Dipch01 Introduction to digital image processing

ดร. วีรวรรณ จันทนะทรัพย์
อาจารย์ประจาสาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์
E-mail: veerawan.j@rmutp.ac.th
เอกสารประกอบการเรียนการสอน
สาขาวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร
RMUTP OPEN COURSEWARE
Course: Digital Image Processing
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE
Introduction to Digital Image Processing
ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับการประมวลผลภาพดิจิทัล
Chapter 1 :

p. 2
เรื่อง ความรู้เกี่ยวกับการประมวลผลภาพดิจิทัล
1. การรับรู้และการมองเห็นของมนุษย์
2. การรับรู้และการมองเห็นของคอมพิวเตอร์
3. นิยามและความสาคัญของศาสตร์การประมวลผลภาพดิจิทัล
4. การประยุกต์ใช้งานด้านการประมวลผลภาพดิจิทัล
Introduction to Numerical Method
Course : DIGITAL IMAGE PROCESSING [02-213-414]
2
หัวข้อ
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
1. อธิบายหลักการรับรู้และการมองเห็นของมนุษย์
2. อธิบายการรับรู้และการมองเห็นของคอมพิวเตอร์
3. บอกนิยามและความสาคัญของศาสตร์การประมวลผลภาพดิจิทัล
4. บอกงานที่ประยุกต์ด้านการประมวลผลภาพดิจิทัล

ช่วยให้มนุษย์มองเห็นสิ่งที่อยู่รอบข้างตัว
การมองเห็นและ การรับรู้ (Sight)
อวัยวะดวงตา (Human Eye)
เกิดจากซึ่งเป็นพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
(Electromagnetic Spectrum)
หลายๆ ช่วงความถี่ตกกระทบวัตถุ
กระบวนการทางแสง
(Optical Process)
สมองส่วนรับภาพจะจัดเรียงพร้อมแปลความผล
ข้อมูล และสร้างภาพให้รู้สึกมองเห็นได้
ตัวรับภาพในดวงตาจะส่ง
ข้อมูลภาพไปยังสมองเพื่อ
ประมวลผล
3
ระบบประสาท
(Nervous System)
(Human-Vision Perception)

สรีระวิทยาของดวงตา
(Eye Physiology)
ระดับชั้น กระจกตา (Cornea) ทา
หน้าที่เป็นจุดรวมแสง (Focus) ไปตกที่
เลนส์ตา (Lens) มีลักษณะใสคล้ายวุ้น
สามารถปรับเปลี่ยนรูปร่างได้เล็กน้อย เพื่อ
ทาให้แสงหักเหไปยังจุดรวมแสงที่จอตา
ระดับชั้น ตาขาว (Sclera)
ระดับชั้น เรตินา (Retina) เป็นเนื้อเยื่อที่ไวต่อ
แสงอยู่ด้านในสุดของลูกตา ทาหน้าที่เปลี่ยนแปลง
แสงเป็นสิ่งกระตุ้น เรตินาจะมีเซลล์รับแสง 2 ชนิด ระดับชั้น เนื้อเยื่อครอรอยด์
(Choroid) ซึ่งเป็นชั้นที่มีเส้นเลือดฝอย
p. 4
4

เซลล์รับรู้แสง
(Cornea)
/
(Lens) (Iris)
(Retina) (Rod Cell)
(ConeCell)
(Pupil)
(Optic Nerve)
(Sclera) Choroid
Ciliary body
 เซลล์รูปแท่ง (Rod Cell)
 เซลล์รูปกรวย (Cone Cell)
การรับรู้ลักษณะการมองเห็นที่เรียกว่า
“Scotopic” ภาพขาว-ดา
การรับรู้ลักษณะการมองเห็นที่
เรียกว่า “Photopic” หรือ ภาพสี
• แสงสีแดง (Red)
• แสงสีเขียว (Green)
• แสงสีน้าเงิน (Blue)
5

