NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP TRUY VẤN ẢNH THEO ĐẶC TRƢNG HÌNH DẠNG GVHD: PGS. TS Đỗ Năng Toàn SVTH: Nguyễn Hồng Phúc 1 MỤC TIÊU LUẬN VĂN Hiểu rõ lý thuyết về xử lý ảnh và các thuật toán để giải quyết bài toán truy vấn ảnh theo đặc trưng hình dạng. Xây dựng bài toán về truy vấn ảnh các biển báo giao thông đường bộ và ứng dụng nhỏ để giải quyết bài toán. 2 NỘI DUNG TRÌNH BÀY I. Đặt vấn đề II. Một số vấn đề trong truy vấn ảnh dựa vào hình dạng III. Bài toán và chƣơng trình thử nghiệm IV. Kết luận. 3 ĐẶT VẤN ĐỀ  Hình ảnh (sau đây gọi là ảnh) đóng một vai trò quan trọng, ảnh đã cùng len lõi vào tất cả các lĩnh vực của con người trong cuộc sống hiện tại, mang lại các giá trị thiết thực, giúp làm phong phú quá trình phục vụ một nhu cầu nhất định của con người.  Công nghệ Internet được phát minh và WWW ra đời cho phép khả năng lưu trữ hình ảnh rộng rãi và tra cứu thông tin trên môi trường mạng trong đó có hình ảnh=>lĩnh vực nghiên cứu liên quan đến ảnh như thu thập, xử lý, tìm kiếm, truy vấn hình ảnh ngày càng được quan tâm. 4 ĐẶT VẤN ĐỀ  Với mục đích nghiên cứu áp dụng các thuật toán để tạo ra một phương pháp truy vấn ảnh theo đặc trưng hình dạng => Giải quyết bài toán trước mắt là truy vấn các biển báo trong giao thông đường bộ. => CSDL ảnh sử dụng phục vụ nghiên cứu chỉ xem xét đến phạm vi ảnh tĩnh các biển báo giao thông đường bộ 5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Các phương pháp trích chọn đặc điểm hình dạng thường được chia thành hai loại là: - Trích chọn theo đường biên (xấp xỉ đa giác, mô hình phần tử hữu hạn, mô tả hình dạng theo Fourier) - Trích chọn theo vùng ảnh (mô hình thống kê). 6 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Cách biểu diễn hình dạng của đối tượng ảnh có thể chia thành hai kiểu: - Theo đường viền bao quanh (biên): chỉ sử dụng đường biên bên ngoài của hình dạng, điều này có thể thực hiện được bằng cách mô tả vùng đang quan tâm bằng các đặc tính bên ngoài của nó tức là các điểm ảnh dọc theo đường viền bao quanh đối tượng ảnh - Theo vùng: sử dụng cả vùng ảnh bằng cách mô tả vùng đang quan tâm bằng các đặc tính bên trong tức là các điểm ảnh ở bên trong vùng đó 7 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Một điểm ảnh được gọi là biên nếu ở đó có sự thay đổi đột ngột về mức xám. Tập hợp các điểm biên tạo thành biên của ảnh. - Phƣơng pháp phát hiện biên trực tiếp: Phương pháp này làm nổi biên dựa vào sự biến thiên độ xám của ảnh. Kỹ thuật chủ yếu dùng để phát hiện biên là kỹ thuật đạo hàm - Phƣơng pháp phát hiện biên gián tiếp: ta phân được ảnh thành các vùng thì ranh giới giữa các vùng là đó chính là biên 8 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Phƣơng pháp phát hiện biên trực tiếp: Kỹ thuật phát hiện biên Gradient: 9 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Phƣơng pháp phát hiện biên trực tiếp: Kỹ thuật phát hiện biên Gradient: - Mặt nạ Prewitt; - Mặt nạ Sobel; - Kỹ thuật La bàn; 10 [...]... MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Xử lý ảnh trong miền tần số và biến đổi Fourier: Có thể biến đổi dữ liệu ảnh từ miền tần số về miền không gian thông qua phép biến đổi Fourier ngược:   h ( x, y )   H (u, v)e  j 2 ( ux vy ) dudv    17 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Xử lý ảnh trong miền tần số và biến đổi Fourier: Biến đổi Fourier yêu cầu đầu vào là dạng. .. hàng theo độ lớn của biên độ gradient Chọn điểm có biên độ gradient lớn nhất 13 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Phƣơng pháp phát hiện biên gián tiếp: Kỹ thuật dò biên gián tiếp đơn giản: Bây giờ điểm này sẽ là một trong 8 hướng từ 0 đến 7 xung quanh điểm (x, y) sắp xếp theo mô hình sau (trong đó * là vị trí điểm (x, y)): 0 1 2 7 * 3 6 5 4 14 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH... SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Mô