NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN VÀ ỨNG DỤNG doc

Đặt vấn đề Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các phương pháp biểu diễn biên, hệ thống hóa kiến thức về các phương pháp phát hiện biên, và ứng dụng của nó trong xử lý ảnh văn bản Bi

Trang 1

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN BIÊN VÀ ỨNG DỤNG

Người hướng dẫn khoa học : TS Đỗ Năng Toàn Luận văn tốt nghiệp

2

Nội dung trình bày

Đặt vấn đề

Các phương pháp phát hiện biên

Ứng dụng biên trong xác định góc nghiêng văn bản

Kết luận

Trang 2

Đặt vấn đề

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các phương pháp biểu diễn biên, hệ thống hóa kiến thức về các phương pháp phát hiện biên,

và ứng dụng của nó trong xử lý ảnh văn bản

Biên là một vấn đề quan trọng trong xử lý ảnh vì các đặc điểm trích chọn trong quá trình phân tích ảnh chủ yếu dựa vào biên

Điểm biên là nơi có sự thay đổi sự thay đổi đột ngột về mức xám Tập hợp các điểm biên tạo thành biên hay đường bao của ảnh

Các phương pháp phát hiện biên

 Phương pháp phát hiện biên trực tiếp: làm nổi biên dựa vào sự

biến thiên về giá trị độ sáng của điểm ảnh Kỹ thuật chủ yếu dùng phát hiện biên ở đây là kỹ thuật đạo hàm

 Phương pháp phát hiện biên gián tiếp: nếu bằng cách nào đấy,

ta phân được ảnh thành các vùng thì đường phân ranh giữa các vùng đó chính là biên Việc phân vùng ảnh thường dựa vào kết cấu bề mặt của ảnh

 Một số phương pháp khác: Cách tiếp cận theo mô hình mặt dựa

vào việc thực hiện xấp xỉ đa thức trên ảnh gốc hay ảnh đã thực hiện phép lọc Laplace Cách tiếp cận tối ưu nhằm xác định một hàm, làm giảm phương sai hoặc giảm một số điểm cực trị cục bộ

Trang 3

Phương pháp phát hiện biên trực tiếp

 Phương pháp Gradient: cho kết quả là ảnh biên dựa vào kỹ

thuật xác định các điểm có mức xám thay đổi đột ngột nhờ kỹ thuật lấy đạo hàm bậc nhất Theo định nghĩa, gradient là một véctơ có các thành phần biểu thị tốc độ thay đổi giá trị của điểm ảnh theo 2 hướng x và y

dx

y x f y dx x f f x

y x f

x

) , ( ) , ( )

,

∂

dy

y x f dy y x f f y

y x f

y

) , ( ) , ( )

,

∂

Kỹ thuật Gradient: dùng toán tử gradient lấy đạo hàm

theo 2 hướng

Kỹ thuật la bàn: dùng toán tử la bàn lấy đạo hàm theo 8

hướng chínhB, N, Đ, T, ĐB, TB, ĐN, TN.

6

-kỹ thuật

gradient-9 Toán tử Robert

¾ Áp dụng trực tiếp của công thức đạo hàm tại điểm (x,y) Với mỗi điểm ảnh I(x,y) của I, đạo hàm theo x, theo y được ký hiệu tương ứng bởi gx, gy được tính:

⎩

⎨

⎧

− +

=

− +

=

) , ( ) 1 , (

) , ( ) , 1 (

y x I y

x I g

y x I y x I g

y x

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

0 1

1 0

1

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 0

0 1

2

H

¾ Áp dụng toán tử Robert với ảnh nguồn I ta có ảnh kết quả Ikq như sau:

Ikq=I ⊗ H1+ I ⊗ H2

¾ Điều này tương đương với việc chập ảnh với 2 mặt nạ H1và H2:

