Thạc Sĩ Nắn chỉnh biến dạng hình học và ứng dụng

MỞ ĐẦU

Xử lý ảnh là một trong những ngành khoa học đã đem lại cho con người những bước tiến vượt bậc mang tính cách mạng, nó đã đưa con người tiến sang một kỉ nguyên mới. Một vài năm trở lại đây công nghệ thông tin cùng với sự phát triển của nó đã kéo theo sự phát triển của hàng loạt các ngành khoa học trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sinh học, kinh tế, viễn thông, quân sự, giải trí có những bước tiến nhanh hơn so với đúng quy trình mà đáng ra phải trải qua. Với sự phát triển ngày càng hoàn thiện của công nghệ phần cứng, công nghệ phần mềm cũng đang có những bước tiến quan trọng đóng góp một phần không nhỏ cho sự phát triển của xã hội loài người đặc biệt là lĩnh vực xử lý ảnh.

Trong thực tế đối tượng khi được thu nhận bởi các thiết bị điện tử và quang học thường không thể hiện được bản chất thực (nguyên thủy) của mình hay nói cách khác là bị biến dạng đi. Ví dụ: ảnh chụp cuốn sách thường có một đầu to đầu nhỏ do cách đặt máy ảnh, ảnh chụp bề mặt trái đất từ vệ tinh bị méo do bề mặt cong của trái đất v.v Nói đến xử lý ảnh người ta sẽ hiểu ngay đây là quá trình hiệu chỉnh hay bằng cách nào đó để làm cho đối tượng được thu nhận thể hiện được đúng bản chất của mình trên ảnh. Thông thường khâu đầu tiên của quá trình xử lý ảnh được gọi là khâu tiền xử lý với mục đích nắn chỉnh các điểm sai lệch trên ảnh sao cho kết quả được giống nhất so với đối tượng được thu nhận. Nắn chỉnh biến dạng nhằm hiệu chỉnh các khuyết điểm của đối tượng là khâu tiền xử lý quan trọng trong xử lý ảnh.

Khi sử dụng các thiết bị để thu nhận hình ảnh người ta đã phát hiện ra yếu tố sai lệch ở kết quả của hình ảnh thu được và để khắc phục điều này người ta đã tìm cách sửa chữa, nắn chỉnh nhằm có được kết quả tốt hơn. Như vậy nắn chỉnh biến dạng ban đầu chỉ đơn thuần mang mục đích khắc phục các nhược điểm của ảnh do thiết bị thu nhận gây ra. Sau đó nhờ chính những kết quả từ khâu nắn chỉnh đã đem lại những hướng phát triển mới quan trọng trong nhận dạng và đối sánh. Chẳng hạn nhận dạng tội phạm tự động trong ngành công an

thay vì phải cầm ảnh của họ để đối chiếu với hàng trăm đối tượng đáng nghi khác có trong máy tính, hoặc xác định độ trùng khớp của một đối tượng với tập đối tượng cho trước trong khảo cổ học để nghiên cứu quá trình tiến hóa của sự vật, hiện tượng v.v Ngày nay, người ta còn dùng nắn chỉnh biến dạng để “cố tình” tạo ra các hình dạng theo ý muốn chủ quan. Điển hình là các nhà làm phim, họ tạo ra các thước phim miêu tả sự thay đổi của một đối tượng theo thời gian, hoặc quá trình biến đổi từ đối tượng này đến đối tượng khác v.v nhờ các kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng với chất lượng không thua kém gì các thước phim sử dụng thiết bị thu nhận. Việc nghiên cứu các kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng hình học là một việc làm không chỉ có ý nghĩa khoa học và còn mang đậm tính thực tiễn nhất là trong hoàn cảnh Việt Nam chưa có nhiều hệ thống xử lý ảnh trong khi thực tế đang đặt ra những yêu cầu đòi hỏi.

Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu về chủ đề này em đã mạnh dạn lựa chọn đề tài: "Nắn chỉnh biến dạng hình học và ứng dụng".

