CHƯƠNG 2

ẢNH SỐ HỐ
2.1 GIỚI THIỆU
Các máy tính chỉ có thể xử lý ảnh số, trong khi tự nhiên ban cho các ảnh ở dạng khác,
nên điều quyết định trước tiên cho vấn đề xử lý ảnh số là chuyển đổi ảnh sang dạng số.
Nhìn chung, thiết bị chuyên dụng cho ảnh số hoá là sự biến đổi từ một hệ thống máy tính
thơng thường thành một trạm làm việc (workstation) xử lý ảnh số. Một thiết bị ghi lại
ảnh cũng có thể cần đến, mặc dù chất lượng các bản in của các máy in ma trận điểm bị
hạn chế.
Những ngày đầu của xử lý ảnh số, thiết bị số hoá ảnh phức tạp và đắt đến nỗi chỉ một
vài trung tâm nghiên cứu có liên quan mới có đủ khả năng trang bị. Tuy nhiên, những
tiến bộ trong cơng nghệ đã khiến cho các bộ số hố ảnh trở nên rẻ và phổ biến hơn.
Cấu hình thiết bị gồm nhiều loại khác xa nhau được sử dụng để chuyển đổi ảnh sang
dạng số. Trong chương này, chúng ta sẽ đề cập đến các phần tử của bộ số hoá ảnh, một
vài hiện tượng vật lý thường dùng trong quá trình xử lý và chúng ta sẽ xem xét vài sự
thực hiện số hố. Mục đích là để mở rộng hiểu biết về các khả năng và hạn chế của các
cách tiếp cận khác nhau đối với sự số hoá ảnh, sự nhạy cảm với nhiễu và sự méo ảnh. Sự
giảm bớt hay loại bỏ nhiễu và méo của bộ số hố là một trong các chức năng chính của
xử lý ảnh số.

2.1.1 Các phần tử của bộ số hố
Một bộ số hố ảnh phải có khả năng chia một ảnh thành các phần tử điểm ảnh (pixel),
đánh địa chỉ cho mỗi phần tử riêng biệt, đo giá trị các mức xám của ảnh tại mỗi điểm,
lượng tử hoá các giá trị liên tục đo được thành một tập các số nguyên và ghi giá trị của
tập số nguyên đó ra thiết bị lưu trữ dữ liệu. Để thực hiện cơng việc này, bộ số hố phải
có năm phần tử.
Phần tử đầu tiên của bộ số hoá là ống kính (aperture) lấy mẫu-cho phép bộ số hố
truy cập vào các phần tử điểm ảnh riêng lẻ và bỏ qua phần còn lại của ảnh.
Phần tử thứ hai là một cơ chế qt (sampling/scanning) ảnh. Q trình này gồm có di
chuyển ống kính lấy mẫu khắp ảnh theo mơ hình định nghĩa trước. Q trình qt cho

phép ống kính lấy mẫu đánh địa chỉ cho các phần tử điểm ảnh, mỗi lần một điểm.
Phần tử thứ ba là một bộ cảm nhận ánh sáng, dùng để đo độ sáng của mỗi điểm ảnh
thơng qua ống kính lấy mẫu. Bộ cảm biến nói chung là một bộ chuyển đổi dùng để biến
đổi từ cường độ ánh sáng thành điện áp hay cường độ dòng điện.
Phần tử thứ tư là bộ lượng tử hoá, chuyển đổi giá trị liên tục từ đầu ra của bộ cảm
biến thành giá trị số nguyên. Đặc trưng của bộ lượng tử là một mạch điện tử gọi là bộ
chuyển đổi tương tự sang số (analog to digital converter-ADC).
Phần tử cuối cùng của bộ số hoá là thiết bị lưu trữ đầu ra. Các giá trị mức xám được
sinh ra bởi bộ lượng tử hoá phải được lưu trữ ở dạng thích hợp cho máy tính xử lý. Thiết
bị đầu ra có thể là bộ nhớ bán dẫn, đĩa từ hoặc một vài thiết bị phù hợp khác.

10


2.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA BỘ SỐ HỐ ẢNH
Mặc dù các bộ số ảnh khác nhau về các thiết bị mà chúng sử dụng để thực hiện các
chức năng của chúng, nhưng chúng vẫn có các đặc tính cơ bản liên quan với nhau.
Kích thước điểm ảnh. Hai đặc tính quan trọng là kích thước ống kính lấy mẫu và
khoảng cách giữa các điểm ảnh liền kề nhau. Nếu bộ số hoá được trang bị trên một hệ
thống quang học có thể thay đổi khả năng phóng to, thì khoảng cách và kích thước mẫu
của mặt phẳng ảnh vào là có thể thay đổi, đây là lĩnh vực đáng quan tâm.
Kích thước ảnh. Tham số quan trọng khác là khả năng của phương tiện đối với kích
thước ảnh vào. Đối với trường hợp máy quét film, kích thước của film đầu vào cực đại là
35 mm hoặc ảnh X quang 11  14 inch. Ở đầu ra, kích thước ảnh được định rõ bằng số
dòng cực đại và số điểm ảnh trên một dịng.
Tính chất phân phối cục bộ. Đặc tính quan trọng thứ ba của bộ số hố ảnh là tham
số vật lý mà thực tế nó đo và lượng tử hố được. Ví dụ đối với các máy qt film, chúng
có thể đo và lượng tử hố hệ số truyền hay mật độ quang học của film. Cả hai đều là các
hàm độ sáng hay độ tối của film nhưng chắc chắn các ứng dụng của chúng hữu ích hơn
các hàm khác.

Tính chất tuyến tính. Mức độ tuyến tính của sự số hố cũng là một yếu tố quan
trọng. Chẳng hạn, trong thực tế phương tiện số hoá cường độ ánh sáng, dùng để xác định
mức độ chính xác của các mức xám tỷ lệ với độ sáng thực sự của ảnh. Bộ số hố phi
tuyến có thể phá huỷ tính hợp lệ của q trình xử lý tuần tự. Số các mức xám mà thiết bị
có thể lượng tử hoá ảnh cũng rất quan trọng. Các bộ số hố ảnh trước đây chỉ có hai mức
xám: đen và trắng. Trong thực hành số hoá đơn sắc hiện nay, dữ liệu thường là 8 bit
(256 mức) và thiết bị có độ phân giải cao hơn có thể thực hiện được.
Nhiễu. Cuối cùng, mức nhiễu của bộ số hoá là đặc tính có tầm quan trọng nhất.
Trường hợp ảnh xám được thể hiện bởi bộ số hoá, nhiễu vốn có trong hệ thống sẽ gây ra
hiện tượng mức xám đan chéo nhau trên ảnh đầu ra, cho dù độ sáng ảnh đầu vào là hằng
số. Nhiễu do bộ số hố tạo ra chính là ngun nhân gây ra sự suy biến ảnh và điều này
liên quan một phần đến sự tương phản của ảnh.
Những đặc tính này tạo thành bản chi tiết kỹ thuật cho một bộ số hoá. Chúng cung
cấp cơ sở để so sánh các phương tiện khác nhau hay để quyết định một bộ số hoá có
thích hợp cho một cơng việc cụ thể nào đấy hay khơng. Trong một vài trường hợp, ảnh
số hố có thể thích hợp với vài dịng, số điểm ảnh trên một dịng, các mức xám có liên
quan và với tính phi tuyến có thể đánh giá được hay mức nhiễu cao. Tuy nhiên, nhiều
ứng dụng quan trọng của xử lý ảnh số địi hỏi bộ số hố chất lượng cao-có khả năng số
hố một ảnh lớn có nhiều mức xám với tính tuyến tính tốt và mức nhiễu thấp. Chương
sau, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết đến các yêu cầu đối với bộ số hoá trong các ứng dụng
xử lý ảnh.

2.3 CÁC KIỂU BỘ SỐ HOÁ ẢNH
Một kiểu bộ số hoá đa năng và quan trọng là camera số hố, camera mà có một hệ
thống thấu kính có thể số hoá ảnh của bất kỳ đối tượng nào. Một ví dụ là camera video
phối ghép với máy tính, đó là thiết bị có thể số hố khơng những các đối tượng vật lý mà
còn các ảnh như film chụp ảnh.
Một kiểu bộ số hoá hạn chế, tuy nhiên cũng quan trọng, là máy quét film. Đây là
công cụ dùng riêng cho việc quét các ảnh chụp trên film. Những máy qt film chỉ có
thể số hố ảnh của một đối tượng sau khi camera quay film thu nhận ảnh của đối tượng


11


đó. Về phương diện lịch sử, các máy quét film đã đóng vai trị nổi bật trong xử lý ảnh,
nhưng thực tế hiện nay các camera số hoá trực tiếp có xu thế được sử dụng nhiều hơn.

2.3.1 Số hóa quét đầu vào (Scan-in) và quét đầu ra (Scan-out)
Có hai cách tiếp cận q trình số hố tổng qt, gọi là số hóa qt đầu vào (Scan-in)
và số hố qt đầu ra (Scan-out). Trong hệ thống quét đầu ra (Hình 2-1), toàn bộ đối
tượng hay ảnh film được chiếu sáng một cách liên tục và ống kính lấy mẫu cho phép bộ
cảm biến ánh sáng “nhìn thấy” mỗi lần duy nhất một điểm ảnh. Còn trong hệ thống quét
đầu vào (Hình 2-2), mỗi một lúc chỉ một vết (spot) nhỏ của đối tượng được chiếu sáng
và ánh sáng truyền qua được tập trung vào bộ cảm biến. Trong trường hợp này, chùm
ánh sáng chiếu vào sẽ quét lên đối tượng và bộ cảm biến khơng rõ ràng về mặt khơng
gian.

