Đồ Án Xác định vùng lửa trong ảnh

MỞ ĐẦU
1. Tổng quan về xử lý ảnh
Trong xã hội loài người, ngôn ngữ là một phương tiện trao đổi thông tin phổ biến trong quá trình giao tiếp. Bên cạnh ngôn ngữ, hình ảnh cũng là một cách trao đổi thông tin mang tính chính xác, biểu cảm khá cao và đặc biệt không bị cảm giác chủ quan của đối tượng giao tiếp chi phối. Thông tin trên hình ảnh rất phong phú, đa dạng và có thể xử lý bằng máy tính. Chính vì vậy, trong những năm gần đây sự kết hợp giữa ảnh và đồ hoạ đã trở nên rất chặt chẽ trong lĩnh vực xử lý thông tin.
Xử lý ảnh (XLA) là một trong những chuyên ngành quan trọng và lâu đời của Công nghệ thông tin. XLA được áp dụng trong nhiều lĩnh khác nhau như y học, vật lý, hoá hoc, tìm kiếm tội phạm, Mục đích chung của việc XLA thường là:
(1) xử lý ảnh ban đầu để có được một bức ảnh mới theo một yêu cầu cụ thể;
(2) phân tích ảnh để thu được các thông tin đặc trưng trên ảnh nhằm hỗ trợ cho việc phân loại và nhận biết ảnh;
(3) phân đoạn ảnh (image segmentation) để nhận diện được các thành phần trong ảnh nhằm hiểu được kết cấu của bức ảnh ở mức độ cao hơn.
Để xử lý được một bức ảnh thì phải trải qua nhiều bước, nhưng bước quan trọng và khó khăn nhất đó là phân đoạn ảnh. Nếu bước phân đoạn ảnh không tốt thì dẫn đến việc nhận diện sai lầm về các đối tượng có trong ảnh.
ã Biến đổi ảnh làm tăng chất lượng ảnh
ã Tự động nhận dạng, đoán ảnh, đánh giá nội dung của ảnh.
Phương pháp biến đổi ảnh được sử dụng trong việc xử lý các ảnh chụp từ không trung (chương trình đo đạc từ máy bay, vệ tinh và các ảnh vũ trụ) hoặc xử lý các ảnh trong y học (ảnh chụp cắt lát, ảnh siêu âm, vv ). Một ứng dụng khác của việc biến đổi ảnh là mã hoá ảnh, trong đó các ảnh được xử lý để rồi lưu trữ hoặc truyền đi.
Các phương pháp nhận dạng ảnh được sử dụng khi xử lý tế bào, nhiễm sắc thể, nhận dạng chữ vv . Thực chất của công việc nhận dạng chính là sự phân loại đối tượng thành các lớp đối tượng đã biết hoặc thành những lớp đối tượng chưa biết.
Để phân tích các đối tượng trong ảnh, chúng ta cần phải phân biệt được các đối tượng cần quan tâm với phần còn lại của ảnh, hay còn gọi là nền ảnh. Những đối tượng này có thể tìm ra được nhờ các kỹ thuật phân đoạn ảnh, theo nghĩa tách phần tiền cảnh ra khỏi hậu cảnh trong ảnh. Mỗi một đối tượng trong ảnh được gọi là một vùng hay miền, đường bao quanh đối tượng ta gọi là đường biên. Mỗi một vùng ảnh phải có các đặc tính đồng nhất (ví dụ: màu sắc, kết cấu, mức xám vv ). Các đặc tính này tạo nên một véc tơ đặc trưng riêng của vùng (feature vectors) giúp chúng ta phân biệt được các vùng khác nhau.
Như vậy, hình dáng của một đối tượng có thể được miêu tả hoặc bởi các tham số của đường biên hoặc các tham số của vùng mà nó chiếm giữ. Sự miêu tả hình dáng dựa trên thông tin đường biên yêu cầu việc phát hiện biên. Sự mô tả hình dáng dựa vào vùng đòi hỏi việc phân đoạn ảnh thành một số vùng đồng nhất. Có thể thấy kỹthuật phát hiện biên và phân vùng ảnh là hai bài toán đối ngẫu của nhau. Thực vậy,dò biên để thực hiện phân lớp đối tượng và một khi đã phân lớp xong cũng có nghĩa là đã phân vùng được ảnh. Ngược lại, khi đã phân vùng, ảnh được phân lập thành các đối tượng, ta có thể phát hiện biên.
2. Sự cần thiết của nhận dạng lửa
Việc phát hiện sự cháy trong phòng, chống chảy nổ cho các tòa nhà, công sở, các địa điểm công cộng như sân bay, bến cảng đã đặt ra từ rất lâu và cũng đã có nhiều giải pháp, các giải pháp truyền thống cho vấn đề này thường là sử dụng sensor nhiệt, khói. Một số các yếu điểm của giải pháp truyền thống là thời điểm phát hiện thường chậm hơn nhiều so với thời điểm bắt đầu sự cháy cũng như phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Việc sử dụng camera số gắn với các hệ thống xử lý thông tin (máy tính, mạng, Internet) nhằm mục đích quan sát các khu vực cần bảo vệ đã và đang được được triển khai và có xu thế phát triển ở Việt Nam. Tuy nhiên các hệ thống quan sát này hiện được dùng chủ yếu cho mục đích an ninh, mà chưa tận dụng được khả năng quan sát của camera cũng như khả năng xử lý thống tin của hệ thống máy tính vào việc phát hiện và cảnh báo cháy.
Như vậy việc đưa ra các cảnh báo về sự cháy thông qua ảnh và video sẽ tận dụng được nhiều cơ sở hạ tầng hiện có, nâng cao tính năng của các hệ camera cảnh giới. Có thể áp dụng kỹ thuật này để thiết kế, chế tạo các sensor báo cháy nhằm khắc phục các yếu điểm của kỹ thuật phát hiện truyền thống. Ngoài ra kỹ thuật phát hiện sự cháy dựa trên ảnh và video có các thế mạnh là: cảnh báo sớm, định vị được vị trí phát cháy, xác định được tốc độ bùng phát của đám cháy, ngoài ra có thể còn hỗ trợ ra quyết định trong biện pháp chữa cháy.
Để giải quyết bài toán này đã sử dụng kỹ thuật phân tích màu các điểm là lửa để từ đó xác định quan hệ giữa các thành phần R, G và B, sau đó sử dụng quan hệ này nhằm xác định các điểm ảnh được coi là lửa xuất hiện trong các frame ảnh của video. Tuy nhiên các quan hệ xác định trên các thành phần R, G, B đôi khi được nêu không rõ ràng, hoặc chưa đủ chặt chẽ để loại bỏ các đối tượng có màu tương gần giống với màu của lửa. Ngoài ra, để thêm vào khả năng nhận biết chính xác sự cháy, dựa trên đặc tính lay động của ngọn lửa, ngoài tính chất về màu người ta còn thêm vào đặc tính lay động của các điểm ảnh lửa nhằm nâng cao độ chính xác của thuật toán