Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

77 1.3K 15
Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN QUANG SƠN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN Chuyên ngành: Mã số: Khoa học máy tính 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ QUỐC TẠO Thái Nguyên - 2008 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BIÊN 1.1 Tổng quan xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh 1.1.2 Các bước xử lý ảnh 10 1.1.3 Một số vấn đề xử lý ảnh 14 1.2 Tốn tử khơng gian với xử lý ảnh 18 1.2.1 Làm trơn nhiễu lọc tuyến tính 18 1.2.2 Làm trơn nhiễu lọc phi tuyến 21 1.2.3 Lọc thông thấp, thông cao lọc dải thông 22 1.3 Tổng quan biên 23 1.3.1 Biên kiểu biên .23 1.3.2 Vai trò biên nhận dạng 26 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN CỔ ĐIỂN 28 2.1 Phân loại kỹ thuật phát biên .28 2.1.1 Phương pháp phát biên trực tiếp .28 2.1.2 Phương pháp phát biên gián tiếp 28 2.1.3 Quy trình phát biên 29 2.2 Kỹ thuật phát biên Gradient 29 2.2.1 Pixel difference 30 2.2.2 Separated Pixel Difference 31 2.2.3 Toán tử Robert (1965) 32 2.2.4 Toán tử Prewitt 33 2.2.5 Toán tử (mặt nạ) Sobel 33 2.2.6 Toán tử Frie-Chen 34 2.2.7 Toán tử Boxcar 34 2.2.8 Toán tử Truncated Pyramid 35 2.3 Các toán tử la bàn 36 2.3.1 Toán tử la bàn Kirsh 37 2.3.2 Toán tử la bàn Prewitt 38 2.3.3 Robinson - Level 39 2.3.4 Robinson - Level 40 2.4 Kỹ thuật phát biên Laplace 41 CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN NÂNG CAO 45 3.1 Phương pháp Canny 45 3.1.1 Cơ sở lý thuyết thuật toán .45 3.1.2 Hoạt động thuật toán 47 3.2 Phương pháp Shen - Castan 52 3.2.1 Xây dựng lọc tối ưu 52 3.2.2 Hoạt động thuật toán .54 3.3 Phát biên dựa vào Wavelet 56 CHƯƠNG IV: MỘT SỐ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN 62 4.1 Phương pháp phát biên dựa vào kỹ thuật Gradient 62 4.2 Phương pháp đạo hàm bậc phương pháp đạo hàm bậc hai 66 4.3 Đánh giá nhận xét phương pháp Canny 69 4.4 Các phương pháp phát biên (phương pháp Gadient, phương pháp Laplace, phương pháp Canny) 71 4.5 Đánh giá nhận xét phương pháp Wavelet 73 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 LỜI CẢM ƠN Trước hết muốn gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Viện công nghệ thông tin Khoa công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên quan tâm tổ chức đạo trực tiếp giảng dạy khóa cao học Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Ngô Quốc Tạo dẫn khoa học tận tình hướng dẫn cho tơi suốt q trình làm luận văn Nếu khơng có giúp đỡ thầy tơi khó hồn thành luận văn Cũng qua đây, xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm ứng dụng tiến Khoa học Công nghệ - Sở Khoa học Công nghệ Thái Nguyên, nơi công tác, tạo điệu kiện thuận lợi cho tơi thời gian hồn thành môn học suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, xin cảm gia đình, người ln ủng hộ động viên để tơi n tâm nghiên cứu hồn thành luận văn DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh Hình 1.2: Các bước trình xử lý ảnh 10 Hình 1.3: Lân cận điểm ảnh tọa độ (x,y) 16 Hình 1.4: Đường biên lý tưởng .24 Hình 1.5: Đường biên dốc 25 Hình 1.6: Đường biên không trơn 26 Hình 2.1: Biên ảnh với Pixel Difference 31 Hình 