HÌNH 2-1

Hình 2-1 Bộ số hố qt đầu ra
Có một cách tiếp cận thứ ba được kết hợp từ hai cách tiếp cận trước đó. Trong hệ
thống quét đầu vào/quét đầu ra, đối tượng được chiếu bởi một vết sáng chuyển động và
được lấy mẫu thơng qua một ống kính chuyển động theo vết sáng. Đó là hệ thống làm
giảm sự ảnh hưởng của ánh sáng và đã cung cấp một vài ứng dụng trong q trình số
hố ảnh hiển vi. Tuy nhiên, điều rắc rối của chúng, đặc biệt vết lấy mẫu di chuyển theo
các vết sáng, đã có phần hạn chế ứng dụng của hệ thống quét đầu vào/quét đầu ra.

HÌNH 2-2

Hình 2-2 Bộ số hố qt đầu vào

12


2.4 CÁC THÀNH PHẦN SỐ HOÁ ẢNH
Như đã đề cập trước đây, một bộ số hố phải có một nguồn ánh sáng, một bộ cảm
biến ánh sáng và một hệ thống quét. Hơn nữa, nguồn ánh sáng hoặc bộ cảm biến ánh
sáng (hoặc cả hai) phải nằm phía trước ống kính lấy mẫu. Trong phần này, chúng ta sẽ
đề cập đến các nguồn ánh sáng rời rạc, các bộ cảm biến và các hệ thống quét khác nhau.
Phần tiếp theo, chúng ta sẽ sắp đặt chúng với nhau để tạo thành các bộ số hố ảnh đầy
đủ.

2.4.1 Nguồn ánh sáng
Bóng đèn nóng sáng. Hầu hết các nguồn sáng nhân tạo là bóng đèn nóng sáng. Đối
với hệ thống quét đầu ra, đèn nóng sáng rất thích hợp cho việc chiếu sáng đối tượng
hoặc ảnh đang được số hoá. Đối với cơng việc qt đầu vào, sợi giây tóc của một bóng
đèn nhỏ hay đi-ốt phát sáng (LED) có thể được mơ tả bằng một thấu kính để tạo thành
một vết sáng nhỏ.
Laser. Laser có thể tạo ra những chùm ánh sáng tập trung ở mức độ cao. Laser sinh
ra chùm ánh sáng hẹp, tập trung và có cường độ lớn bằng cách kích thích các nguyên tử
của nguyên tố hoạt động (argon, helium, neon, ...) lên trạng thái năng lượng cao, đồng
thời kích thích cho chúng chuyển hố về trạng thái bình thường. Sự chuyển hố này gây
ra một chùm ánh sáng tập trung có cường độ cao, dễ dàng hội tụ và làm lệch hướng.
Mặc dù laser được sử dụng làm nguồn chiếu sáng trong hệ thống quét đầu ra, ưu thế của
nó là tạo ra các vết sáng nhỏ có cường độ cao cho các bộ số hố quét đầu vào.
Phốt pho. Phốt pho phát sáng khi các điện tử chiếu vào. Nếu một chùm điện tử hội
tụ vào một điểm nhỏ trên bề mặt tấm kính thuỷ tinh có tráng phốt pho (Hình 2-3), ánh
sáng phát ra từ điểm đó. Bề mặt ống tia điện tử (Cathode-ray tube - CRT) được tráng bởi
hợp chất pha trộn giữa phốt pho và pha lê. Phốt pho được phủ lên trên mặt ống nhờ một
màng nhôm trong suốt. Màng nhôm này có nhiệm vụ tạo thành một cực dương (anode)
thu hút chùm điện tử.

Sự va chạm của các điện tử mang năng lượng trong chùm điện tử kích thích các
nguyên tử phốt pho, đưa một vài nguyên tử lên trạng thái năng lượng cao. Mỗi một điện
tử phân rã về trạng thái bình thường của nó, nó sẽ phát ra một phơtơn. Trong q trình
sản xuất phốt pho ta có thể điều chỉnh được quang phổ (màu) và tính bền vững (độ phân
rã) của ánh sáng phát ra. Có thể tìm được nhiều vật phát ra quang phổ và thời gian phân
rã từ nhỏ hơn 1 micrô giây đến vài giây.

HÌNH 2-3

Hình 2-3 Cấu trúc CRT
13


Độ sáng của vết sáng tạo thành bởi chùm điện tử đại khái là tỷ lệ với mật độ trung
bình của chùm. Phốt pho được tạo thành từ các hạt nhỏ và vì thế, giả thiết đưa ra là bên
trong lớp phốt pho có nhiều hạt phát sáng. Các ống tia điện tử có độ phân giải giới hạn
từ 30 đến 70 dòng (chu kỳ) trên một milimet.
LED. Các LED chỉ dùng bán dẫn cũng tạo ra nguồn ánh sáng đặc và thích hợp. Thực
chất LED được tạo ra từ chất bán dẫn Asen Gali. Chúng phát ra ánh sáng tại cường độ
được điều khiển từ nguồn nhỏ. Nhờ vậy mà chúng được sử dụng trong các hệ thống quét
đầu vào.

2.4.2 Bộ cảm biến ánh sáng
Các bộ cảm biến ánh sáng sinh ra tín hiệu điện ứng với cường độ ánh sáng chiếu lên
chúng. Năm hiện tượng vật lý khác nhau được ứng dụng để tạo ra năm kiểu cảm biến:
thiết bị quang phát (photoemissive), tế bào quang điện (photovoltaic), chất quang dẫn
(photoconductor), bộ cảm biến silicon (silicon sensor) và bộ phận tiếp giáp bán dẫn (PN). Các chất quang phát phát ra điện tử khi có ánh sáng chiếu vào. Các chất quang điện,
như các tế bào năng lượng mặt trời silicon, sinh ra một điện thế khi phơi dưới ánh sáng.
Các chất quang dẫn, như Sunfit Catmi (Cadmium sunfide), sẽ bị suy giảm điện trở khi
có sự tác động của ánh sáng. Các thiết bị silicon lợi dụng các tính chất cảm nhận ánh

sáng của tinh thể silicon nguyên chất. Đặc tính tiếp giáp bán dẫn của đi ốt quang
(photodiode) và transistor quang (phototransistor) là chúng tích điện khi có tác động của
ánh sáng tới.
Thiết bị quang phát. Ống nhân quang (photomutiplier) (Hình 2-4) có bề mặt quang
phát tạo thành catôt quang nửa trong suốt (semitransparent photocathode). Thành ống
được phủ một lớp ôxit kim loại kiềm (như bạc, cesium, antimon, natri, bitmut, rubidi).
Khi các phơtơn có một năng lượng đủ lớn (  1 micron) đập vào catôt quang đã được
tích điện âm, giải phóng các hạt điện tử khỏi bề mặt catơt.

HÌNH 2-4

Hình 2-4 Ống nhân quang
Đằng sau catôt quang là dãy các đinôt (dynode) được giữ ở các mức điện áp dương
dần lên. Các hạt điện tử sơ cấp đã được các phơtơn giải phóng từ ca tốt quang bay nhanh
về phìa đinơt đầu tiên. Sự va chạm của mỗi điện tử tự do với vài hạt điện tử thứ cấp sẽ
tạo thành hiệu ứng phân rã hạt nhân. Sau đó các điện tử mới sinh ra bị hút về phía đinơt
thứ hai, ở đây hiệu ứng tương tự được lặp lại. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi
các điện tử từ đinôt cuối cùng được tập hợp vào anơt, tạo thành dịng điện bên trong

14


mạch điện ngồi. Dịng điện này tỷ lệ với thơng lượng (flux) phơtơn tới trên ca tốt
quang, dịng điện này có thể được lấy mẫu và lượng tử hố.
Ống nhân quang khá nhạy cảm do hiệu ứng phân rã hạt nhân của các đinơt. Một hạt
điện tử sơ cấp có thể tạo ra đến tận hàng triệu điện tử. Ống nhân quang được sử dụng
trong q trình số hố mức ánh sáng thấp nhờ vào tính nhạy cảm cao của nó.
Bộ cảm biến silicon. Nguyên chất ở mức độ rất cao, được xử lý đặc biệt, silicon có
thể trở thành các tinh thể cỡ lớn. Mỗi nguyên tử silicon được liên kết cùng hoá trị với
sáu nguyên tử xung quanh nó trong mạng lưới tinh thể hình khối chữ nhật ba chiều. Các

