Một số phương pháp phát hiện biên.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (163.92 KB, 10 trang )
Môn học: Xử lý ảnh
Tên đề tài: Một số phương pháp phát hiện biên
Giáo viên hướng dẫn: Th.S Đặng Quang Huy
Sinh viên: Vũ Ngọc Đông
Bùi Quang Tuấn
Trần Việt Thắng
Lời mở đầu
Hiện nay, trong các trường đại học và cao đẳng, xử lý ảnh đã trở thành một môn học
chuyên ngành của sinh viên cách ngành công nghệ thông tin, Viễn thông. Xử lý ảnh là
lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là ngành khoa học mới nhưng được
phát triển rất nhanh. Qúa trình bắt đầu từ việc thu nhận ảnh nguồn (từ các thiết bị
thu nhận ảnh dạng số hoặc tương tự) gửi đến máy tính. Dữ liệu ảnh được lưu dưới
dạng phù hợp với quá trình xử lý. Người lập trình sẽ tác động các thuật toán tương
ứng lên dữ liệu ảnh nhằm thay đổi cấu trúc ảnh phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
Nhằm giúp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật sử lý ảnh, trong đó
nghiên cứu về các vấn đề phát triển và tách biên ảnh là một trong những mục tiêu
quan trọng trong lĩnh vực xử lý ảnh số. Sau giai đoạn tiền xử lý ảnh, ảnh đã được tăng
cường hay khôi phục để làm nổi bật các đặc trung chủ yếu, tiếp theo là quá trình phân
tích ảnh. Qúa trình phân tích ảnh gồm các giai đoạn trích chọn các đặc tính, sau đó là
phân đoạn ảnh thành các phần tử, ví dụ như phân đoạn theo biên. Phát hiện biên là
một phần trong quá trình phân tích ảnh sau khi đã lọc ảnh hay tiền xử lý ảnh. Để tìm
hiểu việc phát hiện và dò tìm biên ảnh trước hết chúng ta hiểu hiểu các khái niệm ban
đầu
Xử lý ảnh là một trong những mảng quan trọng nhất trong kỹ thuật thị giác máy tính, là quá
trình biến đổi ảnh từ một ảnh ban đầu sang một ảnh mới.
Xử lý ảnh có thể là quá trình phân tích, phân lớp các đối tượng làm tăng chất lượng ảnh,
phân đoạn và tìm cạnh, gán nhãn cho vùng hay quá trình biên dịch các thông tin hình ảnh của
ảnh.
Xử lý ảnh là lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là ngành khoa học mới nhưng
được phát triển rất nhanh. Qúa trình bắt đầu từ việc thu nhận ảnh nguồn (từ các thiết bị thu
nhận ảnh dạng số hoặc tương tự) gửi đến máy tính. Dữ liệu ảnh được lưu dưới dạng phù hợp với
quá trình xử lý. Người lập trình sẽ tác động các thuật toán tương ứng lên dữ liệu ảnh nhằm thay
đổi cấu trúc ảnh phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
1.Phát biểu đề tài:
Một trong những vấn đề trọng tâm nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy là biên và
các thao tác trên nó vì các kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào biên. Nhìn chung về
mặt toán học, người ta coi điểm biên của ảnh là điểm có sự thay đổi nhanh hoặc đột
ngột về độ xám(hoặc màu).Ví dụ trong một ảnh nhị phân một điểm có thể được gọi là
biên nếu đó là điểm đen và có ít nhất một điểm trắng ở bên cạnh. Tập hợp các điểm
biên liên tiếp tạo thành biên hay đường bao quanh của ảnh
- Điểm biên: là điểm nếu có sự thay đổi nhanh hay đột ngột về mức xám (hoặc màu)
- Biên ảnh: biên ảnh là những điểm mà tại đó hàm độ sáng của ảnh liên tục có bước nhảy
hoặc biến thiên nhanh . Cơ sở toán học của việc phát hiện và tách biên là phép toán đạo hàm,
phương pháp này còn được gọi là phương pháp phát hiện biên trực tiếp. Tập hợp các điểm biên
tạo thành đường biên(edge) hay đường bao (boundary) của ảnh. Ví dụ trong một ảnh nhị phân
một điểm có thể gọi là một biên nếu đó là điểm đen và có ít nhất một điểm trắng lân cận.
- Vùng ảnh (region) : là tập tất cả những điểm ảnh thuộc về một đối tượng trong ảnh.
Ranh giới giữa các vùng ảnh gọi là biên ảnh và các đường biên khép kín cho phép xác định vùng
ảnh.
Ý nghĩa của đường biên:
- Đường biên là một loại đặc trưng cục bộ tiêu biểu trong việc phân tích và nhận dạng
ảnh.
- Người ta sử dụng biên làm phân cách các vùng xám (màu) cách biệt. Ngược lại, người
ta cũng sử dụng các vùng ảnh để tìm vùng phân cách.
- Mô hình biểu diễn đường biên theo toán học: điểm ảnh có sự biến đổi mức xám u(x)
một cách đột ngột theo hình vẽ sau
U
u
X
x
B, Đường biên bậc
thang
A, Đường biên lý tưởng
u
x
C, Đường biên thực
2. Phạm vị đề tài
Nghiên cứu về các vấn đề phát hiện và tách biên ảnh trong xử lý ảnh số. phát hiện biên
và tách biên là một phần trong phân tích ảnh, sau khi lọc ảnh(hay tiền xử lý ảnh). Việc dò và tìm
biên ảnh là một trong các đặc trung thuộc khối trích trọn đặc trưng
3.Các đối tượng
Các đối tượng trong ảnh cần được xử lý.
4. Mục đính nghiên cứu
Tìm hiểu các kỹ thuật xử lý biên trong xử lý ảnh và đồ họa nhằm kế thừa và cải tiến trước
đó.
Nghiên cứu phát hiện biên trực tiếp và dán tiếp và một số phương pháp phát hiện biên
mới cho một số lớp bài toán.
Đưa ra một số bài toán ứng dụng thực tế có sử dụng các phương pháp trên và cài đặt.
5. Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên
Từ định nghĩa toán học của biên người ta sử dụng hai phương pháp phát hiện biên là:
A, Phương pháp phát hiện biên trực tiếp:
• Phương pháp Gradient
- Kỹ thuật Gradient
+Phương pháp tìm biên Roberts
+Phương pháp tìm biên Sobel
+Phương pháp tìm biên Prewitt
- Kỹ thuật la bàn
• Phương pháp Laplace
Hai phương pháp này gọi chung là dò tìm biên cục bộ
Phương pháp phát hiện biên trực tiếp:
- Làm nổi đường biên dựa vào sự biến thiên về giá trị cấp xám của các điểm ảnh.
- Kỹ thuật được dùng chủ yếu ở đây là kỹ thuật đạo hàm:
+ Nếu lấy đạo hàm bậc nhất của ảnh, ta có phương pháp Gradient
+Nếu lấy đạo hàm bậc hai ta có kỹ thuật Laplace
B, Phương pháp phát hiện biên dán tiếp:
Phân chia ảnh thành các vùng → đường phân cách giữa các vùng đó chính là biên.
So sánh 2 phương pháp phát hiện biên:
– Phương pháp trực tiếp: tỏ ra hiệu quả vì ít chịu ảnh hưởng của nhiễu. Song nếu sự
biến thiên độ sáng không đột ngột, phương pháp này tỏ ra kém hiệu quả.
– Phương pháp gián tiếp: tuy khó cài đặt nhưng lại áp dụng khá tốt khi sự biến thiên độ
sáng nhỏ.
6.Một số phương pháp phát hiện biên:
A, PHƯƠNG PHÁP PREWITT
Toán tử Prewitt có dạng như sau:
Hx=
Hy =
Hướng ngang (x)
Hướng dọc
(y)
VD: Cho ảnh I, sử dụng
phương
pháp tìm biên Prewitt để tìm
biên ảnh sau:
1 1 2 6 7 7
1 2 2 7 7 6
2 2 2 6 7 6
2 2 3 7 7 6
2 3 1 7 7 6
3 1 4 7 7 5
I
Kết quả sau khi sử dụng toán tử Prewitt
I*Hx + I*Hy =
6 7 2
1
7 4 1
5
7 4 1
5
8 0 1
4
6 2 1
5
9 6 2
0
2
6
1
5
1
5
1
5
1
3
2
4
2 2
0 7
1 2
2
2 2
1
3 2
1
2 2
2
2 2
2 7
B,Phương pháp sobel : Toán tử sobel
C,Phương pháp laplace
• Các phương pháp Gradient ở trên làm việc khá tốt khi mà độ sáng thay đổi rõ nét. Nhưng
khi mức xám thay đổi chậm, miền chuyển tiếp trải rộng, phương pháp sử dụng đạo hàm bậc hai
lại cho kết quả tốt hơn, mà trong phần trên gọi là phương pháp Laplace.
•
Toán tử Laplace được định nghĩa như sau
Toán tử Laplace dùng một số kiểu mặt nạ khác nhau nhằm tính gần đúng đạo hàm riêng bậc hai.
Các dạng mặt nạ theo toán tử Laplace bậc 3x3 có thể:
H1=
H2=
H3 =
Kỹ thuật theo toán tử Laplace tạo đường biên mảnh (có độ rộng 1 pixel). Nhược điểm của
kỹ thuật này là rất nhạy với nhiễu, do vậy đường biên thu được kém ổn định.
