trƣng Từ hai ảnh đầu vào ta xác định tập các điểm điều khiển tƣơng ứng trên mỗi vị trí cần ghép bằng cách đánh dấu chúng lại.Ta gọi các điểm này là các điểm đặc trƣng , chúng chia ra làm hai tập điểm đặc trƣng P={ P1,P2, ,Pn} đƣợc xác định trên ảnh thứ nhất. P‟={P‟1,P‟2, ,P‟n} đƣợc xác định trên ảnh thứ hai. ảnh 1 ảnh 2 Hình 2.1 Ví dụ về hai tập điểm đặc trưng 2.1.2 Xác định ảnh cần nắn chỉnh Dựa trên các điểm đặc trƣng ta xác định đƣợc độ biến dạng của một trong hai ảnh so với ảnh còn lại, ảnh này bị biến dạng theo nhiều chiều hƣớng khác nhau: Có thể bị tịnh tiến, co, giãn, méo mó theo một tỷ lệ nào đó. Công việc cần làm là cần biến đổi và hiệu chỉnh sao cho khắc phục đƣợc độ biến dạng này đến mức tối thiểu. Do sự biến dạng này xảy ra ở một trong hai ảnh nên có thể chọn ảnh thứ nhất làm ảnh bị biến dạng và thực hiện nắn chỉnh qua ảnh này. 26
  27. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh 2.2 Nắn chỉnh hình dạng bức ảnh Mục đích của quá trình nắn chỉnh là chuyển đổi các ảnh quét đang ở toạ độ hàng cột của các pixel về toạ độ trắc địa (toạ độ thực - hệ toạ độ địa lý hoặc toạ độ phẳng. 2.2.1 Sơ đồ thuật toán ghép ảnh dựa trên nắn chỉnh hình học 2 ảnh đầu Xác định tập Xây dựng vào các điểm hàm điều khiển biến đổi f Biến đổi Chồng 2 ảnh ảnh dựa trên hàm f Hình 2.2 Sơ đồ thuận toán ghép ảnh dựa trên nắn chỉnh hình học Như ta đã đề cập đến ở chương 1, để nắm chỉnh hình dạng của ảnh, chúng ta sử dụng các điểm điều khiển để xây dựng hàm f . 2.2.2 Xây dựng thuật toán nắn chỉnh dựa vào các cặp điểm đặc trƣng Nắn chỉnh ảnh thứ hai dựa trên các cặp điểm đặc trƣng, mỗi cặp điểm đặc trƣng gồm có: một điểm thuộc ảnh thứ nhất và một điểm thuộc ảnh thứ hai. Các điểm không phải điểm đặc trƣng sẽ đƣợc ánh xạ dựa vào các điểm đặc trƣng. P Từ hai tập điểm điều khiển này xây dựng một hàm f ánh xạ một điểm i P ' thành điểm i qua hàm ƒ. Hàm ƒ có dạng: f : P f (P ) i i (2.1) 27
  28. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh P ' f (P) Sao cho thỏa mãn khoảng cách t điểm i đến điểm i là nhỏ nhất. Hay n 2 Pi ' f (Pi ) min i 1 (2.2) Để giải quyết bài toán này giả sử ảnh thu nhận bị xoay tịnh tiến ta có phép biến đổi tuyến tính bậc nhất: f (x, y) (a x b y c ,a x b y c ) 1 1 1 2 2 2 (2.3) Đặt n n 2 ' 2 ' 2 Pi ' f (Pi ) a1xi b1 yi c1 xi a2 x2 b2 y2 c2 yi = i 1 i 1 Để min n ' 0 (a1 xi b1 yi c1 xi )xi 0 i 1 a1 n ' 0 (a1 xi b1 yi c1 xi ) yi 0 b1 i 1 n 0 (a x b y c x' ) 0 c 1 i 1 i 1 i 1 i 1 n n n n 2 ' a1 xi xi yi xi xi xi i 1 i 1 i 1 i 1 n n n n 2 ' xi yi yi yi b1 xi yi i 1 i 1 i 1 i 1 n n n ' xi yi n xi c1 i 1 i 1 i 1 (2.4) Đặt n n n M1 n (xi yi ) xi yi i 1 i 1 i 1 n n 2 2 M 2 n yi ( yi ) i 1 i 1 n n n M 3 n (x'i yi ) x'i yi i 1 i 1 i 1 28