phôtôn tới đủ năng lượng ( < 1m) sẽ phá vỡ mối liên kết, giải phóng một điện tử và để
lại một “lỗ hổng” ở nơi đó.
Lớp kim loại mỏng phủ trên bề mặt silicon và được tích một điện áp âm tạo ra một
nguồn điện thế (potential well), tập hợp và nắm giữ các quang điện tử trong khu vực
hiện tại đã được phơ tơn giải phóng. Mỗi nguồn điện thế tương ứng với một điểm ảnh
trong một mạng các bộ cảm biến. Mỗi nguồn điện thế có thể giữ khoảng 800 điện tử/một
micron vng, hoặc từ 105 đến 106 điện tử/một điểm ảnh trên các chip hiện có.
Dải động của một nguồn là tỷ số với dung lượng điện tử của nó trên mức nhiếu số
liệu ra. Nhiễu số liệu ra có thể thấp đến 5-10 điện tử đối với các thiết bị chất lượng cao.
Nguồn phơi quá lâu sẽ sinh ra các điện tử quá mức qui định và có thể tràn sang các
nguồn kế bên, dẫn đến ảnh bị nở hoa (blooming).
Năng lượng nhiệt cũng gây ra sự phá vỡ liên kết ngẫu nhiên, tạo thành các nhiệt điện
tử (thermal electron) không thường xuyên và không thể phân biệt được với quang điện
tử. Điều này gây ra luồng tối (dark current) cho bộ cảm biến silicon, ngay cả khi thiếu
ánh sáng. Luồng tối nhạy cảm với nhiệt độ, tăng gấp đôi mỗi một độ tăng 60C (tức là,
nhiệt độ tăng 60C thì luồng tối lại tăng gấp đơi). Việc cảm nhận ảnh địi hỏi nhiều thời
gian kết hợp thì các nguồn nhiệt điện tử thường được sử dụng hơn là quang điện tử.
Sự làm nguội thường dùng làm giảm luồng tối và do đó phạm vi thời gian kết hợp là
có thể dùng được. Làm mát bộ cảm biến silicon sẽ làm giảm luồng tối của nó từ vài
nghìn điện tử trên một giây với nhiệt độ trong phòng, dần đến một điện tử trên một giây
tại -600C.
Đi ơt quang. Đi ốt quang (Hình 2-5) là thiết bị tiếp giáp P-N ở thể rắn. Một điện
trường tạo ra sự phân cực đối ngược nhau trong vùng phụ cận của vùng tiếp giáp giữa
hai vật liệu bán dẫn. Trường này quét qua các vật mang điện (các điện tử và các lỗ hổng)
bên ngoài vùng tiếp giáp, tạo thành lớp trống rỗng ngăn cản dòng chảy. Đó thơng
thường là một thiết bị cho phép dịng chảy chỉ chảy theo một chiều. Trong đi ốt quang,
một mặt của thiết bị (ví dụ lớp P) được chế tạo rất mỏng đến nỗi ánh sáng có thể xuyên
đến lớp tiếp giáp.

HÌNH 2-5


15


Hình 2-5 Đi ơt quang
Hoạt động của lớp tiếp giáp là cung cấp một điện áp phân cực đảo, vì thế nó dẫn
luồng rất nhỏ. Tuy nhiên, các phơtơn va chạm sẽ giải phóng các cặp điện tử-lỗ hổng bên
trong vật liệu bán dẫn. Trong lớp trống rỗng, nơi điện trường mạnh, hầu hết các vật
mang được huy động này đều chịu ảnh hưởng của điện trường cuốn dạt ra xa trước khi
chúng có thể kết hợp lại. Trong mạch điện ngoài, sự di trú (migration) của chúng tạo
thành một luồng tỷ lệ với thông lượng phôtôn tới.
Tiếp giáp P-N biểu thị trở kháng cao (high resistance) cho dòng chảy theo chiều đảo,
dòng chảy mà được điều khiển bởi cường độ ánh sáng và độc lập quan hệ với điện áp
cung cấp theo bên ngồi. Lớp trống rỗng có thể được làm tương đối dày để thu hút các
phơtơn có bước sóng dài.
Đi ơt quang thác (avalanche photodiotde) đạt được tính nhạy cảm cao hơn đi ốt
quang bình thường nhờ tính nhân điện tử của ống nhân quang. Đi ơt quang thác lệ thuộc
vào điện áp phân cực đảo rất cao. Sự va chạm của các phơtơn giải phóng các điện tử, các
điện tử này được gia tốc (accelerate) bởi điện trường có cường độ lớn trong lớp trống
rỗng. Chúng đạt tới vận tốc cao đến nỗi chúng có thể ion hoá các va chạm trong phạm vi
vật liệu, giải phóng nhiều điện tử hơn. Hiệu ứng này có thể làm cho hệ số tăng cao đến
tận 1,000, tăng tính nhạy cảm của thiết bị một cách đáng kể.
Trong những phần đã đề cập trước đây, người ta cho rằng đi ốt quang tạo một dòng
trạng thái ổn định tỷ lệ với thông lượng phôtôn tới. Như một sự lựa chọn, chúng có thể
hoạt động trong chế độ tích hợp (integrating mode). Bởi vì tiếp giáp đi ốt quang biểu thị
cho điện dung, nên nó mang điện tích của chiều phân cực có xu hướng đảo (reversebiased polarity). Tiếp sau đó, chất quang dẫn làm giảm điện tích tại vận tốc tỷ lệ với
thông lượng phôtôn tới. Nếu như đi ốt quang được tích điện lại với điện áp cụ thể nào đó
một cách định kỳ, thì điện tích u cầu (số các điện tử) phải tỷ lệ với tích phân của thông
lượng phôtôn tới đối với chu kỳ giữa các lần tích điện lại. Vì thế, trong chế độ tích hợp,
đi ốt quang khơng cảm nhận được thơng lượng phơtơn tức thời, nhưng lại cảm nhận

được tích phân thơng lượng phôtôn đối với một chu kỳ thời gian nào đó.
Có hai nhân tố giới hạn dải động hoạt động của các đi ốt quang trong chế độ tích hợp.
Đầu tiên, điện dung tiếp giáp nhỏ làm giới hạn sự tích điện ban đầu. Thứ hai, luồng tối,
luồng lưu thơng mà khơng cần ánh sáng chiếu vào, từ từ phóng điện vào đi ốt quang.
Các nhân tố này giới hạn chu kỳ tích hợp tới một vài mili giây và dải dộng khoảng 100
đến 1 ở nhiệt độ trong phòng. Bởi vì luồng tối nhậy cảm với nhiệt độ, nên việc làm mát
đi ốt quang thực tế là để làm tăng đáng kể số lần tích hợp.
Transistor quang. Transistor quang là thiết bị bán dẫn ba lớp được gắn vào miếng
nhựa hồn tồn hoặc miếng nhựa có gắn một thấu kính bên trên để cho phép ánh sáng
chiếu tới lớp tiếp giáp transistor (Hình 2-6). Các phơtơn va chạm với nhau giải phóng
các cặp điện tử-lỗ hổng trong lớp tiếp giáp cực góp-đáy (collector-base). Sự chuyển
động của những vật mang này tạo thành dòng điện đáy trong transistor. Dòng điện cực
góp tỷ lệ với dịng điện đáy nhân với hệ số tăng dịng (beta) của transistor. Nhìn bề
ngồi, transistor quang hoạt động giống như đi ốt quang, ngoại trừ tính nhậy cảm cao.
Tuy nhiên, các yêu cầu về tốc độ và tính tuyến tính đã bức chế (dictate) sự xếp đặt trong
thiết kế transistor, những xếp đặt này sẽ quyết định các giới hạn tăng dịng có thể đạt
được. Cả transistor quang lẫn đi ốt quang đều có sự phản ứng nhanh và ổn định đối với
những thay đổi của cường độ ánh sáng, chúng tạo ra những bộ cảm biến điểm (point
sensor) tuyệt vời cho ảnh số hoá.

16


HÌNH 2-6

Hình 2-6 Transistor quang

2.4.3 Các cơ chế qt
Trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến những kỹ thuật được sử dụng để di chuyển
điểm quét hay chiếu sáng trên ảnh. Chúng ta sẽ xem xét các nguồn sáng, các bộ cảm

biến và hoạt động của các cơ chế quét với nhau trong các hệ thống số hoá ảnh ở phần
tiếp theo.
Thiết bị qt cơ khí. Hình 2-7 trình bày hai phương pháp cơ khí dùng cho quét ảnh:
trống quay (rotating drum) và trục bước (lead screw). Từng phần hoặc toàn bộ của một
ảnh chụp được bọc trong một trống hình trụ, trống này được quay để kéo ảnh qua một lỗ
ống kính cố định. Thao tác này thực hiện việc quét ảnh theo một hướng. Lỗ ống kính
quét có thể đặt trên trục bước nhằm di chuyển lỗ ống kính ngang qua ảnh. Trong hình,
trống quay và trục bước được kết hợp để tạo ra bộ quét ảnh hai chiều. Nếu trục bước
quay liên tục trong các bước, thì đường quét là đường xoắn ốc, nhưng thường thì đường
này là con số xấp xỉ thích hợp với quét thẳng.
Tốc độ hoạt động của các thiết bị quét cơ khí như trên bị giới hạn, nhưng có thể cung
cấp một ảnh lớn có độ ổn định hình học tốt với giá thành khá thấp.

HÌNH 2-7

Hình 2-7 Cơ chế qt cơ khí
Quét chùm điện tử. Một vài thiết bị điện tử hữu ích trong ảnh số hố và qt ảnh
hiển thị bằng chùm điện tử. Hình 2-8 minh hoạ hai phương tiện làm lệch hướng chùm
điện tử quét.

17


HÌNH 2-8

Hình 2-8 Sự lệch hướng chùm điện tử
Sự lệch hướng tĩnh điện. Một chùm điện tử, sinh ra bởi một súng điện tử ở đáy ống,
bị cực dương tích điện hút về phía mục tiêu. Chùm điện tử đi qua giữa các tấm kim loại
làm lệch hướng tĩnh điện, điện trường tác động một năng lượng lên các điện tử, làm thay
đổi hướng đi của chúng, góc lệch hướng phụ thuộc vào tốc độ chùm và thế điện giữa các

tấm kim loại. Bằng cách điều khiển điện thế, ta có thể làm cho chùm điện tử tác động
đến bất cứ điểm nào trên đích.
Sự lệch hướng từ tính. Từ trường nằm ngang cũng có thể được sử dụng để làm lệch
hướng chùm điện tử. Năng lượng trên hạt tích điện chuyển động trong từ trường là
vectơ, sản phẩm của vận tốc hạt và từ trường. Vì vậy, trong hình 2-8, các điện tử tích
điện âm sẽ bị lệch hướng xuống phía dưới.
Tiêu điểm chùm. Các chùm điện tử cũng phải được tập trung thành một điểm nhỏ
trên đích. Giống như sự lệch hướng, điều này có thể được thực hiện bằng các phương
tiện tĩnh điện hay điện từ. Sự kém hội tụ của chùm điện tử dẫn đến các điểm quét lớn và
độ phân giải thấp.