Trang 4

-kỹ thuật

gradient-9 Toán tử Sobel

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 0 1

2 0 2

1 0 1

1

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

=

1 2 1

0 0 0

1 2 1

2

H

9 Toán tử Prewitt

9 Toán tử Frei-Chen

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡− − −

=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 2 1

0 0 0

1 2 1 H 1 0 0

2 0 2

1 0 0

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 0 1

1

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

=

1 0 1

0 0 0

1 1 1

2

H

-kỹ thuật la

bàn-⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

3 3

3

3 0

3

5 5

5

1

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

3 3 3

5 0 3

5 5 3

2

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

5 3 3

5 0 3

5 3 3

3

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

5 5

3

5 0

3

3 3

3

4

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

5 5 5

3 0 3

3 3 3

5

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

3 5 5

3 0 5

3 3 3

6

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

3 3 5

3 0 5

3 3 5

7

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

3 3 3

3 0 5

3 5 5

8

H

9 Toán tử Kirsch

Trang 5

-phương pháp

Laplace- Toán tử Laplace được định nghĩa:

≈[2f(x,y)-f(x-1,y)-f(x+1,y)]+[2f(x,y)-f(x,y-1)-f(x,y+1)]

≈f(x+1,y)+f(x-1,y)+f(x,y+1)+f(x,y-1)-4f(x,y)

2

2 2

2

y

f x

f

∂

∂ +

∂

=

Δ

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

0 1

0

1 4 1

0 1

0

1

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 1 1

1 8 1

1 1 1

2

H

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−

=

1 2 1

2 4 2

1 2 1

3

H

 3 kiểu mặt nạ hay dùng:

10

Original image Sobel Operator

Prewitt Operator Frei-Chen Operator Roberts Operator

Laplacian Operator

Robinson Operator Kirsh Operator

Hình ảnh nổi biên thu được từ việc áp dụng các toán tử

Trang 6

Phương pháp phát hiện biên gián tiếp

Phân vùng ảnh

Dò biên:

-Các kỹ thuật phân vùng

ảnh- Vùng ảnh là một chi tiết, một thực thể trong toàn cảnh, nó là một tập hợp các điểm có cùng hoặc gần cùng một tính chất nào đấy: mức xám, mức màu, độ nhám,…

Các điểm trong một vùng ảnh có độ biến thiên giá trị mức xám tương đối đồng đều hay tính kết cấu (texture) tương đồng

Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ

Phân vùng theo miền đồng nhất

Phân vùng dựa theo kết cấu bề mặt (texture)

Trang 7

-Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên

độ-H(k)

Lược đồ hình rắn lượn và cách chọn ngưỡng

⎩

⎨

⎧

<

>

=

T y x in

T y x in y

x out

) , ( 0

) , ( 1

) , (

Đặc tính đơn giản nhất và có thể hữu ích nhất của ảnh đó là biên độ của các tính chất vật lý của ảnh như: độ phản xạ, độ truyền sáng, màu sắc hoặc đáp ứng đa phổ Như vậy có thể dùng ngưỡng biên độ để phân vùng khi mà biên độ đủ lớn đặc trưng cho ảnh

Quá trình nhị phân hóa ảnh, T là ngưỡng cần xác định

14

-Phân vùng theo miền đồng

nhất- Kỹ thuật phân vùng ảnh thành các miền đồng nhất dựa vào các tính chất quan trọng nào đó của miền Việc lựa chọn các tính chất của miền sẽ xác định tiêu chuẩn phân vùng Tính đồng nhất của một miền của ảnh là điểm chủ yếu xác định tính hiệu quả của việc phân vùng

Phương pháp phân tách - cây tứ phân (split - quad trees)

Phương pháp hợp (merge)

Phương pháp tách - hợp (split - merge)

Trang 8

-Phân vùng dựa theo kết cấu bề mặt

(texture)- Tiếp cận thống kê: các đặc trưng của kết cấu sợi như độ thô,

độ mịn hay hướng có thể ước lượng nhờ các biến đổi ảnh bằng

kỹ thuật lọc tuyến tính

 Tiếp cận cấu trúc: kết cấu sợi có cấu trúc thuần nhất là những

phần tử sợi xác định, mà sự xuất hiện lặp đi lặp lại tuân theo một luật tất định hay ngẫu nhiên nào đấy