Bố cục của luận văn bao gồm phần mở đầu, ba chương chính, phần kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục. Nội dung các chương được tổ chức như sau:

Chương 1: Khái quát về xử lý ảnh và nắn chỉnh biến dạng. Chương này trình bày một số khái niệm trong xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản của xử lý ảnh. Trình bày khái niệm, cách phân loại và các ứng dụng cơ bản của nắn chỉnh biến dạng.

Chương 2: Một số kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng hình học. Các kỹ thuật được trình bày dựa vào đặc trưng được xác định để phục vụ cho công việc nắn chỉnh. Đặc trưng đó có thể dựa trên phân vùng ảnh, trên cơ sở tập các điểm đặc trưng, dựa trên cơ sở vector, dựa trên kỹ thuật nắn chỉnh khung lưới, v.v

Chương 3: Ứng dụng nắn chỉnh biến dạng. Phần này trình bầy ứng dụng nắn chỉnh sách dựa trên các điểm đặc trưng. Kèm theo là một số kết quả.









MỤC LỤC




MỞ ĐẦU 1
Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ VÀ NẮN CHỈNH ẢNH 3
1.1. Khái quát về xử lý ảnh 3
1.2. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh 4

1.2.1. Ảnh số . 4

1.2.2. Điểm ảnh . 4

1.2.3. Mức xám (gray level) . 4

1.2.4. Xử lý ảnh số là gì và tại sao chúng ta cần phải xử lý ảnh số . 5

1.3. Các vấn đề chung liên quan đến xử lý ảnh số . 6

1.3.1. Xử lý ảnh mức thấp . 6

1.3.2. Những khó khăn khi xử lý ảnh số 7

1.4. Ứng dụng của hệ thống xử lý ảnh . 8

1.5. Quá trình xử lý ảnh số 10

1.6. Các thành phần cơ bản của hệ thống xử lý ảnh . 14

1.7. Nắn chỉnh biến dạng . 16

1.7.1. Khái niệm nắn chỉnh biến dạng . 16

1.7.2. Một số kỹ thuật xử lý ảnh sử dụng trong nắn chỉnh biến dạng . 17

1.7.3. Các điểm đặc trưng để nắn chỉnh . 19

1.8. Phép toán hình thái (Morphology) trong nắn chỉnh biến dạng 19

Chương 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT NẮN CHỈNH BIẾN DẠNG HÌNH HỌC 27

2.1. Nắn chỉnh trên cơ sở phân vùng ảnh . 27

2.2. Nắn chỉnh trên cơ sở tập các điểm đặc trưng 31

2.3. Kỹ thuật nắn chỉnh dựa trên cơ sở vector 41

2.4. Kỹ thuật nắn chỉnh dựa trên khung lưới 45
2.4.1. Xây dựng hàm biến đổi . 45
2.4.2. Nhận xét kết quả . 47
2.5. Xây dựng khung nắn chỉnh . 47
2.6. Các mô hình nắn chỉnh sử dụng trong phần mềm IrasC 48
2.6.1. Các mô hình nắn chỉnh trong IrasC . 48
2.6.2. Quá trình nắn chỉnh ảnh 50
Chương 3. ỨNG DỤNG NẮN CHỈNH BIẾN DẠNG 55
3.1. Nắn chỉnh một cuốn sách 55

3.2. Giới thiệu chương trình 58

3.2.1. Mô tả các chức năng trong chương trình . 58

3.2.1.1. Chức năng quản lý các Style (ảnh mẫu) 58

3.2.1.2. Chức năng quản lý các điểm đặc trưng 58

3.2.1.3. Chức năng nâng cao chất lượng ảnh 59

3.2.1.4. Chức năng lưu file ảnh sau khi thực hiện nắn chỉnh 59

3.2.2. Giao diện chính của chương trình 60

3.2.3. Kết quả của một số chức năng trong chương trình . 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66