  29. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh n n 2 2 N1 n xi ( xi ) i 1 i 1 n n n N 2 n (xi yi ) xi yi i 1 i 1 i 1 n n n N3 n (xi x'i ) xi x'i i 1 i 1 i 1 Giải hệ phƣơng trình (2.4) với các biến số a1, b1, c1 ta đƣợc : M N M N a 3 2 2 3 1 M N M N 1 2 2 1 N M N M b 3 1 1 3 1 M N M N 1 2 2 1 n n n x'i a1 xi b1 yi i 1 i 1 i 1 c1 n Tính toán tƣơng tự ta tìm đƣợc a2 ,b2 ,c2 . Xác định đƣợc hàm kết quả ƒ. 2.2.3. Biến đổi hình dạng bức ảnh dựa trên hàm biến đổi f Sau khi xác định đƣợc hàm ƒ ,thực hiện phép ánh xạ với mỗi điểm ảnh I(i,j) xác đƣợc một điểm ảnh I‟(i‟,j‟) ở ảnh đích qua hàm ƒ : j' j a1 i b1 c1 i' j a i b c 2 2 2 (2.5) Gán giá trị màu của điểm ảnh I(i,j) cho I‟(i‟,j‟). Lần lƣợt thực hiện phép ánh xạ với các điểm ảnh còn lại thuộc ảnh thứ nhất ta sẽ thu đƣợc ảnh mới tƣơng ứng . Ví dụ: 29
  30. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 2.3 Ghép ảnh sau khi nắn chỉnh 2.3 .Ghép ảnh sau khi nắn chỉnh Phần chung (phần giao nhau) đƣợc xác định dựa trên một hình chữ nhật bao các điểm đặc trƣng bởi các điểm left, top, right và bottom. Chia phần chung ra làm 2 phần I và II đƣợc xác định bởi hai điểm top và bottom. Hình 2.4 Xác định phần chung của hai ảnh 30
  31. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Với một điểm M(x,y) thuộc vùng ảnh (I) xác định đƣợc 2 điểm đặc trƣng (pi,pi+1) sao cho yi< y< yi+1 , xác định đƣợc một điểm I(xi,yi) là giao điểm của đoạn thẳng đi qua M và song song với trục OX với đoạn thẳng PiPi+1. Hình 2.5 Tìm điểm chung Khi đó so sách giá trị hoành độ của M và I, nếu x < xi thì M thuộc ảnh 1, ngƣợc lại M thuộc ảnh 2. Trƣờng hợp có cặp điểm đặc trƣng thuộc vùng ảnh 2 thì duyệt ngƣợc lại. Duyệt các điểm M thuộc ảnh đích, nếu M thuộc ảnh 1 thì gán giá trị màu của ảnh 1 cho M, ngƣợc lại gán giá trị màu của ảnh 2 cho M. Quá trình lặp lại khi duyệt hết các điểm ảnh thuộc phần chung nhau của 2 ảnh.Ta sẽ thu đƣợc ảnh ghép nhƣ mong muốn. 31
  32. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1. Giới thiệu chƣơng trình Chƣơng trình ứng dụng kỹ thuật ghép ảnh minh họa cho các kết quả nghiên cứu của đề tài, nó đƣợc cài đặt bằng ngôn ngữ Visual C++ 6.0 và chạy trên môi trƣờng Window. Đầu vào của chƣơng trình là các file ảnh pcx định dạng 256 màu. Hình 3.1 Giao diện chương trình chính 3.2. Các chức năng của chƣơng trình Các nhóm chức năng chính: -Nhóm chức năng File gồm các chức năng : a.Mở file (Open ):Nhóm chức năng này gồm hai chức năng :mở ảnh thứ nhất và ảnh thứ 2 để làm việc. b.Đóng file :Đóng các file ảnh đang làm việc . 32
  33. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh c.Lƣu file : Lƣu file ảnh kết quả sau khi xử lý. -Nhóm chức ghép ảnh gồm các chức năng : a.Kích hoạt điểm điều khiển :tạo các điểm điều khiển trên các vị trí cần ghép trên 2 ảnh b. Ghép ảnh theo phƣơng pháp đơn giản c. Ghép ảnh theo phƣơng pháp theo ngƣỡng e.Chồng ảnh. -Nhóm chức năng nắn chỉnh có : Nắn chỉnh hình học MỘT SỐ KẾT QUẢ MINH HỌA TRONG PHẦN MỀM SMImage 33
  34. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 3.2 Chồng ảnh 34
  35. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 3.3 Nắn chỉnh hình học 35
  36. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình3.4 Ghép ảnh đơn giản 36
  37. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Hình 3.5 Ghép theo ngưỡng 37