2.5 CAMERA ỐNG ẢNH ĐIỆN TỬ (ELECTRONIC IMAGE TUBE)
Các ống ảnh điện tử là thiết bị đầu tiên được sử dụng phổ biến để quan sát trong việc
cảm nhận ảnh truyền hình. Chúng khơng phải là thiết bị bán dẫn, mặc dù chúng vẫn đảm
trách một phần quan trọng trong q trình số hố ảnh.

2.5.1 Ống camera vidicon
Hình 2-9 minh hoạ cấu trúc vidicon, một kiểu chung của ống cảm nhận ảnh truyền
hình. Vidicon là một vỏ bọc thuỷ tinh hình cầu chứa súng điện tử ở một đầu, đích và tấm
mặt (faceplate) ở đầu kia. Ống được bao quanh bởi một cái kẹp chứa tiêu điểm điện từ
cuộn lái tia. Bên trong tấm mặt được phủ một lớp mỏng chất quang dẫn lên trên màng
kim loại mỏng trong suốt. Lớp kép này tạo thành đích (target). Một điện tích âm nhỏ
được cung cấp cho lớp kim loại bao phủ của đích, phía sau lớp này là tấm chắn bằng dây
mịn, gọi là mạng lưới (mesh).
Các điện tử tới giảm tốc độ sao khi xuyên qua mạng lưới và chúng đạt đến đích với
vận tốc xấp xỉ zero. Trong bóng tối, chất quang dẫn có tác dụng như chất cách ly, khơng
cho phép điện tử chảy qua tấm mỏng tích điện âm. Tác dụng của chùm điện tử là để đặt
một lớp điện tử lên bề mặt bên trong chất quang dẫn nhằm cân bằng điện tích âm của lớp
phủ kim loại. Vì thế, sau khi chùm điện tử hoàn thành việc quét, chất quang dẫn có vẻ
như là một tụ điện có một mặt được tích điện âm và điện tích bề mặt các điện tử ở mặt

kia.
Khi ánh sáng va đập vào một khu vực nhỏ của chất quang dẫn, các điện tử bắt đầu
lưu thông qua, làm rỗng cục bộ lớp điện tích bề mặt. Vì thế, nếu một ảnh quang học
được thực hiện trên đích, chất quang dẫn sẽ thốt ra điện tử cho đến khi ảnh điện tử
18


được thực hiện trên mặt sau của đích. Nghĩa là điện tử sẽ xuất hiện ở vùng tối mà khơng
có mặt ở vùng sáng.
Khi chùm điện tử qt đích, nó thay thế các điện tử bị mất, lưu giữ điện tích bề mặt
khơng thay đổi. Khi các điện tử bị thay thế, một dịng điện sẽ lưu thơng trong mạch điện
ngồi của đích. Vì thế, dịng điện này tỷ lệ với số điện tử yêu cầu có trong vật mang và
với cường độ ánh sáng tại điểm đó. Nó cũng tỷ lệ với vận tốc chùm quét.
Sự biến thiên của dịng điện trong mạch điện đích tạo ra tín hiệu video. Chùm điện tử
quét đi quét lại bề mặt đích, thay thế điện tích bị mất. Đích vidicon là bộ cảm biến tích
hợp với chu kỳ bằng tốc độ quét.
Quy tắc quét. Hình 2-10 minh hoạ quy tắc quét RS-170 (Hiệp hội cơng nghiệp điện
tử-EIA), nó là tiêu chuẩn cho quảng bá truyền hình đơn sắc ở Mỹ. Chùm quét lên tồn
bộ bề mặt đích với 525 dịng qt ngang, tốc độ 30 lần/giây. Tuy nhiên, các dịng khơng
được qt theo thứ tự kế tiếp, bởi vì nếu tốc độ làm tươi màn hình TV là 30 lần/giây thì
mắt sẽ nhận thấy sự rung hình rất khó chịu. Thay vào đó, một qui tắc quét đan xen
(interlaced) được sử dụng để mang lại tốc độ làm tươi màn hình 60 lần/giây.

HÌNH 2-10

Hình 2-10 Quy tắc qt RS-170
Mỗi khung hình được hợp lại từ hai trường đan xen, mỗi trường bao gồm 262.5 dịng.
Trường đầu tiên của khung hình qt tồn bộ các dòng lẻ, trong khi trường thứ hai quét
tất cả các dịng chẵn xen vào. Q trình đan xen mang lại tốc độ 60 lần/giây nhằm giảm
thiểu sự rung hình, trong khi tốc độ 30 khung hình/giây làm giảm yêu cầu về độ rộng dải

tần của tín hiệu truyền.
Mỗi dòng quét ngang đòi hỏi 83% của 63.5 s, hay xấp xỉ 50 s. Từng khung hình có
525 dịng, mỗi trường bị mất 21 dòng kẻ lại thẳng đứng, còn lại 483 dòng thực sự cho
mỗi khung. Dải tần của tín hiệu video tiêu chuẩn mở rộng lên đến 4.5 MHz, cho phép
thực hiện 255 chu kỳ, hoặc thông tin của khoảng 550 điểm ảnh. Chủ đề lấy mẫu và độ
phân giải nằm ở chương 15.
Các quy tắc quét màu. Tiêu chuẩn định thời RS-170A (NTSC) cho truyền hình màu
chỉ khác chút ít so với quy tắc RS-170. Nó được thiết kế để điều tiết truyền màu trong
khi vẫn duy trì tính tương thích của các máy thu đơn sắc hiện có. Mỗi quốc gia khác
nhau sử dụng các quy tắc quét khác nhau. Ví dụ, chuẩn Comité Consultatif International
des Radiocommunications (CCIR), được sử dụng nhiều ở Châu Âu, dùng khung hình có
625 dịng qt đan xen, mỗi dịng khoảng 768 điểm ảnh và có tốc độ 25 khung/giây.
Người ta có thể sử dụng camera vidicon đơn giản như một bộ số hoá ảnh bằng cách
sử dụng bộ chuyển đổi tương tự-số nhanh (fast ADC) để lấy mẫu tín hiệu video. Để thu
19


được xấp xỉ 500 điểm trên một dòng, tuy nhiên vấn đề lấy mẫu tín hiệu video phải được
thực hiện 100 nano giây một lần. Bộ giữ khung hình (frame grabber) là bộ số hóa lưu giữ
luồng dữ liệu tốc độ cao trong bộ nhớ bán dẫn và sau đó đưa ra thiết bị lưu giữ lâu dài
hơn với tốc độ chậm hơn.
Họ Vidicon. Mục tiêu của vidicon tiêu chuẩn là tạo ra vật liệu quang dẫn Selen. Một
ống tương tự, plumbicon, có đích ơxit chì. Các họ hàng khác của Vidicon, có tên gọi
nghe tương tự, khác nhau chủ yếu về cấu tạo của vật liệu quang dẫn. Plumbicon là một
cái gì đó nhạy cảm hơn Vidicon và phản ứng nhanh hơn đối với ảnh hay thay đổi, nhưng
độ phân giải thấp hơn một chút. Các thành viên khác của gia đình này trội hơn về các
đặc tính ảnh khác nhau, tuỳ thuộc bản chất của vật liệu.

2.6 CAMERA BÁN DẪN (Solid-state cameras)
Loại bộ cảm biến ảnh được phát triển gần đây nhất là dãy các bộ cảm biến bán dẫn tự

quét điện tử (electronic self-scanning solid-state sensor). Ba loại chủ yếu là dãy thiết bị
ghép điện (CCD), dãy phun (injection) điện (CID) và dãy đi ốt quang. Tất cả các thiết bị
này đều có một dãy các vị trí cảm biến ánh sáng vng góc hay tuyến tính trên một chip
tổ hợp (integrated circuit) đơn.

2.6.1 Dãy đi ốt quang
Dãy đi ốt quang tự quét (Hình 2-11) bao gồm một dãy các bộ cảm biến đi ốt quang và
chuỗi các chuyển mạch mạch điều khiển liên kết trên cùng một chip. Các đi ốt quang
hoạt động trong chế độ tích hợp ánh sáng. Sự đáp lại các xung đồng hồ bên ngồi, các
chuyển mạch của mạch đóng kế tiếp nhau, cho phép điện dung tiếp giáp được nạp điện
lại bằng mạch điện ngồi. Xung của dịng điện tải, IC, tỷ lệ với toàn bộ lượng ánh sáng
chiếu lên đi ôt trong suốt chu kỳ giữa các lần quét. Lượng khá lớn mạch liên kết, mạch
này phải được chế tạo trên một chip, thực tế đã giới hạn kích thước các dãy đi ốt quang.
Thơng thường nhất thì chúng được chế tạo từ các dãy một chiều, dài giống như những
cái đã dùng trong các máy quét bản sao.

