Môn học: Xử lý ảnh Tên đề tài: Một số phương pháp phát 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, trường đại học cao đẳng, xử lý ảnh trở thành môn học chuyên ngành sinh viên cách ngành công nghệ thông tin, Viễn thông Xử lý ảnh lĩnh vực mang tính khoa học cơng nghệ Nó ngành khoa học phát triển nhanh Qúa trình việc thu nhận ảnh nguồn (từ thiết bị thu nhận ảnh dạng số tương tự) gửi đến máy tính Dữ liệu ảnh lưu dạng phù hợp với trình xử lý Người lập trình tác động thuật toán tương ứng lên liệu ảnh nhằm thay đổi cấu trúc ảnh phù hợp với ứng dụng khác Nhằm giúp cho sinh viên kiến thức kỹ thuật sử lý ảnh, nghiên cứu vấn đề phát triển tách biên ảnh mục tiêu quan trọng lĩnh vực xử lý ảnh số Sau giai đoạn tiền xử lý ảnh, ảnh tăng cường hay khôi phục để làm bật đặc trung chủ yếu, q trình phân tích ảnh Qúa trình phân tích ảnh gồm giai đoạn trích chọn đặc tính, sau phân đoạn ảnh thành phần tử, ví dụ phân đoạn theo biên Phát biên phần trình phân tích ảnh sau lọc ảnh hay tiền xử lý ảnh Để tìm hiểu việc phát dò tìm biên ảnh trước hết hiểu hiểu khái niệm ban đầu Xử lý ảnh mảng quan trọng kỹ thuật thị giác máy tính, q trình biến đổi ảnh từ ảnh ban đầu sang ảnh Xử lý ảnh q trình phân tích, phân lớp đối tượng làm tăng chất lượng ảnh, phân đoạn tìm cạnh, gán nhãn cho vùng hay trình biên dịch thơng tin hình ảnh ảnh Xử lý ảnh lĩnh vực mang tính khoa học cơng nghệ Nó ngành khoa học phát triển nhanh Qúa trình việc thu nhận ảnh nguồn (từ thiết bị thu nhận ảnh dạng số tương tự) gửi đến máy tính Dữ liệu ảnh lưu dạng phù hợp với trình xử lý Người lập trình tác động thuật toán tương ứng lên liệu ảnh nhằm thay đổi cấu trúc ảnh phù hợp với ứng dụng khác 1.Phát biểu đề tài: Một vấn đề trọng tâm nghiên cứu lĩnh vực thị giác máy biên thao tác kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào biên Nhìn chung mặt tốn học, người ta coi điểm biên ảnh điểm có thay đổi nhanh đột ngột độ xám(hoặc màu).Ví dụ ảnh nhị phân điểm gọi biên điểm đen có điểm trắng bên cạnh Tập hợp điểm biên liên tiếp tạo thành biên hay đường bao quanh ảnh - Điểm biên: điểm có thay đổi nhanh hay đột ngột mức xám (hoặc màu) - Biên ảnh: biên ảnh điểm mà hàm độ sáng ảnh liên tục có bước nhảy biến thiên nhanh Cơ sở toán học việc phát tách biên phép tốn đạo hàm, phương pháp gọi phương pháp phát biên trực tiếp Tập hợp điểm biên tạo thành đường biên(edge) hay đường bao (boundary) ảnh Ví dụ ảnh nhị phân điểm gọi biên điểm đen có điểm trắng lân cận - Vùng ảnh (region) : tập tất điểm ảnh thuộc đối tượng ảnh Ranh giới vùng ảnh gọi biên ảnh đường biên khép kín cho phép xác định vùng ảnh Ý nghĩa đường biên: - Đường biên loại đặc trưng cục tiêu biểu việc phân tích nhận dạng ảnh - Người ta sử dụng biên làm phân cách vùng xám (màu) cách biệt Ngược lại, người ta sử dụng vùng ảnh để tìm vùng phân cách - Mơ hình biểu diễn đường biên theo tốn học: điểm ảnh có biến đổi mức xám u(x) 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 Phạm vị đề tài Nghiên cứu vấn đề phát tách biên ảnh xử lý ảnh số phát biên tách biên phần phân tích ảnh, sau lọc ảnh(hay tiền xử lý ảnh) Việc dò tìm biên ảnh đặc trung thuộc khối trích trọn đặc trưng 3.Các đối tượng Các đối tượng ảnh cần xử lý Mục đính nghiên cứu Tìm hiểu kỹ thuật xử lý biên xử lý ảnh đồ họa nhằm kế thừa cải tiến trước Nghiên cứu phát biên trực tiếp dán tiếp số phương pháp phát biên cho số lớp toán Đưa số toán ứng dụng thực tế có sử dụng phương pháp cài đặt 5 Phân loại kỹ thuật phát biên Từ định nghĩa toán học biên người ta sử dụng hai phương pháp phát biên là: A, Phương pháp phát 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 gọi chung dò tìm biên cục Phương pháp phát biên trực tiếp: - Làm đường biên dựa vào biến thiên giá trị cấp xám điểm ảnh - Kỹ thuật dùng chủ yếu kỹ thuật đạo hàm: + Nếu lấy đạo hàm bậc ảnh, ta có phương pháp Gradient +Nếu lấy đạo hàm bậc hai ta có kỹ thuật Laplace B, Phương pháp phát biên dán tiếp: Phân chia ảnh thành vùng → đường phân cách vùng biên So sánh phương pháp phát biên: – Phương pháp trực tiếp: tỏ hiệu chịu ảnh hưởng nhiễu Song biến thiên độ sáng không đột ngột, phương pháp tỏ hiệu – Phương pháp gián tiếp: khó cài đặt lại áp dụng tốt biến thiên độ sáng nhỏ 6.Một số phương pháp phát biên: A, PHƯƠNG PHÁP PREWITT Toán tử Prewitt có dạng 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 7 2 7 2 2 7 7 7 I Kết sau sử dụng toán tử Prewitt I*Hx + I*Hy = 7 2 5 2 2 2 2 2 2 B,Phương pháp sobel : Toán tử sobel C,Phương pháp laplace • Các phương pháp Gradient làm việc tốt mà độ sáng thay đổi rõ nét Nhưng mức xám thay đổi chậm, miền chuyển tiếp trải rộng, phương pháp sử dụng đạo hàm bậc hai lại cho kết tốt hơn, mà phần gọi phương pháp Laplace • Toán tử Laplace định nghĩa sau Toán tử Laplace dùng số kiểu mặt nạ khác nhằm tính gần đạo hàm riêng bậc hai Các dạng mặt nạ theo tốn tử Laplace bậc 3x3 có thể: H1= H2= H3 = Kỹ thuật theo toán tử Laplace tạo đường biên mảnh (có độ rộng pixel) Nhược điểm kỹ thuật nhạy với nhiễu, đường biên thu ổn định  ... sử dụng hai phương pháp phát biên là: A, Phương pháp phát biên trực tiếp: • Phương pháp Gradient - Kỹ thuật Gradient +Phương pháp tìm biên Roberts +Phương pháp tìm biên Sobel +Phương pháp tìm biên.. . tiến trước Nghiên cứu phát biên trực tiếp dán tiếp số phương pháp phát biên cho số lớp toán Đưa số toán ứng dụng thực tế có sử dụng phương pháp cài đặt 5 Phân loại kỹ thuật phát biên Từ định nghĩa... phương pháp Gradient +Nếu lấy đạo hàm bậc hai ta có kỹ thuật Laplace B, Phương pháp phát biên dán tiếp: Phân chia ảnh thành vùng → đường phân cách vùng biên So sánh phương pháp phát biên: – Phương