  38. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh KẾT LUẬN Ngày nay với tốc độ phát triển của ngành công nghiệp giải trí, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của nghề nhiếp ảnh, các nhiếp ảnh gia luôn mong muốn qua tấm ảnh của mình để quảng bá về đất nƣớc hay phong cảnh của một địa điểm đẹp nào đấy. Với công nghệ ngày nay, đã có rất nhiều loại máy ảnh cho phép chụp ảnh toàn cảnh ra đời và cũng có rất nhiều phần mềm ghép ảnh chuyên nghiệp. Song nó đòi hỏi nhiếp ảnh gia phải có “tay nghề” tốt: Khi chụp ảnh trục của máy ảnh trên thân máy phải cố định, có nghĩa là ngƣời chụp sẽ phải tự xoay xung quanh máy ảnh để chụp các góc khác nhau; Các thông số kỹ thuật từ tiêu cự F, tốc độ chụp phải giống nhau trong tất cả các kiểu ảnh chụp; Nếu dùng ống kính góc quá rộng sẽ gây ra lỗi méo mó hình ảnh; Ảnh chụp thƣờng là trong cùng một thời gian để không bị sai lệch lớn về độ sáng của ảnh thì mới tạo ra đƣợc những bức ảnh ƣng ý. Nghiên cứu kỹ thuật ghép ảnh mở ra hƣớng phát triển mới trong công nghệ thu nhận ảnh, việc thu nhận ảnh của các đối tƣợng có kích thƣớc lớn thƣờng đƣợc thực hiện bởi nhiều phần, công việc tiếp theo sau khi thu nhận ảnh là cần ghép các phần ảnh này lại với nhau để thu đƣợc ảnh kết quả. Mặt khác các ảnh khi thu nhận thƣờng bị biến dạng không giống nhau do rất nhiều nguyên nhân: Do góc độ thu nhận khác nhau, thời gian thu nhận khác nhau, thiết bị thu nhận không tốt. Báo cáo nghiên cứu một số kỹ thuật ghép ảnh: Kỹ thuật morphing, kỹ thuật nắn chỉnh hình học và biến đổi mức xám sẽ giải quyết đƣợc những sai lệch những thông tin biến dạng của ảnh. Đặc biệt báo cáo tập trung nghiên cứu sâu vào phƣơng pháp ghép ảnh dựa trên kỹ thuật nắn chỉnh hình học. Kỹ thuật nắn chỉnh hình bao gồm các phần chính sau: - Nắn chỉnh hình học. 38
  39. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh - Chồng ảnh. - Ghép ảnh. Hai kỹ thuật đều đƣợc cài đặt trong phần mềm merIMAGE. Mặc dù đã có những kết quảchƣa tốt đối với mục tiêu đề tài đặt ra. Nhƣng do hạn chế về mặt thời gian thực hiện đề tài và đề tài tƣơng đối rộng nên còn nhiều khía cạnh mà đề tài chƣa thực hiện đƣợc. Vì thế hƣớng phát triển tiếp theo của đề tài còn rất mở, có thể nêu ra một số vấn đề lớn nhƣ sau: Tìm hiểu một số phƣơng pháp ghép ảnh trên những phần tƣơng ứng của các đối tƣợng khác nhau dựa trên kỹ thuật nắn chỉnh hình học và biến đổi mức xám. Tìm hiểu phƣơng pháp ghép ảnh tự động dựa trên phƣơng pháp morphing và phƣơng pháp nắn chỉnh hình học. 39
  40. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Tài liệu tham khảo Tiếng việt [1] Bài giảng Xử lý ảnh, Đỗ Năng Toàn, Viện công nghệ thông tin Quốc Gia [2] Nhập môn Xử lý ảnh số, Lƣơng Mạnh Bá - Nguyễn Thanh Thuỷ, 1999 [3] Xử lý ảnh – (Trích dịch) Two-dimensional SIGNAL and IMAGE PROCESSING, jae s.lim , dịch giả Nguyễn Văn Ngọ, hiệu đính Nguyễn Viết Kính. Tài liệu online [8] 40