ẢNH 2-11

Hình 2-11 Dãy đi ốt quang tự quét

2.6.2 Thiết bị ghép điện (Charge-Couple Divice - CCD)
Các chip CCD được chế tạo trên một chip silicon tinh thể nhậy sáng, nhe đã đề cập
trước đây. Một dãy các bộ tách sóng quang nằm vng góc với nhau (các nguồn điện
20


thế) được gắn vào nền silicon. Các quang điện tử sinh ra trong khu vực này được nguồn
điện thế gần nhất nắm giữ và được dịch chuyển (shift) như một gói điện tích (charge
parket) xuống chuỗi các nguồn đến khi đạt đến một cực ngồi. Những kiến trúc khác
nhau có thể được dùng để đưa điện tích tích luỹ ra khỏi các thiết bị cảm nhận ảnh: kiến

trúc khung đầy đủ (full-frame) hay cổ điển, kiến trúc truyền đan xen dịng (interline
transfer) và kiến trúc truyền khung (frame-transfer) (Hình 2-12).

HÌNH 2-12

Hình 2-12 Cấu trúc thiết bị ghép (CCD); (a) khung đầy đủ;
(b) truyền đan xen dòng; (c) truyền khung
Thiết bị ghép khung đầy đủ (Full-frame CCD). Sau khi phơi ra ánh sáng, CCD
khung đầy đủ phải được che phủ để giữ cho nó ở trong bóng tối trong suốt quá trình đưa
số liệu ra ngồi. Sau đó nó dịch chuyển ảnh điện tích ra khỏi hàng dưới cùng của các
nguồn cảm biến, mỗi lần một điểm ảnh. Khi hàng dưới cùng rỗng, thì điện tích trên tất
cả các hàng được dịch chuyển xuống một hàng và điện tích lại được dịch chuyển khỏi
hàng dưới cùng. Quá trình này được lặp lại cho đến khi điện tích ở hàng trên cùng được
dịch chuyển xuống dưới cùng và đưa ra khỏi hàng dưới cùng của nguồn cảm biến. Khi
đó thiết bị lại sẵn sàng để tích hợp (integrate) ảnh khác.
Thiết bị ghép truyền đan xen dòng (Interline-Transfer CCD). Trong CCD truyền
đan xen dòng, mỗi cột tiếp theo của các bộ cảm biến được che bởi một mặt nạ chắn
sáng. Các cột của các nguồn được che kín này chỉ được dùng trong quá trình đưa số liệu
ra. Sau khi phơi bày ra ánh sáng, gói điện tích trong mỗi nguồn phơi sáng được dịch
chuyển sang nguồn che kín sát bên cạnh. Sự truyền tải này địi hỏi rất ít thời gian vì tất
cả các gói điện tích đều được dịch chuyển cùng một lúc. Điện tích trong các cột che kín
được dịch chuyển xuống và đưa ra ngoài theo cách tương tự như CCD cổ điển. Trong
một bộ cảm biến của loại này, số lượng điểm ảnh trên một dòng bằng một nửa số lượng
nguồn trên một hàng thực tế có trên chip. Ít hơn 50% của chip là nhạy sáng vì các cột
che kín chiếm giữ một nửa bề mặt chip.
Thiết bị ghép truyền khung (Frame-Transfer CCD). Chip CCD truyền khung có
dãy cảm biến dài gấp đơi. Nửa trên cảm nhận ảnh theo cách tiêu chuẩn, nửa dưới-mảng
lưu trữ-được một mặt nạ chắn sáng ngăn cản ánh sáng tới. Cuối chu kỳ tích hợp, tồn bộ
ảnh điện tích mà đã tích luỹ trong dãy cảm biến được nhanh chóng dịch chuyển từng
hàng sang mảng lưu trữ. Từ đây nó lại được dịch chuyển từng điểm ảnh ra ngoài theo

cách tiêu chuẩn, trong khi dãy cảm biến tích hợp ảnh tiếp theo. Giống như truyền đan
xen dịng, cơng nghệ này đồng thời tích hợp và đưa số liệu ra, làm cho việc cảm nhận
ảnh tốc độ video (video-rate) có thể thực hiện được.
21


Hiệu suất CCD. Có hiêu lực trong nhiều cấu hình khác nhau, các CCD gây ra một
dòng các camera bán dẫn lổn nhổn và chen chúc cho cả cách sử dụng truyền hình lẫn các
ứng dụng số ảnh. Các camera này khơng bị ràng buộc hình học và tuyến tính ở mức độ
cao đối với sự phản ứng ánh sáng của chúng. Các CCD nổi bật lên như thiết bị được
chọn cho nhiều ứng dụng cảm nhận ảnh.
Các CCD có thể được quét với tốc độ truyền hình (30 khung/giây) hoặc chậm hơn.
Bởi vì chúng có thể tích hợp cho các chu kỳ từ vài giây đến hàng giờ để thu giữ
(capture) các ảnh mức sáng thấp, nên chúng được sử dụng trong thiên văn học và kính
hiển vi huỳnh quang. Các lần tích hợp dài địi hỏi bộ cảm biến phải được làm mát dưới
nhiệt độ trong phòng để giảm hiệu ứng luồng tối (dark current). Luồng tối có thể lấp đầy
các nguồn bằng các nhiệt điện tử trước khi các quang điện tử có cơ hội chiếm chỗ. Do
những khiếm khuyết tronglưới tinh thể, luồng tối có thể biến đổi từng điểm ảnh một
cách đáng kể, đặc biệt trong các chip rẻ hơn. Điều này để lại một mơ hình nhiễu cố định
trơng như đám sao trên trời. Vì mơ hình là ổn định, nó có thể ghi lại hay loại ra, trừ phi
luồng tối được làm bão hoà các nhiệt điện tử của nguồn.
Nhiễu dữ liệu đầu ra là nhiễu ngẫu nhiên sinh ra bởi các điện tử trên chip. Nó dao
động từ một vài đến nhiều điện tử trên một điểm ảnh, tuỳ thuộc vào thiết kế chip và trở
nên tồi tệ hơn khi mà điện tích được đưa ra với tốc độ nhanh hơn. Nhiễu dữ liệu đầu ra
thường là yếu tố nhiễu trội (dominant) với thời gian phơi sáng ngắn, điều kiện ánh sáng
thấp, nơi mà luồng tối và các thành phần nhiễu phôtôn nhỏ.
Nhiễu phôtôn xảy ra do bản chất lượng tử của ánh sáng. Ví dụ, một CCD trung bình
được 100 phơtơn/điểm ảnh/giây chiếu vào, số lượng phôtôn thực tế va đập vào bất cứ
điểm ảnh riêng biệt nào tại bất kỳ thời điểm nào là một số ngẫu nhiên. Theo thống kê, số
ngẫu nhiên này có phân bố Poisson, như vậy độ lệch tiêu chuẩn của nó bằng với căn bậc

hai trun bình độ lệch. Trong ví dụ đã đề cập ở trên, số lượng phơtơn trung bình tới trên
các điểm ảnh là 100 với độ lệch tiêu chuẩn là 10. Tổng quát, phần tử nhiễu phôtôn là căn
bậc hai lượng điện tử tích luỹ cho một nguồn (chẳng hạn các quang điện tử cộng với các
nhiệt điện tử). Nhiễu này thường trở nên nguồn nhiễu trội dưới những điều kiện phơi
sáng cao hay luồng tối cao.
Điện tích đã nhiễm trong một điểm ảnh phải được dịch chuyển từ nguồn sang nguồn
nhiều đến tận hàng nghìn lần hoặc hơn nữa (tuỳ thuộc vào vị trí của nó và kích thước
dãy) trước khi rời khỏi chip. Điều này yêu cầu khả năng truyền điện tích là cực kỳ cao,
hoặc lượng quang điện tử đáng kể sẽ bị mất trong quá trình đưa số liệu ra.
Thường thường, một nửa hay nhiều hơn một nửa diện tích của bộ cảm biến được bao
phủ bởi mạch truyền điện tích chắn sáng, bỏ lại những lỗ hổng giữa các điểm ảnh. Bộ
cảm biến CCD phơi sáng quá lâu có thể làm cho ảnh loè loẹt bởi vì các quang điện tử
vượt quá mức quy định sẽ căng các điểm ảnh sát nhau ra. Những nhược điểm trong lưới
tinh thể là nguyên nhân gây ra điểm ảnh chết (dead pixel), điểm mà sẽ giữ các quang
điện tử. Vì điện tích bị dịch chuyển qua các điểm ảnh khi nó ra khỏi chip, nên một điểm
ảnh chết có thể xoá sạch tất cả hoặc một phần của một cột.

2.6.3 Thiết bị phun điện tích
Các bộ cảm biến CID lợi dụng các đặc tính qunag điện tử của silicon giống như các
CCD. Tuy nhiên, phương đưa dữ liệu ra của chúng khác nhau một cách đáng kể, điều
này mang lại các thuộc tính cảm nhận ảnh hồn tồn khác nhau.
Q trình hoạt động CID. Tại mỗi vị trí điểm ảnh, CID có hai điện cực gây ra
nguồn điện thế nằm sát nhau (Hình 2-13). Những điện cực này được tách rời nhau bỏi
một lớp mỏng ôxit kim loại cách điện lên trên bề mặt silicon. Một điện cực được nối với
22


một điện cực của tất cả các điểm ảnh khác trong cùng một cột với nó, trong khi các điện
cực khác được nối với tất cả các điểm ảnh trong cùng một hàng với nó. Vì vậy, một
điểm ảnh đơn có thể được đánh địa chỉ bằng cách chọn địa chỉ hàng và cột của nó.


