Một số khái niệm về ảnh số và cấu trúc của ảnh số

Hãy cùng FUNiX khám phá những kiến thức cơ bản nhất liên quan đến ảnh số nhé!

>> Người Việt đang sử dụng Internet hàng giờ mỗi ngày như thế nào?

>> Hệ điều hành và vai trò trong hệ thống máy tính

Khái niệm ảnh số có lẽ không còn xa lạ trong thời đại 4.0 hiện nay. Nó được biết đến là một thành phần biểu diễn hình ảnh trong hầu hết các thiết bị điện tử. Tìm hiểu về ảnh số sẽ giúp ích cho những ai đang có ý định theo đuổi ngành công nghệ thông tin. 

I. Ảnh số là gì? Cấu trúc của ảnh số

Ảnh số là khái niệm dùng để chỉ biểu diễn số học của hình ảnh trong máy tính, thường là biểu diễn nhị phân. Ảnh số bao gồm ảnh raster và ảnh vector. Tuy nhiên ở đây chỉ đề cập đến ảnh raster – đối tượng chính của xử lý ảnh và thị giác máy tính.

Cấu trúc của ảnh số là tập hợp các điểm ảnh với mức xám phù hợp để mô tả ảnh gần với ảnh thực. Điểm ảnh (Pixel) chính là một phần tử của ảnh số tại tọa độ (x,y) với độ xám hoặc màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các pixel được lựa chọn thích hợp. Có thể giúp mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh gần nhất với cảnh thực.

Mật độ pixel được ấn định trên một ảnh chính là độ phân giải của ảnh. Độ phân giải càng thấp thì hình ảnh hiển thị càng mờ, ngược lại độ phân giải càng cao thì ảnh càng sắc nét. Mức xám của ảnh số là kết quả của sự mã hóa tương ứng cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số. 

II. Phân loại ảnh số

Ở phần trên chúng ta đã được cung cấp một số khái niệm liên quan, vậy có bao nhiêu loại ảnh số? Sự khác biệt giữa các loại ảnh được thể hiện như thế nào? Cùng FUNiX tiếp tục tìm hiểu trong phần nội dung dưới đây nhé! Tùy vào giá trị dùng để biểu diễn điểm ảnh, có thể chia ảnh số thành 2 loại: ảnh đen trắng và ảnh màu.

Ảnh đen trắng

Ảnh đen trắng là loại ảnh chỉ bao gồm 2 màu đen và trắng, không chứa các màu khác. Thực tế ảnh đen trắng lại được phân thành 2 loại khác nhau là ảnh nhị phân và ảnh đa cấp xám. Người ta phân mức đen trắng của ảnh thành L mức. Nếu L bằng 2 nghĩa là chỉ có 2 mức 0 và mức 1, hay còn được gọi là ảnh nhị phân. Nếu L lớn hơn 2 thì ta sẽ có ảnh đa cấp xám. 

Nói cách khác, mỗi điểm ảnh nhị phân được mã hóa trên 1 bit còn ảnh xám 256 mức được mã hóa trên 8 bit (1 byte). Với ảnh đen trắng, nếu ta dùng 8 bit để biểu diễn mức xám thì có thể biểu diễn được 256 mức xám. Mỗi mức xám sẽ được biểu diễn dưới dạng một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Trong đó mức 0 biểu diễn cho mức cường độ đen nhất và 255 biểu diễn cho mức cường độ sáng nhất.

Ảnh nhị phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể được coi như các phần tử logic. Nó thường được ứng dụng theo tính logic nhằm phân biệt đối tượng ảnh với nền hoặc phân biệt điểm biên với điểm khác.

Ảnh màu

Tùy theo từng trường hợp mà ảnh màu được biểu diễn bằng những không gian màu khác nhau. Không gian màu chính là mô hình toán học dùng để mô tả các màu sắc trong thực tế dưới dạng số học. Không có mô hình nào có thể biểu diễn đầy đủ mọi khía cạnh của màu. Do đó phải sử dụng những mô hình khác nhau để mô tả những tính chất được nhận biết khác nhau của màu.

Phổ biến nhất có thể kể đến không gian màu RGB được ứng dụng để sản xuất màn hình ti vi. Hoặc không gian màu HSV mô tả các màu dựa trên nhận thức của con người. Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về các không gian màu biểu diễn ảnh số trong nội dung tiếp theo của bài viết nhé!

III. Các không gian màu biểu diễn ảnh số

1. Không gian màu RGB

Đây là không gian màu được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị kỹ thuật số hiện nay. Nguyên lý cơ bản của nó là sử dụng 3 màu cơ bản: Red (đỏ), Green (lục) và Blue (lam) để biểu diễn tất cả màu sắc. Mỗi màu sẽ được mã hóa bởi 8 bit, ứng với một pixel ảnh màu sẽ chiếm 24 bit (3 byte). Với mô hình này, số lượng màu tối đa đạt được là: 256 x 256 x 256 = 16.777.216.

2. Không gian màu CMYK

Mô hình màu CMYK dựa trên cơ sở trộn chất màu của các màu: Cyan (xanh lơ), Magenta (hồng sẫm), Yellow (vàng) và Key (đen). Nó hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng, màu mà mắt người nhìn thấy là từ phần của ánh sáng không bị hấp thụ. Trong CMYK, hồng sẫm cộng với màu vàng cho màu đỏ, xanh lơ với vàng sinh ra xanh lá cây. Hồng sẫm kết hợp cùng xanh lơ tạo ra xanh lam, tổ hợp xanh lơ – hồng sẫm – vàng sinh ra màu đen.

3. Không gian màu HSV (HSB)

Đây là không gian màu mô tả màu sắc một cách tự nhiên hơn, dựa trên ba thuộc tính: Hue, Saturation và Bright (hoặc Value). Trong đó, Hue là bước sóng của ánh sáng, Saturation là độ bão hòa và Bright (Value) là cường độ hay độ chói ánh sáng.

4. Không gian màu CIE LAB

Tất cả các màu có cùng độ sáng sẽ nằm trên cùng một mặt phẳng dạng hình tròn theo 2 trục a* và b_. Màu có giá trị a_ dương thì ngả đỏ, còn màu có giá trị a* thì ngả lục. Tương tự nếu b* dương thì ngả vàng và b* âm thì sẽ ngả lam. Độ sáng của màu sẽ thay đổi theo trục dọc.

Bài viết trên đây FUNiX đã cung cấp các vấn đề cơ bản nhất liên quan đến ảnh số. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình học công nghệ thông tin. Bạn cũng đừng quên theo dõi bài viết tiếp theo của FUNiX để có thêm nhiều kiến thức hữu ích nhé!

Phạm Thị Thanh Ngọc