2.2: Biên ảnh với Separated Pixel Difference .32 Hình 2.3: Biên ảnh với tốn tử Robert 33 Hình 2.4: Biên ảnh với tốn tử Prewitt 33 Hình 2.5: Biên ảnh với tốn tử Sobel 34 Hình 2.6: Biên ảnh với tốn tử Frie-Chen 34 Hình 2.7: Biên ảnh với tốn tử Boxcar 35 Hình 2.8: Biên ảnh với tốn tử Truncated Pyramid 36 Hình 2.9: Biên ảnh với toán tử Kirsh 38 Hình 2.10: Biên ảnh với toán tử la bàn Prewitt 39 Hình 2.11: Biên ảnh với toán tử Robinson level 40 Hình 2.12: Biên ảnh với toán tử Robinson level 41 Hình 2.13: Biên ảnh với kỹ thuật Laplace 42 Hình 2.14: Bộ lọc Laplace of Gauss 42 Hình 2.15: Biên ảnh với kỹ thuật Laplace of Gauss .44 Hình 3.1: Đạo hàm hàm Gauss theo hai hướng (x,y) 48 Hình 3.2: Hình mơ tả điểm biên lân cận 50 Hình 3.3: Biên ảnh theo phương pháp Canny 52 Hình 3.4: Biên ảnh theo phương pháp Shen-Castan 55 Hình 3.5: Dùng DWT cho biến đổi Neurite .56 Hình 3.6 Biên ảnh hộp đơn .57 Hình 3.7: Biên ảnh chó nằm bậc thang 57 Hình 3.8: Sử dụng tiêu chuẩn cho ảnh cho nằm bậc thang 58 Hình 3.9: Sử dụng tiêu chuẩn cho ảnh Filopodia 59 Hình 3.10: Sử dụng liên kết tự động ảnh hộp đơn 59 Hình 3.11: Sử dụng liên kết tự động ảnh cho nằm bậc thang .60 Hình 3.12: Sử dụng liên kết tự động ảnh Filopodia 60 Hình 4.1: Hình mơ kết tìm biên theo kỹ thuật Gradient .65 Hình 4.2: Biên ảnh theo đạo hàm bậc bậc hai 68 Hình 4.3: Phát biên với Canny ngưỡng cố định .69 Hình 4.4: Phát biên với Canny ngưỡng thay đổi σ =1 70 Hình 4.5: Biên ảnh theo Gradient, Laplace, Canny 71 Hình 4.6: Phát biên theo phương pháp Wavelet 72 MỞ ĐẦU Thời đại công nghệ thông tin phát triển vũ bão vào ngõ ngách sống Hiện nay, phát triển ngành công nghiệp có diện đóng góp to lớn công nghệ thông tin Xử lý ảnh chuyên ngành quan trọng lâu đời Công nghệ thông tin Xử lý ảnh áp dụng nhiều lĩnh khác y học, vật lý, hố học, tìm kiếm tội phạm, qn số lĩnh vực khác Phần lớn người thu nhận thơng tin thị giác, cụ thể hình ảnh Vì xử lý ảnh vấn đề thiếu quan trọng để thu hình ảnh tốt hơn, đẹp hơn, nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin khác người nhận Trong xử lý ảnh, việc nhận dạng phân lớp đối tượng cần trải qua trình thao tác khác Phát biên giai đoạn quan trọng kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào giai đoạn Mục đích việc dị biên đánh dấu điểm ảnh số mà có thay đổi đột ngột độ xám, tập hợp nhiều điểm biên tạo nên đường bao quanh ảnh (đường biên) Nhờ có đường biên mà phân biệt đối tượng nền, phân biệt vùng khác định vị đối tượng từ mà nhận dạng đối tượng Đây sở quan trọng việc ứng dụng phương pháp vào thực tiễn sống, đặc biệt điều kiện đất nước ta bước phát triển lên nên việc nghiên cứu ứng dụng vấn đề cần quan tâm phát triển Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài " Nghiên cứu số phương pháp phát biên" Mục đích đề tài hệ thống hóa kiến thức phương pháp phát biên, từ kỹ thuật dị biên cài đặt chương trình để đưa nhận xét, so sánh, đánh giá phương pháp phát biên Qua có nhìn tổng quát phương pháp phát biên Ngoài phần mở đầu kết luận luận văn chia làm chương, nội dung cụ thể chương sau: Chương I: Tổng quan xử lý ảnh biên Trong chương trình bày sơ lược xử lý ảnh, giới thiệu bước xử lý hệ thống xử lý ảnh Một số thành phần cốt tử