HÌNH 2-13

Hình 2-13 Cấu trúc bộ cảm biến CID
Khi cả hai điện cực tại vị trí một điểm ảnh cùng tích điện thế dương, chúng sẽ tích luỹ
các quang điện tử. Đây là chế độ tích hợp. Nếu tất cả các hàng và các cột được tích điện
dương thì tồn bộ chip tích luỹ một ảnh.
Khi một điện cực đạt đến (hoặc dưới) không vôn, các quang điện tử đã tích luỹ sẽ
dịch chuyển xuống vị trí điện cực thứ hai bên dưới. Sự dịch chuyển này tạo ra một xung
hiện hành trong mạch điện ngồi nối với điện cực thứ hai. Kích thước của xung hiện
hành phản ánh khối lượng điện tích quang điện tử đã tích luỹ. Các quang điện tử đã tích
luỹ ở lại trong nguồn sau khi dịch chuyển. Đây là chế độ đưa dữ liệu ra tích cực
(nondestructive). Điểm ảnh được đọc đi đọc lại bằng cách dịch chuyển điện tích đi tới đi
lui mà khơng mất đi.
Khi điện cực thứ hai cũng đạt đến (hoặc dưới) không vôn, các quang điện tử đã tích
luỹđược kích thích, hay được phun (inject), vào nền cơ bản, tạo ra một dòng điện lưu
thơng trong mạch điện ngồi. Hơn nữa, kích thước xung hiện hành phản ánh khối lượng
điện tích quang điện tử đã tích luỹ. Tuy nhiên, q trình này bỏ lại nguồn trống rỗng
điện tử. Vì vậy, nó được gọi là chế dộ đưa dữ liệu ra tiêu cực (destructive). Nó được sử
dụng để tổ chức chip tích hợp ảnh khác.
Mạch điện gắn vào chip điều khiển điện áp các điện cực hàng và cột theo yêu cầu để
tích hợp một ảnh và đưa nó ra ngồi một cách tích cực hay tiêu cực. Điều này cho phép
CID đánh địa chỉ các điểm ảnh riêng biệt theo bất kỳ thứ tự nào, để cho các ảnh thành
phần (subimages) có kích thước bất kỳ có thể được đọc ra với tốc độ bất kỳ. Khả năng
đưa dữ liệu ra ngồi tích cực cho phép ta quan sát ảnh khi nó tích luỹ trên chip, đọc lại
nó liên tục (hàng giờ) mà khơng xố bỏ nó. Điều này hữu ích khi khơng biết độ dài
chính xác của chu kỳ tích hợp. Người ta cũng có thể tính trung bình nhiều dữ liệu đưa ra
tích cực của cùng một ảnh với nhau để giảm ảnh hưởng của nhiễu ngẫu nhiên sinh ra bởi
mạch đưa dữ liệu ra ngồi.
Q trình hoạt động CID. Các CID ít bị ảnh hưởng nhoè màu (blooming) và mối

hại bức xạ hơn các CCD và vì vậy có ích dưới những điều kiện môi trường và ánh sáng
gay gắt. Tránh được sự nh màu do khơng có sẵn kết nối đường nhỏ (pathway) các
nguồn gần kề (tuy có trong CCD) và các quang điện tử quá mức quy định được thu hút
bởi nền cơ sở chứ không tràn sang các điểm ảnh lân cận. Ngoài ra, với phương pháp đưa
23


dữ liệu ra tích cực, chương trình điều khiển có thể giám sát sự lấp đầy các nguồn và kích
thích (flush) các điểm ảnh riêng lẻ trở nên đầy đủ trước khi hết chu kỳ tích hợp.
Bởi vì các CID khơng dịch chuyển điện tích của chúng qua mảng, nên khơng có khái
niệm về hiệu suất truyền điện tích. Khơng giống như trường hợp của CCD, một nhược
điểm trong lưới tinh thể làm ảnh hưởng đến duy nhất một điểm ảnh trong vùng gần nhất.
Hơn nữa, về bản chất thì toàn bộ vùng bề mặt là nhạy sáng, thực sự khơng có các lỗ
hổng giữa các điểm ảnh.
Các CID ít nhạy sáng hơn một cách đáng kể so với các CCD. Chúng được sử dụng
trong các ứng dụng thiết kế cho mục đích riêng, mà trong đó truy cập ngẫu nhiên của
chúng, đưa dữ liệu ra tích cực và các đặc tính chống nhoè màu đặc biệt quan trọng.
(Chú ý: Những giải thích trước đây về CID và CCD giả thiết rằng silicon được chuẩn
bị như một bán dẫn loại N, chứa các điện tử như là các vật mang điện tích chủ yếu.
Trong thực tiễn, thơng thường các CID chế tạo từ silicon loại P, trong đó các vật mang
điện tích là [dương] các lỗ hổng và các điện cực hàng và cột tích điện áp âm, chứ khơng
phải điện áp dương trong suốt q trình tích hợp.)

2.7 QT FILM
Sự chụp ảnh thường đóng một vai trị quan trọng trong xử lý ảnh số, cả trước số hoá
và sau hiển thị. Trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến quá trình chụp ảnh một vài
nghiên cứu áp dụng cho các máy quét film.

2.7.1 Hệ số truyền và mật độ
Khi một phần ánh sáng tới (không phải tất cả) không chiếu lên đối tượng không trong

suốt mà cũng không chắn sáng. Có hai cách thơng thường để đo lường tính chất truyền
ánh sáng từng phần: về mặt hệ số truyền và về mặt mật độ quang học (OD). Hệ số
truyền của đối tượng bên trái hình 2-14 cho bởi

T1 

I2
I1

0  T1  1

(1)

trong đó I1 là mật độ thông lượng phôtôn tới và I2 là mật độ thông lượng phôtôn được
truyền. Hệ số truyền đơn thuần là yếu tố mà một đối tượng làm suy giảm (attenuate)
cường độ ánh sáng và hạn chế (confine) trong khoảng từ 0 đến 1. Mật độ quang học của
đối tượng bên trái là

D1  log

I1
1
 log   log T1
I2
T1

(2)

và hạn chế trong khoảng từ 0 đến , bởi vì mật độ quang học của đối tượng chắn
sáng tiến đến vô cùng.

Hai đối tượng trong hình 2-14 được sắp xếp nối tiếp nhau trên đường đi của ánh sáng
và vì thế chúng chồng lên nhau (superimpose). Hệ số truyền kết hợp là

T3 

I3 I3 I2

 T1T2
I1 I 2 I 1

(3)

24


HÌNH 2-14

Hình 2-14 Mật độ, hệ số truyền và sự xếp chồng lên nhau
Nhưng ngược lại, mật độ quang học kết hợp là

D3  log

I1
1
1
1
 log
 log  log  D1  D2
I3
T1T2

T1
T2

(4)

Vì vậy, khi các đối tượng hấp thụ ánh sáng được chồng lên nhau, mật độ quang học
của chúng được cộng thêm, hệ số truyền của chúng được nhân lên. Trong chương 7,
chúng ta sẽ sử dụng những thuộc tính này để loại bỏ thơng tin chồng lên khơng mong
muốn trong q trình xử lý.

2.7.2 Q trình chụp ảnh
Film chụp. Cấu trúc film chụp được minh hoạ trong hình 2-15. Nền film là thuỷ tinh
hoặc tấm axetat dẻo, trong suốt có độ bền cơ học giốn như film. Nền được tráng một lớp
nhũ tương các hạt muối bạc dày từ 5 đến 25 micron. Các hạt (grain) là hợp chất halogen
của bạc-clorua bạc, brômua bạc hay tinh thể iơtđua bạc.

HÌNH 2-15

Hình 2-15 Q trình chụp ảnh
Trong suốt q trình tạo film, các hạt halogen bạc được kích hoạt để chúng có tính
cảm quang. Trong q trình phơi sáng, các phần nhũ tương khác nhau tiếp nhận các
cường độ ánh sáng khác nhau. Khi hạt halogen bạc hấp thụ phôtôn, một hoặc nhiều phân
tử bị biến đổi thành bạc và hạt trở thành phơi sáng (exposed).
Rửa film (film development). Quá trình rửa film biến đổi các hạt halogen bạc thành
bạc. Tuy nhiên, sự phản ứng lại quá trình biến đổi tiếp diễn trên các hạt phơi sáng nhanh
hơn trên các hạt không phơi sáng. Sau một chu kỳ thời gian thích hợp, đa số các hạt phơi
sáng và chỉ một vài hạt không phơi sáng bị biến đổi. Ở bước cuối cùng, các hạt không bị
biến đổi được rửa khỏi nền film. Vì thế, film được rửa có tráng một lớp bột bạc với độ
25



dày khác nhau. Trong các vùng bị phơi sáng nhiều, tồn bộ độ dày của lớp nhũ tương
được duy trì, đem alị một mật độ cực đại. Tại các vùng không phơi sáng, những hạt
halogen bạc hầu như chuyển động hoàn toàn, để lại duy nhất một mức vết mờ (fog level)
xấp xỉ 0.04 mật độ quang học.
Sự phản ứng lại ánh sáng của nhũ tương (Emulsion response to light). Hình 2-16
cho thấy một phương tiện thích hợp cho việc mơ tả đặc tính phản ứng lại ánh sáng của
nhũ tương. Sự phản ứng lại được gọi là đồ thị D-log E hay đồ thị H và D, do lấy hai chữ
cái đầu của Hurter và Driffield. Đồ thị đưa ra mật độ film rửa như hàm logarit của sợ
phơi sáng. Với thời gian phơi sáng hợp lý, từ vài mili giây đến hàng giây, sự phơi sáng
có thể được đo lường như là kết quả của mật độ thông lượng năng lượng bức xạ nhân
với khoảng thời gian tồn tại. Sự tương đương giữa cường độ và thời gian phơi sáng này
được gọi là quy luật trao đổi lẫn nhau (reciprocity law). Quy luật bị phá vỡ vào những
khoảng thời gian phơi sáng cực kỳ dài hoặc cực kỳ ngắn gọi là thiếu khả năng trao đổi
lẫn nhau (reciprcity failure).

