Đồ Án Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn học xử lý ảnh

MỞ ĐẦU


Ngày nay, công nghệ thông tin là một phần tất yếu trong cuộc sống con người. Cùng với sự phát triển của xã hội và thời đại, công nghệ thông tin đã có ứng dụng và ảnh hưởng sâu sắc đến nhiều lĩnh vực đời sống. Nó phục vụ con người từ việc giải trí, kinh doanh, liên lạc cho đến những vấn đề phức tạp trong khoa học kỹ thuật. Càng ngày, thế giới càng cần ít thời gian cho sự gia tăng tốc độ phát triển khoa học kỹ thuật. Như vậy, với khả năng thu thập xử lý thông tin gần như vô hạn của máy tính điện tử hiện nay, có một câu hỏi đặt ra là: Con người phải làm gì với một khối tri thức khổng lồ và ngày càng tăng nhanh tới mức không thể tưởng tượng nổi với hình thức cung cấp vô cùng dễ dàng? Liệu con người có thểthích nghi được với thế giới thông tin bao quanh, và nếu được thì nhờ những công cụ và phương tiện nào?
Để trả lời cho câu hỏi này, không gì khác chúng ta thấy rõ ràng cần phải có một cuộc cách mạng trong giáo dục và đào tạo. Phát triển đồng bộ các cơ quan và tổ chức trường học cùng với các chương trình và trước hết là phương pháp đào tạo. Bởi vì chức năng của nhà trường bao giờ cũng là chuẩn bị con người cho việc đáp ứng những thay đổi của văn minh nhân loại.
Trong bối cảnh phát triển như hiện nay, nếu muốn nền giáo dục đáp ứng được đòi hỏi cấp thiết của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nếu muốn việc dạy học theo kịp cuộc sống, chúng ta nhất thiết phải cải cách phương pháp dạy học theo hướng vận dụng CNTT và các thiết bị dạy học hiện đại phát huy mạnh mẽ tư duy sáng tạo, kỹ năng thực hành và hứng thú học tập của học sinh để nâng cao chất lượng đào tạo.
Qua quá trình học tập tại Đại học Hàng Hải, em đã được các thầy giáo trong Khoa công nghệ thông tin tận tình chỉ bảo, cung cấp rất nhiều thông tin, những ý tưởng quan trọng trong việc làm đồ án tốt nghiệp. Được sự định hướng, tạo điều kiện của Khoa công nghệ thông tin và sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo KS. Nguyễn Văn Giang - Khoa Công nghệ thông tin – Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, em đã lựa chọn đề tài “Xây dựng chương trình hỗ trợ giảng dạy môn học xử lý ảnh” làm đồ án tốt nghiệp cho mình.
Xuất phát từ ý tưởng dạy học bằng hình ảnh, em muốn xây dựng phần mềm mô phỏng tất cả các hiện tượng, sự vật có trong chương trình của các môn học nhằm hỗ trợ các giáo viên khi giảng dạy trên máy vi tính, có được các hình ảnh minh hoạ phục vụ việc giảng dạy một cách thực tế hơn, sinh động hơn. Một phương pháp giảng dạy mới “trực quan sinh động” và một phương pháp học mới “mắt thấy tai nghe”: đó là điều mà phần mềm này sẽ mang lại cho ngành giáo dục. Với phương pháp dạy và học này hứa hẹn sẽ nâng cao chất lượng nền giáo dục nước nhà.
Tuy nhiên do khả năng và điều kiện thời gian còn nhiều hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi nhiều sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy giáo và tất cả mọi người quan tâm đến vấn đề này. Em xin cảm ơn các giáo viên trong Khoa công nghệ thông tin và đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Giang đã chỉ bảo hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành đồ án này.
Nội dung của báo cáo đồ án bao gồm có các chương sau:

ã Chương I: Cơ sở lý thuyết.
ã Chương II: Khảo sát hệ thống thực.
ã Chương III: Phân tích hệ thống.
ã Chương IV: Thiết kế và xây dựng chương trình.



MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 8
I.1. GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH 8
I.1.1. Tổng quan về một hệ thống xử lý ảnh 8
I.1.2. Một số khái niệm 10
I.2. BIỂU DIỄN ẢNH 12
I.2.1. Biểu diễn màu 12
I.2.1.1. Mô hình màu RGB 12
I.2.1.2. Mô hình màu CMY 13
I.2.1.3. Mô hình màu HSV 13
I.2.1.4. Mô hình ánh sáng 13
I.2.2. Số hóa ảnh 14
I.2.3. Các định dạng ảnh cơ bản trong xử lý ảnh 15
I.2.3.1. Định dạng ảnh IMG 15
I.2.3.2. File ảnh PCX 15
I.2.3.3. File ảnh BMP 16
I.2.3.4. Định dạng ảnh TIFF 16
I.2.4. Một số phương pháp biểu diễn ảnh 17
I.2.4.1. Mã loạt dài 17
I.2.4.2. Mã xích 18
I.2.4.3. Mã tứ phân 19
I.3. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH 19
I.3.1. Cải thiện ảnh dùng toán tử điểm 19
I.3.1.1. Tăng độ tương phản. 20
I.3.1.2. Tách nhiễu và phân ngưỡng. 21
I.3.1.3. Biến đổi âm bản. 22
I.3.1.4. Cắt theo mức. 22
I.3.1.5. Trích chọn bít 24
I.3.1.6. Trừ ảnh 25
I.3.1.7. Nén dải độ sáng 25
I.3.2. Cải thiện ảnh dùng toán tử không gian 26
I.3.2.1. Làm trơn nhiễu bằng lọc tuyến tính 26
I.3.2.2. Làm trơn nhiễu bằng lọc phi tuyến: 28
I.4. BIẾN ĐỔI ẢNH 29
I.4.1. Biến đổi Fourrier-TF: khái niệm và công thức 29
I.4.1.1. Không gian một chiều 30
I.4.1.2. Không gian hai chiều 30
I.4.2. Biến đổi Fourrier rời rạc – DFT 30
I.4.2.1. DFT cho tín hiệu một chiều 31
I.4.2.2. DFT cho tín hiệu hai chiều (ảnh số) 31
I.4.3. Biến đổi KL 31
I.5. LÀM NỔI VÀ TÁCH ĐƯỜNG BIÊN ẢNH 34
I.5.1. Làm nổi đường biên ảnh qua bộ lọc FIR 34
I.5.2. Tách đường biên ảnh qua cách tiếp cận khoảng cách 35
I.5.2.1. Toán tử Robert 35
I.5.2.2. Toán tử Sobel 36
I.5.2.3. Các mặt nạ gradient khép kín 36
I.6. NHẬN DẠNG ẢNH 37
I.6.1. Mô hình tham số 37
I.6.2. Mô hình cấu trúc: 38
I.7. NÉN DỮ LIỆU ẢNH 38
I.7.1. Các loại dư thừa dữ liệu 38
I.7.1.1. Sự phân bố ký tự 38
I.7.1.2. Những mẫu sử dụng tần suất 39
I.7.1.3. Độ dư thừa vị trí 39
I.7.2. Phân loại các phương pháp nén 40

CHƯƠNG II. KHẢO SÁT HỆ THỐNG THỰC 42
II.1. Các chức năng hỗ trợ của máy tính trong quá trình dạy học 42
II.1.1. Chức năng lưu trữ và xử lí thông tin 42
II.1.2. Chức năng điều chỉnh hoạt động học tập 42
II.1.3. Chức năng luyện tập và thực hành 42
II.1.4. Chức năng minh hoạ và trực quan 43
II.1.5. Chức năng hỗ trợ thiết kế 43
II.1.6. Chức năng mô hình hoá và mô phỏng 43
II.1.7. Chức năng liên lạc 43
II.1.8. Chức năng đánh giá 44
II.2. Các quan điểm thiết kế phần mềm theo hướng dạy học với sự giúp đỡ của máy tính 44
II.2.1. Các quan điểm có tính cổ điển 44
II.2.2. Xây dựng các vi thế giới 44
II.2.3. Xây dựng hệ tác giả 45
II.2.4. Xây dựng hệ chuyên gia 45
II.3. Các dạng ứng dụng cụ thể của máy tính trong dạy học tin học 45
II.4. Một số tiêu chuẩn để xây dựng phần mềm hỗ trợ dạy học 46
II.4.1. Những tiêu chuẩn về phần cứng. 46
II.4.2. Những yêu cầu về mặt sư phạm 46
II.4.3. Yêu cầu về cách thể hiện 46
II.5. Thực trạng về vấn đề giảng dạy ở các trường ĐH, CĐ hiện nay 47
II.6. Những hạn chế của phương thức giảng dạy thông thường 47
II.7. Những ưu điểm của việc sử dụng chương trình hỗ trợ giảng dạy 48
II.8. So sánh chương trình hỗ trợ giảng dạy với giáo trình điện tử và các tài liệu PowerPoint 49
II.9. Tiềm năng của việc sử dụng chương trình hỗ trợ giảng dạy 50

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 52
III.1. Sơ đồ môi trường 52
III.2. Sơ đồ chức năng 53
III.3. Mục đích yêu cầu của chương trình 56
III.3.1. Mục đích chương trình 56
III.3.2. Yêu cầu chương trình 56

CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 58
IV.1. Thiết kế nội dung 58
IV.2. Thiết kế dữ liệu 59
IV.3. Thiết kế các màn hình giao diện của phần mềm 60
IV.3.1. Giao diện chính: 61
IV.3.2. Giao diện Lý Thuyết: 63
IV.3.3. Giao diện Bài tập: 64
IV.3.4. Giao diện Ví dụ: 65
IV.3.5. Giao diện cập nhật, thay đổi nội dung bài giảng 66
IV.4. Hướng dẫn sử dụng 68
IV.5. Yêu cầu đối với chương trình 70

KẾT LUẬN 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74