• แสงสีแดง (Red)
• แสงสีเขียว (Green)
• แสงสีน้าเงิน (Blue)
Eye’s Light Sensors
#(blue) << #(red) < #(green)
cone density near fovea
6

อยู่ในแอ่งเล็ก ๆ ในจอตา ที่เรียกว่าจุดเหลือง (Fovea) ซึ่งมีขนาดประมาณ 17
ดีกรี (Degrees) หรือมีขนาดประมาณ 4.5-5.0 มิลลิเมตร โดยตาแหน่งของจุด
เหลืองจะอยู่ตรงกันข้ามกับจุดกึ่งกลางของจอประสาทตามีลักษณะเป็นทรงกลม รูปวงรี
ซึ่งมีขนาดโดยประมาณ 2 x1.5 มิลลิเมตร และเป็นจุดศูนย์กลางของระบบประสาทตา
ที่มีการแผ่กระจายของเส้นเลือดใหญ่
ตาแหน่งของการมองเห็นที่ชัดที่สุดของดวงตา
7
(Images from Rafael C. Gonzalez and Richard E. Wood, Digital Image Processing, 2nd Edition.)
การมองเห็นของมนุษย์

1. ความสว่าง (Brightness)
2. โทนสี (Hue)
3. ความอิ่มตัว (Saturation)
ต้องอาศัยคุณสมบัติสาคัญ 3 ประการ
8
ความยาวคลื่นของแสง
และโมเดลแสงสี
?
?

1. ความสว่าง (Brightness)
2. โทนสี (Hue)
3. ความอิ่มตัว (Saturation)
ต้องอาศัยคุณสมบัติสาคัญ 3 ประการ
9
ความยาวคลื่นของแสง
และโมเดลแสงสี
?
?

ภาพที่อยู่ในคอมพิวเตอร์นี้ว่า ภาพดิจิทัล
(Digital Image) สาหรับหลักการมองเห็นของ
เครื่องคอมพิวเตอร์เกี่ยวข้องกับศาสตร์ด้าน
คอมพิวเตอร์วิทัศน์ (Computer-Vision) และ
ศาสตร์การมองเห็นของเครื่องจักร (Machine
Vision) รวมทั้งการทาให้คอมพิวเตอร์สามารถ
รับรู้และแปลความหมายได้ต้องอาศัยศาสตร์ด้าน
ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligent; AI)
10
(Computer-Vision)
แผนภาพความสัมพันธ์ของศาสตร์
ด้านการประมวลผลภาพดิจิทัล

กระบวนการสร้างภาพดิจิทัล
11
(Computer-Vision)
(Image Digitization)
แบบจาลองกระบวนการสร้างภาพดิจิทัล
1. การบันทึกข้อมูลภาพ
(Image Acquisition)
2. การสุ่มตาแหน่งภาพ
(Image Sampling)
3. การประมาณค่าความเข้มแสง
(Image Quantization)

ผลกระทบจาการสร้างภาพ
12
(Computer-Vision)
(Effect of Image Digitization)
ผลกระทบ
กับความ
ละเอียด
ขนาด 128x128
ขนาด 1024x1024
ขนาด 64x64 ขนาด 32x32
ขนาด 512x512ขนาด 256x256
ผลกระทบกับขนาด
ผลกระทบจากกระบวนการสุ่มตาแหน่งภาพ

ผลกระทบจาการสร้างภาพ
13
(Computer-Vision)
(Effect of Image Digitization)
ผลกระทบจากการประมาณค่าความเข้มแสง
28=256 เฉดสี 27=128 เฉดสี 26=64 เฉดสี 25=32 เฉดสี
24=16 เฉดสี 23=8 เฉดสี 22=4 เฉดสี 21=2 เฉดสี
2b