  41. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh PHỤ LỤC Phụ lục A - PHẦN CODE CHÍNH CỦA CHƢƠNG TRÌNH Ghép ảnh đơn giản fipWinImage *normalMerge(fipWinImage *anh1,fipWinImage *anh2,int scale) { int w1=anh1->getWidth(); int h1=anh1->getHeight(); int w2=anh2->getWidth(); int h2=anh2->getHeight(); int w=w1+w2; int h=(h1>=h2)?h1:h2; bool c=(h1>=h2)?true:false; long k; SCALE *color; color=Hesomau(anh1,anh2); SCALE *color1=new SCALE; SCALE *color2=new SCALE; color1=CalculatePer(scale,color,true); color2=CalculatePer(scale,color,false); anh1=HieuChinhMauOp(anh1,color2,true); anh2=HieuChinhMauOp(anh2,color1,false); if(anh1->getBitsPerPixel()!=8&&anh2->getBitsPerPixel()!=8) { fipWinImage *hDIB=new fipWinImage(FIT_BITMAP,w,h,anh1- >getBitsPerPixel()); BYTE *pLine1=anh1->accessPixels(); BYTE *pLine2=anh2->accessPixels(); 41
  42. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh BYTE *pLine=hDIB->accessPixels(); int i,j; if(!c) { for(i=0;i<w1;i++) for(j=0;j<h1;j++) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=w1;i<w;i++) for(j=0;j<h2;j++) { k=i-w1; setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine2,k,j,w2,h2)); } } else { for(i=0;i<w1;i++) for( j=0;j<h1;j++) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=w1;i<w;i++) for( j=0;j<h2;j++) { k=i-w1; setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine2,k,j,w2,h2)); } } return hDIB; } return NULL; 42
  43. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh } Ghép ảnh theo ngưỡng fipWinImage *mergeImg(fipWinImage *anh1,fipWinImage *anh2,std::vector p1,std::vector p2,int scale) { int i,j; POINT Left,Top,Right,Bottom; POINT Left2,Top2,Right2,Bottom2; int t,l,r,b; int i1; long L=1000,T=1000,R=0,B=0; for( i1=0;i1 R){ R=p1.at(i1).x;Right=p1.at(i1); r=i1; } if(p1.at(i1).y>B){ B=p1.at(i1).y;Bottom=p1.at(i1); b=i1; } } L=10000;T=10000;R=0;B=0; for( i1=0;i1 R){ R=p2.at(i1).x;Right2=p2.at(i1); } if(p2.at(i1).y>B){ B=p2.at(i1).y;Bottom2=p2.at(i1); } } long dl=p1.at(0).y-p2.at(0).y; int w1=anh1->getWidth(); 43
  44. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh int h1=anh1->getHeight(); int w2=anh2->getWidth(); int h2=anh2->getHeight(); int maxh=Max(h1,h2); int w=w1+w2+10-Right2.x+Right.x; int h=maxh+abs(dl); if(anh1->getBitsPerPixel()!=anh2->getBitsPerPixel()) return NULL; SCALE *color; color=Hesomau(anh1,anh2); SCALE *color1=new SCALE; SCALE *color2=new SCALE; color1=CalculatePer(scale,color,true); color2=CalculatePer(scale,color,false); anh1=HieuChinhMauOp(anh1,color2,true); anh2=HieuChinhMauOp(anh2,color1,false); fipWinImage *hDIB=new fipWinImage(FIT_BITMAP,w,h,anh1- >getBitsPerPixel()); BYTE *pLine=hDIB->accessPixels(); BYTE *pLine1=anh1->accessPixels(); BYTE *pLine2=anh2->accessPixels(); if(dl<0) { for( i=0;i<=Left.x;i++) for(j=0;j<h1;j++) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-Top.y;j<=h1;j++) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=0;j<=h1-Bottom.y;j++) 44
  45. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); int dem=t; while(dem+1<b+1) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-p1.at(dem+1).y;j<=h1-p1.at(dem).y;j++) if(timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h1-j)) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); dem++; } for(i=(Right2.x-w1-10);i<w2;i++) for(j=0;j<=h2;j++) setColor(pLine,(i-Right2.x+w1+10+Right.x),(j- dl),w,h,&getColor(pLine2,i,j,w2,h2)); dem=t; while(dem<b) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h2-p1.at(dem+1).y;j<=h2-p1.at(dem).y;j++) if(!timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h2-j)) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine2,(i+Right2.x-w1-10- Right.x),j+dl,w2,h2)); dem++; } dem=0; while(dem<=t) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-p1.at(dem).y;j<=h1-p1.at(dem+1).y;j++) if(!timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h1-j)) 45