xử lý ảnh, điểm ảnh, mức xám, biên,…được trình bày khái niệm Chương II: Các phương pháp phát biên cổ điển Nội dung chương đề cập đến số phương pháp phát biên phương pháp đạo hàm bậc phương pháp đạo hàm bậc hai Chương III: Các phương pháp phát biên nâng cao Trong chương đề cập đến phương pháp phát biên Canny, phương pháp Shen-Castan phương pháp Wavelet Chương IV: Một số nhận xét đánh giá phương pháp phát biên Qua việc cài đặt thử nghiệm phương pháp phát biên trình bày chương trước, từ kết mô thực nghiệm chạy chương trình, chương đưa nhận xét đánh giá, so sánh phương pháp phát biên Chỉ phương pháp phát biên phù hợp với loại ảnh cần xử lý Tuy nhiên, việc nghiên cứu vấn đề khoa học đến kết khó khăn nhiều thách thức luận văn cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng gópquý báu thầy cô đồng nghiệp Học viên Nguyễn Quang Sơn CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BIÊN 1.1 Tổng quan xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh Con người thu nhận thông tin qua giác quan thị giác đóng vai trị quan trọng Sự phát triển nhanh phần cứng máy tính, xử lý ảnh đồ hoạ phát triển mạnh mẽ ngày có nhiều ứng dụng sống Xử lý ảnh đóng vai trị quan trọng tương tác người máy Quá trình xử lý nhận dạng ảnh trình thao tác nhằm biến đổi ảnh đầu vào kết mong muốn Kết đầu trình xử lý ảnh ảnh "tốt hơn" kết luận Ảnh tốt Ảnh đầu vào Xử lý ảnh Kết luận Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh Như mục tiêu xử lý ảnh chia làm ba hướng sau: - Xử lý ảnh ban đầu ảnh tốt theo mong muốn người dùng (ví dụ: ảnh mờ cần xử lý để rõ hơn) - Phân tích ảnh để thu thơng tin giúp cho việc phân loại nhận biết ảnh (ví dụ: phân tích ảnh vân tay để trích chọn đặc trưng vân tay) - Từ ảnh đầu vào mà có nhận xét, kết luận mức cao hơn, sâu (ví dụ: ảnh tai nạn giao thông phác hoạ trường tai nạn) 1.1.2 Các bước xử lý ảnh Quá trình xử lý ảnh đầu vào nhằm thu ảnh đầu mong muốn thường phải trải qua nhiều bước khác Các bước q trình xử lý ảnh thể thơng qua hình sau: Biểu diễn mơ tả Phân đoạn ảnh Tiền xử lý ảnh CƠ SỞ TRI THỨC Nhận dạng nội suy Thu nhận ảnh (Scaner, sensor, camera) Hình 1.2: Các bước trình xử lý ảnh 1.1.2.1 Thu nhận ảnh Đây bước trình xử lý ảnh Để thực điều này, ta cần có thu ảnh khả số hố tín hiệu liên tục sinh thu ảnh Bộ thu ảnh máy chụp ảnh đơn sắc hay màu, máy quét ảnh, máy quay Trong trường hợp thu ảnh cung cấp chưa phải dạng số hoá ta cịn phải chuyển đổi hay số hố ảnh Q trình chuyển đổi ADC (Analog to Digital Converter) để thu nhận dạng số hoá ảnh Mặc dù cơng đoạn song kết có ảnh hưởng nhiều đến cơng đoạn 10 ... cập đến phương pháp phát biên Canny, phương pháp Shen-Castan phương pháp Wavelet Chương IV: Một số nhận xét đánh giá phương pháp phát biên Qua việc cài đặt thử nghiệm phương pháp phát biên trình... II: Các phương pháp phát biên cổ điển Nội dung chương đề cập đến số phương pháp phát biên phương pháp đạo hàm bậc phương pháp đạo hàm bậc hai Chương III: Các phương pháp phát biên nâng cao Trong... CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN 62 4.1 Phương pháp phát biên dựa vào kỹ thuật Gradient 62 4.2 Phương pháp đạo hàm bậc phương pháp đạo hàm bậc hai 66 4.3 Đánh giá nhận xét phương