ความพยายามทางด้านการประมวลผลภาพ
ที่มีชื่อว่า Digital Image Processing
ขึ้นหลังจากนั้นงานทางด้านการประมวลผลภาพก็พัฒนาขึ้นเรื่อย ๆ
และใช้กันอย่างกว้างขวาง
ต่อมาได้มีการตั้งสาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์สาขาใหม่
ได้เริ่มขึ้นในปี 1964 ณ ห้องปฏิบัติการ JPL (Jet Propulsion Laboratory) ซึ่งได้นา
กระบวนการประมวลผลภาพมาใช้ในการพิจารณาภาพถ่ายดาวเทียมของดวงจันทร์
(Images from Rafael C.
Gonzalez and Richard E.
Wood, Digital Image
Processing, 2nd Edition.
14
3. นิยามและความสาคัญ
ของศาสตร์ด้านการประมวลผลภาพดิจิทัล
“ขั้นตอน ทฤษฎี และกรรมวิธีใด ๆ ที่ประมวลผลกับ
สัญญาณภาพ 2 มิติ คือภาพนิ่ง (ภาพถ่าย) และภาพ
วีดิทัศน์ และยังรวมถึงสัญญาณ 2 มิติอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ภาพ
ด้วย โดยมีวัตถุประสงค์หลัก คือเพื่อปรับปรุงภาพ และ
แยกแยะคุณลักษณะเฉพาะจนได้ภาพใหม่เพื่อใช้ในการ
แปลความหมายตามวัตถุประสงค์ได้”
นิยาม

1. การปรับปรุงคุณภาพ
2. การบีบอัดภาพ
3. การเรียกคืนภาพ
4. การวิเคราะห์และแปลความหมาย
5. การสังเคราะห์ภาพ
ปัจจุบันแบ่งออกได้ 5 แขนงหลัก ๆ ดังนี้
p. 15
15
การปรับปรุงคุณภาพของภาพ
(Image Enhancement)
(Images from Rafael C. Gonzalez and Richard E.
Wood, Digital Image Processing, 2nd Edition.
ตัวอย่างการปรับปรุงภาพถ่ายจากดาวเทียมด้วยให้คมชัดมากขึ้น ด้วยเทคนิคของ
Histogram-base image Enhancement
เป็นกระบวนการที่ทาให้คุณภาพของภาพดีขึ้นเพื่อ
จุดมุ่งหมายเฉพาะ โดยการกระทาที่ทาให้คุณลักษณะ
ของภาพ (feature) ดีขึ้น เช่น ความคมชัด ความ
สว่าง ขอบของวัตถุในภาพให้ปรากฏชัดเจนขึ้น รวมทั้ง
การกาจัดสิ่งรบกวน (reduce noise) เป็นต้น
::แขนงวิชาหลักสาหรับการประมวลผลภาพดิจิทัล

p. 16
16
การบีบอัดภาพ
(Image Compression)
เป็นกระบวนการในการบีบอัดข้อมูลภาพดัวยเทคนิค
วิธีการต่าง ๆ โดยไม่ทาให้คุณภาพของภาพไม่เสียไป
อัตราส่วนการบีบอัดมีผลกับความละเอียดของภาพ
ยิ่งบีบอัดมากคุณภาพของภาพก็จะลดน้อยลง
นอกจากการบีบอัดภาพแล้วหัวข้อนี้ยังรวมไปถึง
กระบวนการเรียกคุณภาพของภาพกลับคืนด้วย
ตัวอย่างการบีบอัดภาพที่อัตราการบีบอัดที่แตกต่างกัน

