Thạc Sĩ Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

MỞ ĐẦU
Thời đại công nghệ thông tin phát triển như vũ bão đã đi vào từng ngõ ngách
của cuộc sống. Hiện nay, bất cứ sự phát triển của ngành công nghiệp nào đều có sự
hiện diện và đóng góp rất to lớn của công nghệ thông tin. Xử lý ảnh là một trong
những chuyên ngành quan trọng và lâu đời của Công nghệ thông tin. Xử lý ảnh
được áp dụng trong nhiều lĩnh khác nhau như y học, vật lý, hoá học, tìm kiếm tội
phạm, trong quân sự và trong một số lĩnh vực khác
Phần lớn con người thu nhận thông tin bằng thị giác, cụ thể đó là các hình ảnh.
Vì vậy xử lý ảnh là vấn đề không thể thiếu và hết sức quan trọng để thu được hình
ảnh tốt hơn, đẹp hơn, nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin khác nhau của người nhận.
Trong xử lý ảnh, việc nhận dạng và phân lớp đối tượng cần trải qua các quá
trình và các thao tác khác nhau. Phát hiện biên là một giai đoạn rất quan trọng vì các
kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào giai đoạn này. Mục đích của việc dò biên
sẽ đánh dấu những điểm trong một ảnh số mà có sự thay đổi đột ngột về độ xám,
tập hợp nhiều điểm biên tạo nên một đường bao quanh ảnh (đường biên). Nhờ có
đường biên mà chúng ta có thể phân biệt giữa đối tượng và nền, phân biệt giữa các
vùng khác nhau và định vị được đối tượng từ đó mà nhận dạng đối tượng. Đây là cơ
sở quan trọng trong việc ứng dụng phương pháp này vào thực tiễn của cuộc sống,
đặc biệt là trong điều kiện đất nước ta đang từng bước phát triển và đi lên nên việc
nghiên cứu các ứng dụng vấn đề này cần được quan tâm và phát triển.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài " Nghiên cứu một số phương
pháp phát hiện biên". Mục đích chính của đề tài là hệ thống hóa kiến thức về các
phương pháp phát hiện biên, từ các kỹ thuật dò biên cài đặt chương trình để đưa ra
các nhận xét, so sánh, đánh giá về các phương pháp phát hiện biên. Qua đó có cái
nhìn tổng quát về các phương pháp phát hiện biên.
8
Ngoài phần mở đầu và kết luận luận văn được chia làm 4 chương, nội dung cụ
thể của các chương như sau:
Chương I: Tổng quan về xử lý ảnh và biên
Trong chương này trình bày sơ lược về xử lý ảnh, giới thiệu các bước xử lý
trong một hệ thống xử lý ảnh. Một số thành phần cốt tử trong xử lý ảnh, như điểm
ảnh, mức xám, biên, được trình bày như là các khái niệm.
Chương II: Các phương pháp phát hiện biên cổ điển
Nội dung của chương này sẽ đề cập đến một số phương pháp phát hiện biên
trong phương pháp đạo hàm bậc nhất và phương pháp đạo hàm bậc hai.
Chương III: Các phương pháp phát hiện biên nâng cao
Trong chương này đề cập đến phương pháp phát hiện biên Canny, phương
pháp Shen-Castan và phương pháp Wavelet.
Chương IV: Một số nhận xét đánh giá các phương pháp phát hiện biên
Qua việc cài đặt thử nghiệm các phương pháp phát hiện biên đã trình bày trong
các chương trước, từ các kết quả mô phỏng thực nghiệm khi chạy chương trình,
trong chương này đưa ra các nhận xét đánh giá, so sánh các phương pháp phát hiện
biên. Chỉ ra phương pháp phát hiện biên phù hợp với loại ảnh cần xử lý.
Tuy nhiên, việc nghiên cứu một vấn đề khoa học đi đến kết quả là một khó khăn
và nhiều thách thức do vậy luận văn chắc còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được
ý kiến đóng gópquý báu của các thầy cô và đồng nghiệp.
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC 2
LỜI CẢM ƠN . 4
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH 5
MỞ ĐẦU . 7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BIÊN 9
1.1. Tổng quan về xử lý ảnh . 9
1.1.1. Xử lý ảnh . 9
1.1.2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh 10
1.1.3. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 14
1.2. Toán tử không gian với xử lý ảnh 18
1.2.1. Làm trơn nhiễu bằng lọc tuyến tính .18
1.2.2. Làm trơn nhiễu bằng lọc phi tuyến 21
1.2.3. Lọc thông thấp, thông cao và lọc dải thông .22
1.3. Tổng quan về biên 23
1.3.1. Biên và các kiểu biên cơ bản .23
1.3.2. Vai trò của biên trong nhận dạng 26
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN CỔ ĐIỂN .28
2.1. Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên .28
2.1.1. Phương pháp phát hiện biên trực tiếp .28
2.1.2. Phương pháp phát hiện biên gián tiếp .28
2.1.3. Quy trình phát hiện biên 29
2.2. Kỹ thuật phát hiện biên Gradient 29
2.2.1. Pixel difference 30
2.2.2. Separated Pixel Difference .31
2.2.3. Toán tử Robert (1965) 32
2.2.4. Toán tử Prewitt 33
3
2.2.5. Toán tử (mặt nạ) Sobel .33
2.2.6. Toán tử Frie-Chen 34
2.2.7. Toán tử Boxcar 34
2.2.8. Toán tử Truncated Pyramid .35
2.3 Các toán tử la bàn 36
2.3.1. Toán tử la bàn Kirsh 37
2.3.2. Toán tử la bàn Prewitt 38
2.3.3. Robinson 3 - Level .39
2.3.4. Robinson 5 - Level .40
2.4. Kỹ thuật phát hiện biên Laplace 41
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN NÂNG CAO 45
3.1. Phương pháp Canny 45
3.1.1. Cơ sở lý thuyết thuật toán .45
3.1.2. Hoạt động của thuật toán 47
3.2. Phương pháp Shen - Castan 52
3.2.1. Xây dựng bộ lọc tối ưu .52
3.2.2. Hoạt động của thuật toán .54
3.3. Phát hiện biên dựa vào Wavelet 56
CHƯƠNG IV: MỘT SỐ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHÁT HIỆN BIÊN 62
4.1. Phương pháp phát hiện biên dựa vào kỹ thuật Gradient .62
4.2. Phương pháp đạo hàm bậc nhất và phương pháp đạo hàm bậc hai .66
4.3. Đánh giá nhận xét về phương pháp Canny 69
4.4. Các phương pháp phát hiện biên (phương pháp Gadient, phương pháp
Laplace, phương pháp Canny) 71
4.5. Đánh giá nhận xét về phương pháp Wavelet 73
KẾT LUẬN 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO .76