MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC .. 2

LỜI CẢM ƠN ... 4

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH 5

MỞ ĐẦU . 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BIÊN 9

1.1. Tổng quan về xử lý ảnh . 9

1.1.1. Xử lý ảnh. 9

1.1.2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ..10

1.1.3. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 14

1.2. Toán tử không gian với xử lý ảnh ..18

1.2.1. Làm trơn nhiễu bằng lọc tuyến tính.18

1.2.2. Làm trơn nhiễu bằng lọc phi tuyến ..21

1.2.3. Lọc thông thấp, thông cao và lọc dải thông .22

1.3. Tổng quan về biên..23

1.3.1. Biên và các kiểu biên cơ bản...23

1.3.2. Vai trò của biên trong nhận dạng ..26

CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN CỔ ĐIỂN...28

2.1. Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên ...28

2.1.1. Phương pháp phát hiện biên trực tiếp .28

2.1.2. Phương pháp phát hiện biên gián tiếp.28

2.1.3. Quy trình phát hiện biên 29

2.2. Kỹ thuật phát hiện biên Gradient29

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 3 - Level ...39

2.3.4. Robinson 5 - Level ...40

2.4. Kỹ thuật phát hiện 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 của thuật toán ..47

3.2. Phương pháp Shen - Castan ..52

3.2.1. Xây dựng bộ lọc tối ưu...52

3.2.2. Hoạt động của thuật toán .54

3.3. Phát hiện 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 hiện biên dựa vào kỹ thuật Gradient .62

4.2. Phương pháp đạo hàm bậc nhất và phương pháp đạo hàm bậc hai ...66

4.3. Đánh giá nhận xét về phương pháp Canny 69

4.4. Các phương pháp phát hiện biên (phương pháp Gadient, phương pháp

Laplace, phương pháp Canny) ..71

4.5. Đánh giá nhận xét về phương pháp Wavelet 73

KẾT LUẬN ..75

TÀI LIỆU THAM KHẢO.76

MỞ ĐẦU

Thời đại công nghệ thông tin phát triển như vũ bão đã đi vào từng ngõ ngách của cuộc sống. Hiện nay, bất cứ sự phát triển của ngành công nghiệp nào đều có sự hiện diện và đóng góp rất to lớn của công nghệ thông tin. Xử lý ảnh là một trong những chuyên ngành quan trọng và lâu đời của Công nghệ thông tin. Xử lý ảnh được áp dụng trong nhiều lĩnh khác nhau như y học, vật lý, hoá học, tìm kiếm tội phạm, trong quân sự và trong một số lĩnh vực khác

Phần lớn con người thu nhận thông tin bằng thị giác, cụ thể đó là các hình ảnh. Vì vậy xử lý ảnh là vấn đề không thể thiếu và hết sức quan trọng để thu được hình ảnh tốt hơn, đẹp hơn, nhằm đáp ứng yêu cầu thông tin khác nhau của người nhận.

Trong xử lý ảnh, việc nhận dạng và phân lớp đối tượng cần trải qua các quá trình và các thao tác khác nhau. Phát hiện biên là một giai đoạn rất quan trọng vì các kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào giai đoạn này. Mục đích của việc dò biên sẽ đánh dấu những điểm trong một ảnh số mà có sự thay đổi đột ngột về độ xám, tập hợp nhiều điểm biên tạo nên một đường bao quanh ảnh (đường biên). Nhờ có đường biên mà chúng ta có thể phân biệt giữa đối tượng và nền, phân biệt giữa các vùng khác nhau và định vị được đối tượng từ đó mà nhận dạng đối tượng. Đây là cơ sở quan trọng trong việc ứng dụng phương pháp này vào thực tiễn của cuộc sống, đặc biệt là trong điều kiện đất nước ta đang từng bước phát triển và đi lên nên việc nghiên cứu các ứng dụng vấn đề này cần được quan tâm và phát triển.

Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài " Nghiên cứu một số phương pháp phát hiện biên". Mục đích chính của đề tài là hệ thống hóa kiến thức về các phương pháp phát hiện biên, từ các kỹ thuật dò biên cài đặt chương trình để đưa ra các nhận xét, so sánh, đánh giá về các phương pháp phát hiện biên. Qua đó có cáinhìn tổng quát về các phương pháp phát hiện biên.

Ngoài phần mở đầu và kết luận luận văn được chia làm 4 chương, nội dung cụthể của các chương như sau:

Chương I: Tổng quan về xử lý ảnh và biên

Trong chương này trình bày sơ lược về xử lý ảnh, giới thiệu các bước xử lý trong một hệ thống xử lý ảnh. Một số thành phần cốt tử trong xử lý ảnh, như điểm ảnh, mức xám, biên,…được trình bày như là các khái niệm.

Chương II: Các phương pháp phát hiện biên cổ điển

Nội dung của chương này sẽ đề cập đến một số phương pháp phát hiện biên trong phương pháp đạo hàm bậc nhất và phương pháp đạo hàm bậc hai.

Chương III: Các phương pháp phát hiện biên nâng cao

Trong chương này đề cập đến phương pháp phát hiện biên Canny, phương pháp Shen-Castan và phương pháp Wavelet.

Chương IV: Một số nhận xét đánh giá các phương pháp phát hiện biên

Qua việc cài đặt thử nghiệm các phương pháp phát hiện biên đã trình bày trong các chương trước, từ các kết quả mô phỏng thực nghiệm khi chạy chương trình, trong chương này đưa ra các nhận xét đánh giá, so sánh các phương pháp phát hiện biên. Chỉ ra phương pháp phát hiện biên phù hợp với loại ảnh cần xử lý.

Tuy nhiên, việc nghiên cứu một vấn đề khoa học đi đến kết quả là một khó khăn và nhiều thách thức do vậy luận văn chắc còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng gópquý báu của các thầy cô và đồng nghiệp.

Học viên

Nguyễn Quang Sơn

KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu tài liệu và thực hiện luận văn dưới sự định hướng của thầy hướng dẫn luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:

- Tìm hiểu được một cách tổng quan các vấn đề về XLA và phát hiện biên ảnh. Hệ thống hoá các phương pháp phát hiện biên. Đưa ra nhận xét, đánh giá các phương pháp phát hiện biên và có lựa chọn phương pháp phù hợp với từng loại ảnh.

- Đặc biệt việc phát hiện biên sử dụng phương pháp Wavelet và sự kết hợp giữa chúng đã phần nào đạt kết quả tốt hơn trong việc phát hiện biên nhưng chúng vẫn còn bộc lộ một số nhược điểm cần phải khắc phục.

- Bằng cách hiểu bản chất của từng phương pháp, tôi đã cài đặt và chạy thửnghiệm đối với một số phương pháp phát hiện biên.

- Ngoài ra, trong quá trình nghiên cứu tôi cũng tự tích lũy thêm cho mình các kiến thức về toán học, về kỹ thuật lập trình,…Và quan trọng là rèn luyện kỹ năng để thực hiện một nghiên cứu khoa học. Tuy mới chỉ là bước đầu, nhưng những kết quả này sẽ giúp ích cho tôi trong những nghiên cứu sau này để thu được những kết quả tốt hơn

Dựa trên những kết quả bước đầu đã đạt được trong luận văn, tiếp tục nghiên cứu đề xuất một số cải tiến phương pháp phát hiện biên hiệu quả hơn trong tươnglai.

- Đối với phương pháp Wavelet sẽ tiếp tục nghiên cứu để giảm độ phức tạp tính toán của phương pháp Wavelet. Vấn đề này có thể được giải quyết bởi việc chỉ sử dụng những cặp điểm liên quan nhất trong quá trình so sánh. Tiếp tục nghiên cứu các đặc điểm về hình dạng, các đặc điểm màu sắc và kết cấu để tăng hiệu quả cho đánh dấu tìm đường biên.

- Xây dựng một ứng dụng xử lý ảnh hoàn chỉnh dựa theo các phương phápphát hiện biên đã trình bày trong luận văn.