3. การเรียกคืนข้อมูลภาพ
p. 17
17
การเรียกคืนข้อมูลภาพ
(Image Restoration)
คือการปรับปรุงภาพกราฟิกโดยเน้นที่ภาพวัตถุ 3มิติ
ตัวอย่าง Restoration ได้แก่ การแก้ไขความ
ผิดพลาดจากภาพถ่ายจากดาวเทียม การแก้ไขสัดส่วน
ของภาพก็จะใช้เทคนิค Restoration เข้ามาช่วย
เพื่อให้ภาพที่ถูกต้องมากยิ่งขึ้น

p. 18
18
การวิเคราะห์และแปลความหมาย
(Image Analysis)
ภาพต้นฉบับ ปรับความสว่าง ปรับความคมชัด
คือกระบวนการนาภาพมาวิเคราะห์เพื่อหา
ความหมายตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันออกไป
ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์ภาพแบททีเรียในถาด
เลี้ยงเพื่อนับจานวนของแบททีเรียที่เจริญเติบโต
เป็นต้น

p. 19
19
การสังเคราะห์ภาพ
(Image Synthesis)
คือกระบวนการนาภาพที่ได้มาทาการ
สังเคราะห์ เพื่อสร้างภาพ 3 มิติ ตาม
วัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันออกไป หัวข้อ
นี้มักมุ่งเน้นไปที่งานสร้างภาพทาง
การแพทย์เป็นส่วนใหญ่ภาพตัดขวางที่ได้จาก
เครื่อง CT Scan
Computer
Tomography
Scan (CT Scan)
โมเดลสังเคราะห์ที่ได้จากภาพเครื่อง CT Scan

จัดการข้อมูลภาพดิจิทัล
เพื่อให้คอมพิวเตอร์ เข้าใจ
และตีความหมายข้อมูลที่
อยู่ภายในภาพอัตโนมัติ
เช่นเดียวกับมนุษย์เข้าใจ
อาทิเช่น การจัดการ
ข้อมูลภาพ จัดเก็บและ
ส่งผ่านข้อมูล ปรับปรุงภาพ
ให้ชัดเจน เป็นต้น
20
 ระดับต่า (Low Level Processing)
 ระดับกลาง (Intermediate Level Processing)
 ระดับสูง (High Level Processing)
:โครงสร้างกระบวนการพื้นฐานการประมวลผลภาพดิจิทัล

p. 21
21
• เทคโนโลยีชีวภาพ (Biometrics)
ระบบการตรวจสอบใบหน้ามนุษย์
(Face Detection)
ระบบการร้้จาใบหน้าบุคคล
(Face Recognition)
ระบบการจาแนก
บุคคลด้วย
ลายนิ้วมือ
4. การประยุกต์ใช้งาน

p. 22
22
ระบบการจาแนกบุคคลด้วย
ลักษณะมือ
(Hand Geometry)
ระบบการจาแนกบุคคลด้วย
ลักษณะลายม่านตา
(Iris Identification)
http://469573.g.portal.aau.dk/GetAsset.action?contentId=2826099&assetId=2832002
http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2007/03/motion_tracking.html
ระบบตรวจการเคลื่อนไหว
(Motion Capture System)

p. 23
23
Human Activity Recognition

p. 24
24
• งานด้านแผนที่ (Mapping Application)

p. 25
25
• งานสารวจทางอากาศ
Application of Image Processing to Detect Infrastructure Damage Caused by Earthquakes
Takaaki Kusakabe, Akihiro Sanada
https://www.pwri.go.jp/eng/ujnr/joint/36/paper/72kusaka.pdf

p. 26
26
• ร้้จาตัวอักษร
http://www.advancedsourcecode.com
/characterrecognition.asp
http://www.scannersoftware.info/?p=20
http://www.pattayacontainer.com/
http://www.visionpacific.co.th/product.htm4. การประยุกต์ใช้งาน

27
• ชีววิทยาและการเกษตร (Biology and Agriculture)
APPLICATIONS OF IMAGE PROCESSING IN BIOLOGY AND AGRICULTURE
J. K. Sainis, Molecular Biology and Agriculture Division,
R. Rastogi, Computer Division,
and V. K. Chadda, Electronics Systems Division
http://www.barc.gov.in/publications/nl/1999/199905-01.pdf

p. 28
28
• อุตสาหกรรมการผลิต
Factory Automation

p. 29
29
• ควบคุมการจราจร
Traffic Monitoring • การทหาร
Target Recognition
Department of Defense (Army, Airforce, Navy)

p. 30
30
• การรักษาทางการแพทย์
Medical Diagnosis Imaging
(ImagesfromRafaelC.GonzalezandRichardE.
Wood,DigitalImageProcessing,2ndEdition.