  46. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); dem++; } dem=b; while(dem<(int)p1.size()-1) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-p1.at(dem).y;j<=h1-p1.at(dem+1).y;j++) if(!timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h1-j)) setColor(pLine,i,j,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); dem++; } } else { for( i=0;i<=Left.x;i++) for(j=0;j<h1;j++) setColor(pLine,i,j+dl,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-Top.y;j<=h1;j++) setColor(pLine,i,j+dl,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=0;j<=h1-Bottom.y;j++) setColor(pLine,i,j+dl,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); int dem=t; while(dem+1<b+1) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=(h1-p1.at(dem+1).y);j<=(h1-p1.at(dem).y);j++) 46
  47. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh if(timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h1-j)) setColor(pLine,i,j+dl,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); dem++; } for(i=(Right2.x-w1-10);i<=w2;i++) for(j=0;j<=h2;j++) setColor(pLine,(i- Right2.x+w1+10+Right.x),j,w,h,&getColor(pLine2,i,j,w2,h2)); dem=t; while(dem<b) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h2-p1.at(dem+1).y;j<=h2-p1.at(dem).y;j++) if(!timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h2-j)) setColor(pLine,i,j+h- h1,w,h,&getColor(pLine2,i+Right2.x-w1-10-Right.x,j+dl,w2,h2)); dem++; } dem=0; while(dem<=t) { for(i=Left.x;i<=Right.x;i++) for(j=h1-p1.at(dem).y;j<=h1-p1.at(dem+1).y;j++) if(!timvung(p1.at(dem),p1.at(dem+1),i,h1-j)) setColor(pLine,i,j+dl,w,h,&getColor(pLine1,i,j,w1,h1)); dem++; } dem=b; while(dem<(int)p1.size()-1) { 47
  48. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh for(i=Left.x;i p1,std::vector p2) { int w1=anh1->getWidth(); int h1=anh1->getHeight(); int w2=anh2->getWidth(); int h2=anh2->getHeight(); int u,v; float a1,b1,c1,a2,b2,c2; int i,j,x,y,xy,x1,y1,x2,y2,yy1,xx1,xy1,yx1; long X1,X2,X3,Y1,Y2,Y3,N1,N2,N3,M1,M2,M3; int count=(int)p1.size(); int left1=10000,top1=10000,right1=0,bottom1=0; int left2=10000,top2=10000,right2=0,bottom2=0; std::vector ::iterator iter; for(iter=p1.begin();iter!=p1.end();iter++) { 48
  49. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh if((*iter).x right1)right1=(*iter).x; if((*iter).y>bottom1)bottom1=(*iter).y; } for(iter=p2.begin();iter!=p2.end();iter++) { if((*iter).x right2)right2=(*iter).x; if((*iter).y>bottom2)bottom2=(*iter).y; } //chuan hoa khoi diem dieu khien thu 2 std::vector np; std::vector ::iterator iter1; for(iter1=p2.begin();iter1!=p2.end();iter1++) { POINT pt; pt.x=(*iter1).x-left2+left1; pt.y=(*iter1).y; np.push_back(pt); } i=0; //x=tong (xi) x=p1[0].x; while(i<count-1){ i++; x+=p1.at(i).x; } i=0; //x2=tong(xi binh phuong) x2=pow(p1.at(0).x,2); while(i<count-1){ 49
  50. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh i++; x2+=pow(p1.at(i).x,2); } i=0; //y=tong (yi) y=p1.at(0).y; while(i<count-1){ i++; y+=p1.at(i).y; } i=0; //y2=tong (binhphuong(yi)) y2=(long)pow(p1.at(0).y,2); while(i<count-1){ i++; y2+=(long)pow(p1.at(i).y,2); } i=0; //xy=tong (xi*yi) xy=p1.at(0).x*p1.at(0).y; while(i<count-1){ i++; xy+=p1.at(i).x*p1.at(i).y; } i=0; //x1=tong(x'i) x1=np.at(0).x; while(i<count-1){ i++; x1+=np.at(i).x; } i=0; //y1=tong(y'i) 50
  51. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh y1=np.at(0).y; while(i<count-1){ i++; y1+=np.at(i).y; } i=0; //yy'=tong(y'i*yi) yy1=np.at(0).y*p1.at(0).y; while(i<count-1){ i++; yy1+=np.at(i).y*p1.at(i).y; } i=0; //xy1=tong (xi*y'i) xy1=p1.at(0).x*np.at(0).y; while(i<count-1){ i++; xy1+=p1.at(i).x*np.at(i).y; } i=0; //xx1=tong (xi*x'i) xx1=p1.at(0).x*np.at(0).x; while(i<count-1){ i++; xx1+=p1.at(i).x*np.at(i).x; } i=0; //yx1=tong(x'i*yi) yx1=np.at(0).x*p1.at(0).y; while(i<count-1){ i++; yx1+=np.at(i).x*p1.at(i).y; 51
  52. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh } X1=(count*xy-x*y); X2=(count*y2-pow(y,2)); X3=count*yy1-y*y1; Y1=(count*x2-pow(x,2)); Y2=(count*xy-x*y); Y3=(count*xy1-y1*x); a2=((float)(X3*Y2-X2*Y3)/(float)(X1*Y2-X2*Y1)); b2=((float)(Y3*X1-Y1*X3)/(float)(X1*Y2-Y1*X2)); c2=((float)(y1-a2*x-b2*y)/(float)count); /* */ M1=(count*xy-x*y); M2=(count*y2-pow(y,2)); M3=(count*yx1-y*x1); N1=(count*x2-pow(x,2)); N2=(count*xy-x*y); N3=(count*xx1-x1*x); a1=((float)(M3*N2-M2*N3)/(float)(M1*N2-M2*N1)); b1=((float)(N3*M1-N1*M3)/(float)(M1*N2-N1*M2)); c1=((float)(x1-a1*x-b1*y)/(float)count); //xay dung cac diem dau mut moi int left=10000,top=10000,right=-10000,bottom=-10000; POINT peak[4]; peak[0].x=c1;peak[0].y=c2; peak[1].x=a1*w2+c1;peak[1].y=a2*w2+c2; peak[2].x=b1*h2+c1;peak[2].y=b2*h2+c2; peak[3].x=a1*w2+b1*h2+c1;peak[3].y=a2*w2+b2*h2+c2; for(i=0;i right)right=peak[i].x; if(peak[i].y>bottom)bottom=peak[i].y; 52
  53. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh } int w=right-left; int h=bottom-top; fipWinImage *hDIB=new fipWinImage(FIT_BITMAP,w,h,anh1- >getBitsPerPixel()); BYTE *pLine=hDIB->accessPixels(); BYTE *pLine1=anh1->accessPixels(); BYTE *pLine2=anh2->accessPixels(); for(i=0;i getWidth()>=anh2->getWidth()?anh1->getWidth():anh2- >getWidth(); int h=anh1->getHeight()>=anh2->getHeight()?anh1->getHeight():anh2- >getHeight(); fipWinImage *m_result=new fipWinImage(FIT_BITMAP,w,h,anh1- >getBitsPerPixel()); anh1->rescale(w,h,FILTER_BICUBIC); anh2->rescale(w,h,FILTER_BICUBIC); 53
  54. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh BYTE *pLine=m_result->accessPixels(); BYTE *pLine1=anh1->accessPixels(); BYTE *pLine2=anh2->accessPixels(); int i,j; for(i=0;i<w;i++) for(j=0;j<h;j++) { RGBQUAD rgb; rgb.rgbRed=(BYTE)(getColor(pLine1,i,j,w,h).rgbRed*thres+(1- thres)*getColor(pLine2,i,j,w,h).rgbRed); rgb.rgbGreen=(BYTE)(getColor(pLine1,i,j,w,h).rgbGreen*thres+(1- thres)*getColor(pLine2,i,j,w,h).rgbGreen); rgb.rgbBlue=(BYTE)(getColor(pLine1,i,j,w,h).rgbBlue*thres+(1- thres)*getColor(pLine2,i,j,w,h).rgbBlue); setColor(pLine,i,j,w,h,&rgb); } return m_result; } 54