HÌNH 2-16

Hình 2-16 Đồ thị đặc tính của nhũ tương
Tổng mức vết mờ (mức vết mờ của nhũ tương cộng với mật độ cơ bản) đặt mật độ
film không phơi sáng tối thiểu. Mật độ tối đa được giới hạn bởi độ dày và kích thước hạt
nhũ tương. Trên khắp phạm vi phơi sáng tương đối rộng, quan hệ giữa mật độ với logarit
của sự phơi sáng là xấp xỉ tuyến tính. Đây là phạm vi làm việc bình thường của nhũ
tương ảnh. Độ dài toạ độ trong phần tuyến tính là bề rộng của nhũ tương. Chỗ dốc của
đồ thị trong phần thẳng gọi là gamma () và nó biểu thị sự tương phản của nhũ tương. Ở
bên kia đỉnh đồ thị là vùng đảo ngược, ở đây phơi sáng liên tục sẽ dẫn đến giảm mật độ.
Các đặc tính của nhũ tương. Kích thước hạt và độ dày của nhũ tương xác định
nhiều đặc tính quan trọng của film. Ví dụ, mật độ tối đa cao chỉ có thể tồn tại với nhũ
tương mỏng. Tuy nhiên, độ phân giải cao đòi hỏi trong nhũ tương các hạt phải nhỏ để
tránh sự tán xạ ánh sáng bên trong nhũ tương. Những film có tính nhạy cảm cao mà phải

làm việc với các mức ánh sáng thấp yêu cầu nhũ tương mỏng chứa tương đối ít hạt. Vì
thế, film nào cũng là sự kết hợp giữa sự ép buộc đối kháng (opposing constraint) của độ
phân giải, tính nhạy cảm và mật độ tối đa. Tuy nhiên, thường có thể tìm thấy q nhiều
nhũ tương có sự kết hợp thích ứng. Nói chung, hiệu suất tốc độ (tính nhạy cảm) của nhũ
tương thấp hơn, gamma và độ phân giải của nó sẽ cao hơn, trong khi tính có chất hạt
(granularity) và bề rộng của nó sẽ thấp hơn. Tính chất có hạt do sự phân bố hạt ngẫu
nhiên bên trong nhũ tương. Dẫn đến hiện tượng có hạt trở nên rõ ràng hơn như khi tăng
mật độ.
26


Mật độ tối đa của ảnh tương phản thấp đạt được khi ảnh được phơi sáng (expose) và
rửa (develop) với film có mật độ quang học nằm trong khoảng 0.8 đến 1.2. Ở bên dưới
khoảng đó, chân đồ thị H và D sẽ giảm sự tương phản, trong khi tính chất có hạt trở nên
phức tạp hơn tại những mật độ cao hơn.
Đồ thị H và D đối với một nhũ tương riêng biệt biến thiên với các tham số của q
trình rửa. Ví dụ, sự hiện ảnh q già (overdevelopment) có khuynh hướng dịch chuyển
đồ thị về phía trái và tăng gamma Các kết quả có thể sản sinh ra, có thể dự đốn thu
được địi hỏi sự điều khiển phơi sáng cẩn thận và các tham số rửa.
Độ phân giải film. Mặc dù đồ thị H và D làm sáng tỏ sự phản ứng của nhũ tương
với ánh sáng, nhưng có vẫn khơng đề cập gì về độ phân giải của film. Hàm truyền đạt
điều biến (Modulation Transfer Function-MTF) (Hình 2-17) là cách thơng thường để chỉ
rõ những đặc tính phân giải của nhũ tương. Giả sử chúng ta đem nhũ tương phơi sáng
một cách định kỳ, với ánh sáng có cường độ cho bởi
log E  log E 0  sin( 2fx)

(5)

trong đó log E0 làm suy giảm phần giữa đoạn thẳng trong đồ thị H và D. Từ đồ thị H
và D, ta suy ra mật độ là

D ( x)  D0   sin( 2fx)

(6)

Tuy nhiên, khi tần số khơng gian f cao, kích thước hạt và sự tán xạ ánh sáng bên
trong nhũ tương sẽ làm giảm sự tương phản của những biến thiên mật độ hình sin. Vì
vậy, mật độ quan sát được là
D ( x)  D0  M ( f ) sin( 2fx)

0  M( f ) 1

(7)

HÌNH 2-17

Hình 2-17 Hàm truyền đạt điều biến
Trong đó M(f) biểu thị sự mất tương phản của ảnh như một hàm tần số không gian.
Đơn giản hoá định nghĩa độ phân giải ảnh hơn nữa, các nhà sản xuất thường đề cập đến
tần số độ phân giải giới hạn, fL. Đây là tần số khơng gian mà tại đó hàm truyền đạt điều
biến suy giảm đến 0.1 và nó xấp xỉ tương đương với giới hạn tầm nhìn.

27


2.7.3 Sao chụp (photocopying)
Ta thường không làm việc với những ảnh film nguyên bản, mà làm việc với những
bản sao chụp khác của ảnh film. Hình 2-18 minh hoạ cơ cấu sao chụp và chụp ảnh hiển
vi. Đặt mật độ ảnh gốc là Ds(x,y) và giả thiết rằng film sao chụp có đặc điểm như trong
hình 2-19. Giả sử mẫu vật được chiếu sáng từ phía sau với cường độ l0 trong khoảng thời
gian T. Nghĩa là lượng phơi sáng bắt đầu từ (x,y) và đi đến điểm (x’,y’) trên film là

E ( x ' , y ' )  l 0T 10  Ds ( x , y )

(8)

Đặt E0=l0T và lấy logarit cả hai vế
logE ( x' , y ' )  log E 0  Ds ( x, y )

(9)

HÌNH 2-18

Hình 2-18 Cấu hình bộ sao chụp

HÌNH 2-19

Hình 2-19 Đồ thị đặc tính nhũ tương lý tưởng
Trong miền tuyến tính ở Hình 2-19, mật độ được cho bởi
D (log E )  D fog   (log E  log E1 )

(10)

Kết hợp với biểu thức (9), ta được
D ( x' , y ' )  D fog   log E 0  Ds ( x, y )  log E1   D0  Ds ( x, y )

(11)
28


trong đó
D0  D fog   (log E 0  log E1 )  D (log E 0 )


(12)

Biểu thức 11 cho thấy rằng bản sao là film âm bản với mật độ giảm xuống thấp hơn
D0 và hệ số thay đổi độ tương phản .

2.8 TỔNG KẾT CÁC ĐIỂM QUAN TRỌNG
1. Các yếu tố cần thiết cho một bộ số hố ảnh bao gồm (1) lỗ ống kính lấy mẫu, (2)
một thiết bị quét, (3) một bộ cảm biến ánh sáng, (4) một bộ số hoá, và (5) một
phương tiện cho đầu ra.
2. Các đặc tính quan trọng của bộ số hố ảnh bao gồm (1) kích thước điểm ảnh, (2)
khoảng cách giữa các điểm ảnh, (3) số lượng điểm ảnh trên cột và trên dòng, (4) số
lượng mức xám, (5) tham số đo sáng (photometric) mà bộ số hố đo được, (6) tính
tuyến tính của sự đo lường đó, và (7) mức nhiễu.
3. Nguồn sáng bao gồm bóng đèn nóng sáng, đèn hồ quang, LED, laser và phốt pho.
4. Bộ cảm ánh sáng gồm có ống nhân quang, đi ốt quang, transistor quang và các bộ
cảm biến ánh sáng.
5. Q trình qt có thể được thực hiện với phương tiện cơ khí, chùm điện tử, và
mạch tổ hợp.
6. Ống ảnh điện tử tạo ra một tín hiệu video có thể lấy mẫu và số hóa.
7. Bộ cảm biến ảnh bán dẫn bao gồm ma trận đi ốt quang, thiết bị ghép (CCD) và
thiết bị phun điện tích (CID).
8. Những kiến trúc CCD được sử dụng phổ biến là khung đầy đủ, truyền đan xen
dòng và truyền khung.
9. Nguồn nhiễu CCD chủ yếu là dữ liệu đưa ra, tốc độ đưa dữ liệu ra tăng lên sẽ sinh
ra nhiễu; luồng tối tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 60C và nhiễu phôtôn tăng theo
căn bậc hai tổng số điện tử.
10. Các CCD được làm mát có thể tích hợp với chu kỳ thời gian dài để ghi ảnh mức
ánh sáng thấp.
11. Các CID ít nhạy sáng hơn các CCD, nhưng chúng có ít đối tượng bị nh màu và

thiệt hại do bức xạ, chúng có thể đưa dữ liệu ra ngoài bằng cách truy cập ngẫu
nhiên một cách tích cực.
12. Khi các đối tượng trong suốt một phần được chồng lên thì hệ số truyền của chúng
được nhân thêm, trong khi mật độ quang học của chúng được cộng vào.
13. Quá trình rửa nhũ tương chụp ảnh tạo ra mật độ quang học tương đối tỷ lệ với
logarit cường độ phơi sáng nhân thời gian phơi sáng.
14. Sự tương phản của nhũ tương chụp ảnh có thể được chỉ rõ bởi gamma, tỷ lệ
giữađộ dốc đồ thị mật độ và logarit sự phơi sáng của nhũ tương (đồ thị H và D của
nó).
BÀI TẬP
1. Một chip cảm nhận ảnh CCD truyền khung 480  640 điểm ảnh được sử dụng với
tốc độ video (thời gian phơi sáng 16.7 ms, tần số 14 MHz). Nó có các điểm ảnh
6.3  9.3 micron và một nguồn điểm ảnh dung lượng 20,000 điện tử. Mật độ điện
tích lưu trữ của chip so với mật độ 800 điện tử/m2 của diện tích nguồn đã đề cập
đến trong bài như thế nào? Chip có nhiễu dữ liệu ra 80 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ
10 MHz và 180 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 20 MHz. Giả thiết quan hệ là tuyến
tính, nhiễu dữ liệu ra là bao nhiêu tại tốc độ 14 MHz? Dải động là bao nhiêu?
29


2.