p. 31
31
(ImagesfromRafaelC.GonzalezandRichardE.
Wood,DigitalImageProcessing,2ndEdition.
skin cancer
breast cancer

32
Viewpoints on Medical Image Processing: From Science to Application
Thomas M. Deserno (né Lehmann),1,* Heinz Handels,2 Klaus H. Maier-Hein (né Fritzsche),3 Sven Mersmann,4 Christoph Palm,5 Thomas
Tolxdorff,6 Gudrun Wagenknecht,7 and Thomas Wittenberg8
Curr Med Imaging Rev. 2013 May; 9(2): 79–88.
Published online 2013 May. doi: 10.2174/1573405611309020002
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3782694/
Depiction of fiber tracts in
the vicinity of a grade IV
glioblastoma. The
volumetric tracking result
(yellow) was overlaid on
an axial T2-FLAIR image.
Red and green arrows
indicate the necrotic tumor
core and peritumoral
hyperintensity,
respectively.

33
• ระบบปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์
Human Computer Interface: HCI
http://www.tobii.com/group/about/this-is-eye-tracking/
http://www.businessinsider.com/an-eye-
tracking-interface-helps-als-patients-use-
computers-2015-9
Stephen Hawking, who suffers
from ALS, uses a cheek-controlled
communication system custom-
designed by Intel to suit his needs.
The software is now open source,
but remains aimed at developers
for the time being.
AP Photo/Elizabeth Dalziel
ETC…

เอกสารอ้างอิงหลัก
1. วีรวรรณ จันทนะทรัพย์. ตาราการประมวลผลภาพดิจิทัล.
กรุงเทพฯ : แดเน็กซ์ อินเตอร์คอร์ปอเรชั่น จากัด, 2561.
2. Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods,
“Digital Image Processing Using MATLAB”,
Pearson Prentice-Hall,Upper Saddle River,
New Jersey,2004.
3. Rafael C. Gonzalez and Richard E. Woods,
“Digital Image Processing”, Addison Wesley,
Second Edition, 2002. (Course Textbook).
34

35
แบบฝึกหัด
1. จงอธิบายหลักการรับรู้และการมองเห็นของมนุษย์มาพอสังเขป ?
2. จงอธิบายหน้าที่ของเซลล์รับรู้แสงสีภายในเรตินา (Retina) ?
3. จงบอกองค์ประกอบหลักของการมองเห็นภาพ ?
4. จงอธิบายหลักการรับรู้และการมองเห็นของคอมพิวเตอร์มาพอสังเขป ?
5. จงอธิบายผลกระทบด้านขนาด และความละเอียดของภาพ กับระดับการสุ่มตาแหน่งจุดภาพที่ระดับแตกต่างกัน ?
6. จงอธิบายผลกระทบจานวนระดับค่าความเข้มแสงจากการใช้ขนาดหน่วยความจาในการประมาณค่าความเข้มแสง
(Image Quantization) ?
7. จงบอกนิยามการประมวลผลภาพดิจิทัล ?
8. จงยกตัวอย่างแขนงวิชาหลักของศาสตร์การประมวลผลภาพดิจิทัล ?
9. จงอธิบายโครงสร้างกระบวนการพื้นฐานของศาสตร์การประมวลผลภาพดิจิทัล ?
10. จงยกตัวอย่างระบบงานในปัจจุบันที่นาศาสตร์การประมวลผลภาพดิจิทัลเข้ามาประยุกต์ใช้ ?

Dipch01 Introduction to digital image processing

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Similaire à Dipch01 Introduction to digital image processing

Similaire à Dipch01 Introduction to digital image processing (11)

Dipch01 Introduction to digital image processing