tả Fourier: Khoảng cách trọng tâm được định nghĩa là hàm khoảng cách giữa giữa một điểm ảnh nằm trên biên và trọng tâm (xc, yc) của đối tượng ảnh R( s )  ( x s  x c )  ( y s  y c ) 2 2 Hàm toạ độ phức đơn giản là biểu diễn toạ độ của các điểm ảnh biên bằng một số phức Z(s) = (xs - xc) + j(ys - yc) 24 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG... Phương pháp tra cứu ảnh theo nội dung sẽ tính toán sự tương tự trực quan giữa một ảnh mẫu và các ảnh trong một cơ sở dữ liệu và do đó kết quả của sự tra cứu không chỉ trả về một tấm ảnh mà nó trả về một danh sách các ảnh được xếp hạng dựa trên độ tương tự với ảnh mẫu Ký hiệu D(I,J) là số đo khoảng cách (về độ tương tự) giữa ảnh mẫu I và một ảnh J bất kỳ và fi(I) là số điểm ảnh trong bin thứ i của ảnh. .. của ảnh I, fi(J) là số điểm ảnh trong bin thứ i của ảnh J 31 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Đánh giá độ tương tự: Khoảng cách Minkowski:  p D( I , J )    f i ( I )  f i ( J )   i  1/ p Với p = 1, 2, D(I, J) tương ứng là L1, L2 - gọi là khoảng cách Euclide 32 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Đánh giá độ tương tự: Khoảng cách toàn phương: D( I , J )  ( FI... fi(I) và fi(J) 33 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Đánh giá độ tương tự: Khoảng cách Mahalanobis: D( I , J )  ( FI  FJ ) T C 1 ( FI  FJ ) C là ma trận hiệp biến của các véctơ đặc trưng 34 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Đánh giá độ tương tự: Độ phân kỳ Kullback-Leibler và độ phân kỳ Jeffrey: Độ phân kỳ Kullback-Leibler (KL) giữa hai ảnh I và J được định nghĩa... v)  1 18 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Xử lý ảnh trong miền tần số và biến đổi Fourier: Biến đổi Fourier rời rạc: 1 H (u, v)  MN M 1 N 1  h( x, y)e  2j ( ux vy  ) M N x 0 y 0 Công thức để chuyển về miền không gian sẽ là: 1 h( x, y )  MN M 1 N 1  H (u, v)e u 0 v 0 2j ( xu yv  ) M N 19 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Xử lý ảnh trong miền tần...MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Phƣơng pháp phát hiện biên trực tiếp: Kỹ thuật phát hiện biên Laplace: 2 f 2 f 2 f  2  2 x y 2 f= f(x+1,y) + f(x,y+1) - 4f(x,y) + f(x-1,y) + f(x,y-1) Kỹ thuật phát hiện biên Canny: 11 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Phƣơng pháp phát hiện biên gián tiếp: Kỹ thuật dò biên gián tiếp... ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Các bất biến moment: Đối tượng ảnh R được biểu diễn dưới dạng ảnh nhị phân thì moment trung tâm bậc p+q của hình dạng của đối tượng ảnh R được định nghĩa là:  p ,q   (x  x ) ( x , y )R c p ( y  yc ) q Moment trung tâm này có thể được chuẩn hoá để không còn phụ thuộc vào tỉ lệ  p ,q  p ,q pq2   ,  2  0, 0 27 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Các hàm... MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Các hàm xoay/ góc xoay: Để so sánh sự giống nhau giữa đối tượng ảnh A và B bằng phương pháp sử dụng hàm xoay thì khoảng cách giống nhau tối thiểu phải được tính trên tất cả các khả năng có thể của t và góc quay , tức là: 1   p d p ( A, B)   min R ,t[ 0,1]   A ( s  t )   B ( s)   ds    0   1 p 29 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA . tâm. 4 ĐẶT VẤN ĐỀ  Với mục đích nghiên cứu áp dụng các thuật toán để tạo ra một phương pháp truy vấn ảnh theo đặc trưng hình dạng => Giải quyết bài toán trước mắt là truy vấn các biển. CSDL ảnh sử dụng phục vụ nghiên cứu chỉ xem xét đến phạm vi ảnh tĩnh các biển báo giao thông đường bộ 5 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO HÌNH DẠNG Các phương pháp trích chọn đặc. toán truy vấn ảnh theo đặc trưng hình dạng. Xây dựng bài toán về truy vấn ảnh các biển báo giao thông đường bộ và ứng dụng nhỏ để giải quyết bài toán. 2 NỘI DUNG TRÌNH BÀY I. Đặt vấn đề