  55. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Phụ lục B: TÌM HIỂU VỀ CÁC DẠNG ẢNH 1. Định dạng ảnh IMG Ảnh IMG là ảnh đen trắng, phần đầu của ảnh IMG có 16 byte chứa các thông tin sau: 6 byte đầu: dùng để đánh dấu định dạng ảnh. Giá trị của 6 byte này viết dƣới dạng Hexa: 0x0001 0x0008 0x0001 2 byte tiếp theo: chứa độ dài mẫu tin. Đó là độ dài của dãy các byte kề liền nhau mà dãy này sẽ đƣợc lặp lại một số lần nào đó. Số lần lặp này sẽ đƣợc lƣu trong byte đếm. Nhiều dãy giống nhau đƣợc lƣu trong một byte. 4 byte tiếp: mô tả kích cỡ pixel. 2 byte tiếp: số pixel trên một dòng ảnh. 2 byte cuối: số dòng ảnh trong ảnh. Ảnh IMG đƣợc nén theo từng dòng, mỗi dòng bao gồm các gói (pack). Các dòng giống nhau cũng đƣợc nén thành một gói. Có 4 loại gói sau: Loại 1: Gói các dòng giống nhau. Quy cách gói tin này nhƣ sau: 0x00 0x00 0xFF Count. Ba byte đầu tiên cho biết số các dãy giống nhau, byte cuối cho biết số các dòng giống nhau. Loại 2: Gói các dãy giống nhau. Quy cách gói tin này nhƣ sau: 0x00 Count. Byte thứ hai cho biết số các dãy giống nhau đƣợc nén trong gói. Độ dài của dãy ghi ở đầu tệp. Loại 3: Dãy các Pixel không giống nhau, không lặp lại và không nén đƣợc. Quy cách gói tin này nhƣ sau: 0x80 Count. Byte thứ hai cho biết độ dài dãy các pixel không giống nhau không nén đƣợc. Loại 4: Dãy các Pixel giống nhau. Tuỳ theo các bít cao của byte đầu tiên đƣợc bật hay tắt. Nếu bít cao đƣợc bật (giá trị 1) thì đây là gói nén các byte chỉ gồm bít 0, số các byte đƣợc nén đƣợc tính bởi 7 bít thấp còn lại. Nếu bít cao tắt (giá trị 0) thì đây là gói nén các byte gồm toán bít 1. Số các byte đƣợc nén đƣợc tính bởi 7 bít còn lại. 55
  56. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Các gói tin của file IMG phong phú nhƣ vậy là do ảnh IMG là ảnh đen tắng, do vậy chỉ cầm 1 bít cho 1 pixel thay vì 4 hoặc 8 nhƣ đã nói ở trên. Toàn bộ ảnh chỉ có những điểm sáng và tối tƣơng ứng với giá trị 1 hoặc 0. Tỷ lệ nén của kiểu định dạng này là khá cao. 2. Định dạng ảnh PCX Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng ảnh cổ điển. Nó sử dụng phƣơng pháp mã hoá loạt dài RLE (Run – Length – Encoded) để nén dữ liệu ảnh. Quá trình nén và giải nén đƣợc thực hiện trên từng dòng ảnh. Thực tế, phƣơng pháp giải nén PCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG. Tệp PCX gồm 3 phần: đầu tệp (header), dữ liệu ảnh (Image data) và bảng màu mở rộng. Header của tệp PCX có kích thƣớc cố định gồm 128 byte và đƣợc phân bố nhƣ sau: 1 byte: chỉ ra kiểu định dạng.Nếu là PCX/PCC thì nó luôn có giá trị là 0Ah. 1 byte: chỉ ra version sử dụng để nén ảnh, có thể có các giá trị sau: 0: version 2.5. 2: version 2.8 với bảng màu. 3: version 2.8 hay 3.0 không có bảng màu. 5: version 3.0 có bảng màu. 1 byte: chỉ ra phƣơng pháp mã hoá. Nếu là 0 thì mã hoá theo phƣơng pháp BYTE PACKED, ngƣợc lại là phƣơng pháp RLE. 1 byte: Số bít cho một điểm ảnh plane. 1 word: toạ độ góc trái của ảnh. Với kiểu PCX nó có giá trị là (0,0), còn PCC thì khác (0,0). 1 word: toạ độ góc phải dƣới. 1 word: kích thƣớc bề rộng và bề cao của ảnh. 1 word: số điểm ảnh. 1 word: độ phân giải màn hình. 1 word. 48 byte: chia nó thành 16 nhóm, mỗi nhóm 3 byte. Mỗi nhóm này chứa thông tin về một thanh ghi màu. Nhƣ vậy ta có 16 thanh ghi mầu. 1 byte: không dùng đến và luôn đặt là 0. 56