Ngày đăng: 10/11/2012, 09:22

Hình ảnh liên quan

Hình 1.2: Các bước cơ bản trong quá trình xử lý ảnh - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 1.2.

Các bước cơ bản trong quá trình xử lý ảnh Xem tại trang 10 của tài liệu.
Hình 1.3: Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 1.3.

Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) Xem tại trang 16 của tài liệu.
c) Lọc đồng hình (Homomorphie Filter) - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

c.

Lọc đồng hình (Homomorphie Filter) Xem tại trang 20 của tài liệu.
Hình minh hoạ điểm ảnh có sự biến đổi mức xám u(x) một cách đột ngột: - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình minh.

hoạ điểm ảnh có sự biến đổi mức xám u(x) một cách đột ngột: Xem tại trang 24 của tài liệu.
Hình 1.5: Đường biên dốc - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 1.5.

Đường biên dốc Xem tại trang 25 của tài liệu.
Hình1.6: Đường biên không trơn - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 1.6.

Đường biên không trơn Xem tại trang 26 của tài liệu.
như của Robert nhưng khác cấu hình: - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

nh.

ư của Robert nhưng khác cấu hình: Xem tại trang 33 của tài liệu.
Hình 2.4: Biên ảnh với toán tử Prewitt - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.4.

Biên ảnh với toán tử Prewitt Xem tại trang 33 của tài liệu.
Frie-Chen xử lý có hình dạng như sau: - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

rie.

Chen xử lý có hình dạng như sau: Xem tại trang 34 của tài liệu.
Hình 2.5: Biên ảnh với toán tử Sobel - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.5.

Biên ảnh với toán tử Sobel Xem tại trang 34 của tài liệu.
Hình 2.7: Biên ảnh với toán tử Boxcar - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.7.

Biên ảnh với toán tử Boxcar Xem tại trang 35 của tài liệu.
Hình 2.8: Biên ảnh với toán tử Truncated Pyramid - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.8.

Biên ảnh với toán tử Truncated Pyramid Xem tại trang 36 của tài liệu.
Hình 2.13: Biên ảnh với kỹ thuật Laplace - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.13.

Biên ảnh với kỹ thuật Laplace Xem tại trang 42 của tài liệu.
Hình 2.14: Bộ lọc Laplace of Gauss - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.14.

Bộ lọc Laplace of Gauss Xem tại trang 42 của tài liệu.
Hình 2.15: Biên ảnh với kỹ thuật Laplace of Gauss - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 2.15.

Biên ảnh với kỹ thuật Laplace of Gauss Xem tại trang 44 của tài liệu.
Hình 3.2: Hình mô tả các điểm biên lân cận - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.2.

Hình mô tả các điểm biên lân cận Xem tại trang 50 của tài liệu.
Hình 3.4: Biên ảnh theo phương pháp Shen-Castan - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.4.

Biên ảnh theo phương pháp Shen-Castan Xem tại trang 55 của tài liệu.
Hình 3.5: Dùng DWT cho biến đổi Neurite. - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.5.

Dùng DWT cho biến đổi Neurite Xem tại trang 56 của tài liệu.
Dữ liệu thể hiện ở hình 3.5 đã biến đổi từ quan sát ảnh phụ. Trước ứng dụng DWT dữ liệu là không rõ ràng, không thay đổi mức xám thì ta thườ ng dùng chu ẩ n  - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

li.

ệu thể hiện ở hình 3.5 đã biến đổi từ quan sát ảnh phụ. Trước ứng dụng DWT dữ liệu là không rõ ràng, không thay đổi mức xám thì ta thườ ng dùng chu ẩ n Xem tại trang 57 của tài liệu.
Hình 3.8: Sử dụng 3 tiêu chuẩn cho ảnh con chón ằm bậc thang. - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.8.

Sử dụng 3 tiêu chuẩn cho ảnh con chón ằm bậc thang Xem tại trang 58 của tài liệu.
Hình 3.9: Sử dụng 3 tiêu chuẩn cho ảnh của Filopodia - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.9.

Sử dụng 3 tiêu chuẩn cho ảnh của Filopodia Xem tại trang 59 của tài liệu.
Hình 3.10: Sử dụng liên kết tự động trong ảnh hộp đơn. - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.10.

Sử dụng liên kết tự động trong ảnh hộp đơn Xem tại trang 59 của tài liệu.
Hình 3.11: Sử dụng liên kết tự động trong ảnh con chón ằm bậc thang - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.11.

Sử dụng liên kết tự động trong ảnh con chón ằm bậc thang Xem tại trang 60 của tài liệu.
Hình 3.12: Sử dụng liên kết tự động trong của Filopodia - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 3.12.

Sử dụng liên kết tự động trong của Filopodia Xem tại trang 60 của tài liệu.
Hình 4.1: Hình mô phỏng kết quả tìm biên theo kỹ thuật Gradient - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 4.1.

Hình mô phỏng kết quả tìm biên theo kỹ thuật Gradient Xem tại trang 65 của tài liệu.
Hình4.3: Phát hiện biên với Canny ngưỡng cố định Th=100 và Tl =30 - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 4.3.

Phát hiện biên với Canny ngưỡng cố định Th=100 và Tl =30 Xem tại trang 69 của tài liệu.
Hình 4.6: Phát hiện biên theo phương pháp Wavelet - Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên

Hình 4.6.

Phát hiện biên theo phương pháp Wavelet Xem tại trang 74 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan