Đồ Án Tìm hiểu một số kỹ thuật phát hiện biên trong xử lý ảnh

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . .1
1.1. Tổng quan về xử lý ảnh . .6
1.1.1. Xử lý ảnh . .6
1.1.2. Ảnh và điểm ảnh . .7
1.1.3. Mức xám ( Gray level) . 7
1.1.4. Pixel ( Picture element) . .7
1.1.5. Biểu diễn ảnh . 7
1.1.6. Tăng cường và khôi phục ảnh . 8
1.1.7. Biến đổi ảnh . .8
1.1.8. Phân tích ảnh . 8
1.1.9. Nhận dạng ảnh . .8
1.1.10. Nén ảnh . .8
1.2. Các định dạng cơ bản trong xử lý ảnh . .9
1.3. Một số khái niệm cơ bản trong phát hiện biên . .10
1.3.1. Khái niệm biên . .10
1.3.2. Tại sao phải tìm biên . .1 0
1.3.3. Các khái niệm về nhiễu . 1 1
1.3.4. Quy trình phát hiện biên . 1 2
1.4. Các phương pháp đánh giá thuật toán phát hiện biên . .1 2
1.4.1. Đánh giá Pratt . 1 3
1.4.2. Đánh giá Kitchen-Rosenfeld . .1 3
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN CỔ ĐIỂN 1 5
2.1. Cơ sở về các phép toán tìm biên . .1 5
2.1.1. Khái niệm . .1 5
2.1.2. Toán tử đạo hàm . .17
2.2. Phương pháp tìm biên dựa trên kĩ thuật lọc tuyến tính . .1 8
2.2.1. Phương pháp đạo hàm bậc nhất Gradient . .1 9
2.2.2. Phương pháp đạo hàm bậc 2 Laplace . 2 1
2.3. Một số phương pháp tìm biên phi tuyến . 2 2
2.3.1. Phương pháp tìm biên theo hình chóp ( pyramid edge
detection) . 2 2
2.3.2 Phương pháp toán tử tìm biên la bàn Kirsch. .2 4
2.4. Kỹ thuật dò biên tổng quát . .2 5
2.4.1. Các khái niệm cơ bản . 2 5
2.4.2. Các kỹ thuật dò biên . .2 6
CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN DỰA VÀO . .2 9
PHÉP TOÁN HÌNH THÁI . 2 9
3.1. Các phép toán hình thái cơ bản . .29
3.2. Thuật toán phát hiện biên dựa vào phép toán hình thái . .3 1
3.3. Ứng dụng của các phép toán hình thái trong nhận dạng biên ảnh . 32
CHƯƠNG IV: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN NÂNG
CAO . .3 3
4.1. Phương pháp Canny . .33
4.1.1. Cơ sở lý thuyết của thuật toán . 3 3
4.1.2 . Mô tả thuật toán . .3 5
4.2. Phương pháp Shen - Castan . .39
4.2.1. Cơ sở lý thuyết của thuật toán . 3 9
4.2.2 Hoạt động thuật toán . .4 1
4.3. Phương pháp phát hiện biên Marr- Hildreth . .4 3
4.3.1. Cơ sở lý thuyết chung . 4 3
4.3.2. Mô tả thuật toán . .44
ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN . 4 5
CHƯƠNG V: CÀI ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN . .48
5.1. Các phương pháp cổ điển . 4 8
5.1.1. Thuật toán . 4 8
5.2. Phương pháp Canny và phương pháp Shen-Castan . .5 0
5.2.1. So sánh hai thuật toán . .50
5.2.2. Đánh giá và so sánh hai phương pháp . .51
KẾT LUẬN . .5 2
CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH NGUỒN . .5 3
3




PHẦN MỞ ĐẦU
Xử lý ảnh là một nghành khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều
nghành khoa học khác. Tuy nhiên, hiện nay nghành khoa học này đang tiến những
bước dài và đang dần khẳng định là một trong những nghành khoa học không thể
thiếu được trong các lĩnh vực ứng dụng công nghệ thông tin.
Trong Xử lý ảnh việc nhận dạng và phân lớp các đối tượng đòi hỏi rất nhiều
quá trình xử lý khác nhau, trong đó một công cụ không thể thiếu được đó là việc
phát hiện biên. Do đó biên đóng một vị trí hết sức cơ bản trong phân tích ảnh, biên
tạo nên khuôn dạng của đối tượng. Biên là ranh giới giữa một đối tượng và nền hay
là đường ranh giới phân biệt giữa hai đối tượng kề nhau. Điều này có nghĩa là nếu
như các biên của đối tượng được xác định chính xác thì các đối tượng cũng được
định vị và các thuộc tính cơ bản của đối tượng như diện tích, chu vi và hình dạng
cũng có thể tính được.
Có nhiều phương pháp phát hiện biên khác nhau. Chúng đều dựa trên cơ sở
là sự thay đổi đột ngột về độ sáng của điểm ảnh.
Hiện nay, các phương pháp phát hiện biên nâng cao được xây dựng trên cơ
sở phân tích lý thuyết chặt chẽ về mô hình toán học của biên và nhiễu. Cách phát
hiện biên không còn đơn giản như trước nữa, chúng sử dụng một loạt các kỹ thuật
phức tạp như kỹ thuật loại trừ các điểm không cực đại (nonmaximum suppress), kỹ
thuật phân ngưỡng trễ (hyteresis thresholding), kỹ thuật phân ngưỡng cục bộ Kết
quả là việc tìm biên hiệu quả và chính xác hơn.
Để có thể trình bày các vấn đề này một cách rõ ràng trong đồ án nay, em xin
trình bày 5 chương như sau:
Chương I: Một số khái niệm cơ bản trong Xử lý ảnh. Chương này
trình bày tổng quát về Xử lý ảnh và các khái niệm sẽ dùng trong đồ án này.
Chương II: Các phương pháp phát hiện biên cổ điển. Dùng các toán
tử đạo hàm để tìm biên. Tiếp theo là kỹ thuật dò biên tổng quát.
Chương III: Phương pháp phát hiện biên dựa vào phép toán hình
thái. Hai phép toán hình thái cơ bản là: Dilation và Erosion.
Chương IV: Một số phương pháp phát hiện biên nâng cao. Chương
này đề cập đến 3 phương pháp tìm biên nâng cao đó là phương pháp Canny, Shen-
Castan, Marr-Hildreth. Tiếp theo là ứng dụng của biên.
Chương V: Cài đặt và đánh giá một số thuật toán trong phương pháp
phát hiện biên bằng ngôn ngữ Virtual C++.
Kết luận:
Phụ lục:
Khi bắt tay vào việc nghiên cứu đề tài này, em đã cố gắng hết sức để
hoàn thành công việc được giao, song điều kiện về thời gian và trình độ còn hạn chế
nên em không thể không tránh khỏi được những thiếu sót. Em rất mong được sự
góp ý của thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo phản biện cũng như các thầy cô giáo và
bạn bè trong Khoa Công Nghệ Thông Tin, qua đó em đã rút ra được những kinh
nghiệm thực tế và bổ ích để sau này em có thể xây dựng được một chương trình
hoàn chỉnh hơn.