  57. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh 1 byte: số bít plane mà ảnh sử dụng. Với ảnh 16 màu, giá trị này là 4, với ảnh 256 mầu (1pixel/8bits) thì số bít plane lại là 1. 1 byte: số bytes cho một dòng quét ảnh. 1 word: kiểu bảng màu. 58 byte: không dùng. Tóm lại, định dạng ảnh PCX thƣờng đƣợc dùng để lƣu trữ ảnh vì thao tác đơn giản, cho phép nén và giải nén nhanh. Tuy nhiên, vì cấu trúc của nó cố định, nên trong một số trƣờng hợp làm tăng kích thƣớc lƣu trữ. Và cũng vì nhƣợc điểm này mà một số ứng dụng lại sử dụng một kiểu định dạng khác mềm dẻo hơn: định dạng TIFF (Targed Image File Format) sẽ mô tả dƣới đây. 3. Định dạng ảnh TIFF Kiểu định dạng TIFF đợc thiết kế để làm nhẹ bớt các vấn đề liên quan đến việc mở rộng tệp ảnh cố định. Về cấu trúc, nó cũng gồm 3 phần chính: Phần Header(IFH): có trong tất cả các tệp TIFF và gồm 8 byte: 1 word: chỉ ra kiểu tạo tệp trên máy tính PC hay máy Macintosh. Hai loại này khác nhau rất lớn ở thứ tự các byte lƣu trữ trong các số dài 2 hay 4 byte. Nếu trƣờng này có giá trị là 4D4Dh thì đó là ảnh cho máy Macintosh, nếu là 4949h là của máy PC. 1 word: version. từ này luôn có giá trị là 42. Có thể coi đó là đặc trƣng của file TIFF vì nó không thay đổi. 2 word: giá trị Offset theo byte tính từ đầu tới cấu trúc IFD là cấu trúc thứ hai của file. Thứ tự các byte ở đây phụ thuộc vào dấu hiệu trƣờng đầu tiên. Phần thứ 2(IFD): Nó không ở ngay sau cấu trúc IFH mà vị trí của nó đƣợc xác địnhbởi trƣờng Offset trong đầu tệp. có thể có một hay nhiều IFD cùng tồn tại trong file. Một IFD bao gồm: 2 byte: chứa các DE ( Directory Entry). 12 byte là các DE xếp liên tiếp, mỗi DE chiếm 12 byte. 4 byte: chứa Offset trỏ tới IFD tiếp theo. Nếu đay là IFD cuối cùng thì trƣờng này có giá trị 0. 57
  58. Một số nội dung về ảnh panorama và kỹ thuật ghép ảnh Phần thứ 3: các DE: các DE có dộ dài cố định gồm 12 byte và chia làm 4 phần: 2 byte: chỉ ra dấu hiệu mà tệp ảnh đã đƣợc xây dựng. 2 byte: kiểu dữ liệu của tham số ảnh. Có 5 kiểu tham số cơ bản: 1: BYTE (1 byte) 2: ASCII (1 byte) 3: SHORT (2 byte). 4: LONG (4 byte) 5: RATIONAL (8 byte) 4 byte: trƣờng độ dài chƣa số lƣợng chỉ mục của kiểu dữ liệu đã chỉ ra. Nó không phải là tổng sô byte cần thiết để lƣu trữ. Để có số liệu này ta cần nhân số chỉ mục với kiểu dữ liệu đã dùng. 4 byte: đó là Offset tới điểm bắt đầu dữ liệu liên quan tới dấu hiệu, tức là liên quan với DE không phải lƣu trữ vật lý cùng với nó nằm ở một ví trí nào đó trong file. Dữ liệu chứa trong tệp thƣờng đƣợc tổ chức thành các nhóm dòng (cột) quét của dữ liệu ảnh. Cách tổ chức này làm giảm bộ nhớ cần thiết cho việc đọc tệp. Việc giải nén đƣợc thực hiện theo 4 kiểu khác nhau đƣợc lƣu trữ trong byte dấu hiệu nén. 58