Phân đoạn theo tính kết cấu

ACF

Trích chọn đặc tính u(m,n)

Đặc tính sợi

Phân tích kết cấu sợi bằng dải tương quan

-kỹ thuật dò

biên-Dò biên tổng quát

Bước 1: Xác định cặp nền vùng xuất phát

Bước 2: Xác định cặp nền vùng tiếp theo

Bước 3: Lựa chọn điểm biên

Bước 4: Lặp lại bước 2 cho đến khi gặp cặp nền vùng xuất phát

Trang 9

-kỹ thuật dò

biên- Dò biên theo quy hoạch động

"Con đường tối ưu giữa 2 điểm cho trước cũng là tối ưu giữa 2 điểm bất kỳ nằm trên đường tối ưu đó"

C

E

B

D A

C E

Minh họa nguyên lý Bellman

18

 Bài toán phát hiện góc nghiêng văn bản

Phát hiện góc nghiêng và hiệu chỉnh góc nghiêng văn bản dựa vào chu tuyến ngoài của các đối tượng ảnh và phép biến đối Hough

ỨNG DỤNG BIÊN TRONG XÁC ĐỊNH

GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN

Trang 10

 Thuật toán phát hiện góc nghiêng văn bản

Xác định các đối tượng ảnh và hình chữ nhật nhỏ nhất chứa nó

Lấy điểm trung bình cạnh đáy của từng hình chữ nhật

XĐ đường thẳng

Tìm các đối tượng ảnh mới

và các hình chữ nhật chứa nó

Xoay văn bản với góc tìm được

Áp dụng biến đổi Hough để xác định đường thẳng từ tập điểm vừa tìm

được

T F

Mô tả thuật toán phát hiện góc nghiêng văn bản

 Sử dụng kỹ thuật dò biên để tìm các hình chữ nhật nhỏ

nhất chứa các đối tượng ảnh

Bước 1: Tìm điểm bắt đầu của một vùng và ta tìm biên

của vùng đó (chữ trên dòng)

Bước 2: Xác định điểm xuất phát của vùng tiếp theo, nếu

gặp một điểm đã xét tìm một điểm ảnh trên cùng dòng có nhãn bằng với điểm đang xét và tiến trình tiếp tục duyệt

từ đây

Bước 3: Nếu như chạy ngang đến một giới hạn nào đó

không thấy điểm bắt đầu của một vùng mới thì thoát khỏi việc các hình chữ nhật nhỏ nhất chứa các chữ Ngược lại

ta quay lại bước 2

Trang 11

 Áp dụng biến đổi Hough xác định góc nghiêng văn bản

Hough[ ϕ][r 2 ]=4

R 2 =x.cos ϕ+y.sinϕ

R 1 =x.cos ϕ+y.sinϕ

Hough[ ϕ][r 1 ]=3

ϕ

x

Hình 3.2: Ứng dụng biến đổi Hough trong phát hiện góc nghiêng

22

Thực nghiệm

Ảnh gốc

Trang 12

Thực nghiệm

Ảnh thu được sau khi dò biên

Thực nghiệm

Trang 13

Thực nghiệm

Ảnh thu được sau khi chỉnh góc nghiêng

26

Với mục đích là hệ thống hóa kiến thức về các phương pháp phát hiện biên và ứng dụng với bài toán xác định góc nghiêng văn bản Luận văn đã đạt được một số kết quả như sau:

Trình bày các phương pháp phát hiện biên trực tiếp dựa vào đạo hàm, phương pháp phát hiện biên dựa trên các kỹ thuật dò biên, các kỹ thuật phân vùng ảnh

Áp dụng phương pháp dò biên cho bài toán xác định góc nghiêng văn bản

Cài đặt chương trình demo phát hiện góc nghiêng văn bản và hiệu chỉnh lại văn bản

K ết luận

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	784,11 KB