3.

4.

5.

Chip có hiệu suất lượng tử là 0.35 ở các bước sóng nhìn thấy và luồng tối là 6000
điện tử/giây/điểm ảnh ở 250C. Luồng tối của nó sẽ là bao nhiêu nếu chip được

làm mát ở 00C? Giả thiết rằng thông lượng ánh sáng tới là 2106
phôtôn/giây/điểm ảnh, bao nhiêu phần trăm dung lượng nguồn sẽ được lấp đầy
khi phơi sáng trong thời gian 16.7 ms? Với thời gian phơi sáng là bao lâu để bão
hoà nguồn (lấp đầy hoàn tồn)? Tại 250C, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu là bao nhiêu
(signal to noise ratio-SNR)? Mức nhiễu phơtơn của nó là bao nhiêu? Mức nhiễu
tổng cộng là bao nhiêu?
Một chip cảm nhận ảnh CCD khung đầy đủ 384  576 điểm ảnh có các điểm ảnh
23  23 micron và nguồn điểm ảnh dung lượng 175,000 điện tử. Mật độ điện tích
lưu trữ của chip so với mật độ 800 điện tử/m2 của diện tích nguồn đã đề cập đến
trong bài như thế nào? Chip có nhiễu dữ liệu ra 8 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 40
Hz và 24 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 200 kHz. Giả thiết quan hệ là tuyến tính, nó
sẽ có dải động là 10,000, 20,000 tại tần số đưa dữ liệu ra là bao nhiêu? Chip có
hiệu suất lượng tử là 0.40 ở các bước sóng nhìn thấy và luồng tối là 6.5 điện
tử/giây/điểm ảnh ở -450C. Luồng tối của nó là bao nhiêu ở 00C? Giả thiết rằng
thông lượng ánh sáng tới là 10,000 phôtôn/giây/điểm ảnh, bao nhiêu phần trăm
dung lượng nguồn sẽ được lấp đầy khi phơi sáng trong thời gian 20 giây? Với
thời gian phơi sáng là bao lâu để bão hoà nguồn (lấp đầy hoàn toàn)? Tại tốc độ
đưa dữ liệu ra 50 kHz và nhiệt độ 250C, thì thời gian phơi sáng là bao lâu để tỷ lệ
tín hiệu trên nhiễu SNR là 300? Tỷ lệ phần trăm nguồn được lấp đầy với thời gian
phơi sáng trên?
Một chip cảm nhận ảnh CCD khung đầy đủ 1,317  1,035 điểm ảnh có các điểm
ảnh 6.8  6.8 micron và nguồn điểm ảnh dung lượng 45,000 điện tử. Mật độ điện
tích lưu trữ của chip so với mật độ 800 điện tử/m2 của diện tích nguồn đã đề cập
đến trong bài như thế nào? Chip có nhiễu dữ liệu ra 5 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ
50 kHz và 13 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 500 kHz. Giả thiết quan hệ là tuyến tính,
nó sẽ có dải động là 4,000 tại tần số đưa dữ liệu ra là bao nhiêu? Chip có hiệu suất
lượng tử là 0.41 ở các bước sóng nhìn thấy và luồng tối là 0.02 điện tử/giây/điểm
ảnh ở -400C. Luồng tối của nó là bao nhiêu ở 250C? Giả thiết rằng thông lượng
ánh sáng tới là 2,000 phôtôn/giây/điểm ảnh, thời gian phơi sáng là bao lâu để bão
hoà nguồn (lấp đầy hoàn toàn)? Tại tốc độ đưa dữ liệu ra 4000 kHz và nhiệt độ

00C, thì thời gian phơi sáng là bao lâu để tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR là 200? Tỷ
lệ phần trăm nguồn được lấp đầy với thời gian phơi sáng trên?
Một chip cảm nhận ảnh CCD khung đầy đủ 2,048  2,048 điểm ảnh có các điểm
ảnh 9  9 micron và nguồn điểm ảnh có mật độ 1,049 điện tử/m2. Dung lượng
nguồn là bao nhêu? Chip có nhiễu dữ liệu ra 13 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 200
kHz và tại tốc độ 500 kHz. Dải động của nó là bao nhiêu? Chip có hiệu suất
lượng tử là 0.45 ở các bước sóng nhìn thấy và luồng tối là 0.25 điện tử/giây/điểm
ảnh ở -200C. Luồng tối của nó là bao nhiêu ở 250C? Giả thiết rằng thông lượng
ánh sáng tới là 20,000 phôtôn/giây/điểm ảnh, thời gian phơi sáng là bao lâu để
bão hoà nguồn (lấp đầy hoàn toàn)? Tại tốc độ đưa dữ liệu ra 400 kHz và nhiệt độ
-300C, thì thời gian phơi sáng là bao lâu để tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SNR là 150?
Tỷ lệ phần trăm nguồn được lấp đầy với thời gian phơi sáng trên? Mức nhiễu tổng
cộng là bao nhiêu?
Một chip cảm nhận ảnh CCD khung đầy đủ 3,072  2,028 điểm ảnh có các điểm
ảnh 9  9 micron và nguồn điểm ảnh có dung lượng 85,000 điện tử/điểm ảnh.
Chip có nhiễu dữ liệu ra 9 điện tử/điểm ảnh tại tốc độ 500 kHz và 20 điện tử/điểm
30


ảnh tại tốc độ 2 MHz. Tần số là bao nhiêu để có được dải động là 5,000? Chip có
hiệu suất lượng tử là 0.45 ở các bước sóng nhìn thấy và luồng tối là 0.05 điện
tử/giây/điểm ảnh ở -400C. Luồng tối của nó là bao nhiêu ở 250C? Giả thiết rằng
thông lượng ánh sáng tới là 8,000 phôtôn/giây/điểm ảnh, thời gian phơi sáng là
bao lâu để bão hoà nguồn (lấp đầy hoàn toàn)? Tại tốc độ đưa dữ liệu ra 1 MHz
và nhiệt độ -300C, thì thời gian phơi sáng là bao lâu để tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu
SNR là 256? Tỷ lệ phần trăm nguồn được lấp đầy với thời gian phơi sáng trên?
6. Theo bạn, với những điều kiện tổng quát nào của sự chiếu sáng, nhiệt độ và thời
gian phơi sáng, để quan sát thấy phần lớn nhiễu dữ liệu đưa ra trong ảnh được số
hoá từ một bộ cảm biến CCD? Với những điều kiện tổng quát nào của sự chiếu
sáng, nhiệt độ và thời gian phơi sáng, để quan sát thấy phần lớn nhiễu luồng tối?

Với những điều kiện tổng quát nào của sự chiếu sáng, nhiệt độ và thời gian phơi
sáng, để quan sát thấy phần lớn nhiễu phôtôn?
7. Một camera vidicon có đường kính đích 25 mm và đường kính điểm cảm nhận là
35 micron. Số hàng và cột tối đa mà nó có thể số hố một ảnh vng là bao nhiêu
nếu khoảng cách điểm ảnh của nó bằng đường kính điểm cảm nhận? Nếu ảnh số
hố là 480  640 điểm ảnh, khoảng cách điểm ảnh trên đích là bao nhiêu?
DỰ ÁN
1. Tham khảo vấn đề 6 ở trên, số hoá ảnh flat field thu từ camera video CCD dưới
điều kiện ánh sáng và bóng tối, phân tích chúng để xác định trạng thái tự nhiên
định tính và định lượng của các thành phần nhiễu dữ liệu đưa ra và nhiễu phôtôn.
Sử dụng độ lệch tiêu chuẩn của mức xám hoặc độ rộng lược đồ mức xám (xem
chương 5) để xác định số lượng mức nhiễu. Giải thích tính chất bằng phẳng của
ảnh kiểm tra.
2. Tham khảo vấn đề 6 ở trên, số hoá ảnh flat field thu từ camera CCD tích hợp
được làm mát dưới điều kiện ánh sáng và bóng tối, thời gian phơi sáng ngắn và
dài, nhiệt độ cao và thấp. Phân tích ảnh để xác định trạng thái tự nhiên định tính
và định lượng của các thành phần nhiễu dữ liệu đưa ra và nhiễu phôtôn, Sử dụng
độ lệch tiêu chuẩn của mức xám hoặc độ rộng lược đồ mức xám (xem chương 5)
để xác định số lượng mức nhiễu. Giải thích tính chất bằng phẳng của ảnh kiểm
tra.
3. Số hoá một ảnh từ film, mô tả đặc điểm độ phân giải, mức nhiễu và tính tuyến
tính của q trình. Sử dụng các vùng mức xám không thay đổi để ước lượng mức
nhiễu và các biên sắc nét để ước lượng độ phân giải. Cho cảnh chứa các vùng có
độ sáng phân biệt được khác nhau, vẽ đường đáp ứng đo sáng (photometric
response) của quá trình.

31