Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng

Kỹ thuật dùng để khôi phục ảnh: “Kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng hình học ảnh – thực hiện biến đổi ảnh”.. Nắn chỉnh ảnh là một kỹ thuật được sử dụng nhiều trong đồ hoạ máy tính.. Nó đóng v

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT

- -VŨ VĂN DƯƠNG

KHÔI PHỤC HÌNH DẠNG ẢNH VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Chuyên ngành : Khoa học máy tính

Mã số : 60 48 01

Thái Nguyên, năm 2011

Trang 2

Luận văn thạc sỹ: “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng”

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 5

Phần 1: PHẦN MỞ ĐẦU 6

1 Giới thiệu tổng quan về đề tài 6

2 Lý do chọn đề tài 7

3 Bố cục của luận văn 7

Phần 2: NỘI DUNG 9

Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHÔI PHỤC ẢNH 9

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh 9

1.1.1 Xử lý ảnh 9

1.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 10

1.1.2.1 Một số khái niệm cơ bản 10

1.1.2.2 Nắn chỉnh biến dạng 10

1.1.2.3 Khử nhiễu 11

1.1.2.4 Chỉnh mức xám 11

1.1.2.5 Trích chọn đặc điểm 11

1.1.2.6 Nhận dạng 12

1.1.2.7 Nén ảnh 13

1.1.3 Thu nhận và biểu diễn ảnh 13

1.1.3.1 Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh 13

1.1.3.2 Biểu diễn ảnh 14

1.2 Khôi phục ảnh 16

1.2.1 Khái niệm khôi phục ảnh 16

1.2.2 Định nghĩa khôi phục ảnh 16

1.2.3 Các nguồn biến dạng 17

1.2.4.Các kỹ thuật khôi phục ảnh 17

1.2.5 Các mô hình quan sát và tạo ảnh 17

1.2.5.1 Mô hình quan sát 17

1.2.5.2 Mô hình nhiễu 18

1.2.5.3 Các bộ lọc 19

1.2.5.4 Khôi phục ảnh bằng phương pháp bình phương tối thiểu 20

Chương 2: CÁC KỸ THUẬT KHÔI PHỤC HÌNH DẠNG ẢNH 21

2.1 Phép biến đổi ảnh 21

2.1.1 Hệ tọa độ Barycentric và phép nội suy Affine 21

Trang 3

2

2.1.1.1.Hệ tọa độ Barycentric 21

2.1.1.2 Phép nội suy Affine 22

2.1.2 Phép biến đổi ảnh Morphing 23

2.1.2.1 Mục đích 23

2.1.2.2 Khái niệm 23

2.1.3 Một số thuật toán biến đổi ảnh thường gặp 23

2.1.3.1.Thuật toán bóp méo ảnh( Image Warping) 23

2.1.3.2 Thuật toán thay đổi kích thước ảnh.(Image Scale) 24

2.1.3.3 Thuật toán quay ảnh (Image Rotate) 25

2.1.3.4 Thuật toán xoáy ảnh, cuộn (Image Fun) 26

2.2 Thuật toán bóp méo ảnh 27

2.2.1 Giới thiệu 27

2.2.2 Thuật toán bóp méo ảnh 30

2.2.2.1 Ý tưởng cơ bản của thuật toán 30

2.2.2.2 Xây dựng thuật toán 31

2.3 Một số kỹ thuật thường dùng trong bóp méo ảnh 32

2.3.1 Kỹ thuật xếp chồng ảnh 32

2.3.2 Kỹ thuật nắn chỉnh 33

2.3.3 Kỹ thuật cải tiến 35

2.3.4 Kỹ thuật dựa trên các điểm tương đương 36

Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 37

3.1 Bài toán biến đổi hình dạng ảnh 37

3.1.1 Giới thiệu bài toán 37

3.1.2 Xây dựng thuật toán 38

3.2 Chương trình thử nghiệm 40

3.2.1 Các khối modul chính trong chương trình 40

3.2.1.1 Khối đọc và thao tác ảnh 40

3.2.1.2 Khối thực hiện biến đổi ảnh dựa trên điểm đặc trưng 40

3.2.1.2.1 Hàm tính tọa độ Barycentric của M đối với ba điểm P 1 , P 2 , P 3 41

3.2.1.3 Khối hiển thị kết quả ảnh 48

3.2.2 Giao diện chương trình 49

3.2.2.1 Giao diện chính của chương trình 49

3.2.2.2 Giao diện khi tiếp nhận một ảnh đầu vào 49

3.2.2.3 Giao diện khi tiếp nhận hai ảnh đầu vào 49

3.2.2.4 Giao diện khi đọc các điểm đặc trưng từ tệp 50

3.2.2.5 Giao diện thực hiện nội suy khôi phục hình dạng ảnh 50

3.2.3 Kết quả chạy thử nghiệm 52

Trang 4

3.2.3.1 Bộ ảnh của em Hằng lúc 6 tuổi và lúc 18 tuổi 52

3.2.3.2 Bộ ảnh của bác Lộng lúc 35 tuổi và lúc 65 tuổi 53

3.2.3.3 Bộ ảnh của một người Nhật lúc 7 tuổi và lúc 45 tuổi 53

Phần 3: PHẦN KẾT LUẬN 54

1 Các kết quả đạt được 54

2 Hướng phát triển của đề tài 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

Trang 5

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đỗ Năng Toàn Các

số liệu, hình ảnh được sử dụng trong luận văn cũng như các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực

VŨ VĂN DƯƠNG

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo

TS Nguyễn Thị Hồng Minh đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình em thực hiện luận văn

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Trường Đại học Công nghệ thông tin & truyền thông - Đại học Thái Nguyên; quý Thầy, Cô trong Việc công nghệ thông tin đã tận tình truyền đạt kiến thức cho chúng em trong 2 năm học tập

và nghiên cứu Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu luận văn này mà còn là hành trang quí báu, nền tảng vững chắc để em tiếp tục nghiên cứu, hoạt động trong lĩnh vực công nghệ thông tin Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công hơn nữa trong cuộc sống

Trân trọng cảm ơn!

Trang 7

6

Phần 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu tổng quan về đề tài

Khôi phục ảnh là một lĩnh vực phát triển trong xử lý ảnh nói riêng và trong

ngành đồ họa nói chung Kỹ thuật dùng để khôi phục ảnh: “Kỹ thuật nắn chỉnh biến

dạng hình học ảnh – thực hiện biến đổi ảnh”

Nắn chỉnh ảnh là một kỹ thuật được sử dụng nhiều trong đồ hoạ máy tính Nó đóng vai trò quan trọng trong một số ngành như: ánh xạ bề mặt, biến hình, tạo bề mặt,…Ngoài ra, các kết quả của nó còn có nhiều ý nghĩa trong các ngành xử lý ảnh, cảm ứng từ xa, thư giãn-giải trí,…

Nắn chỉnh ảnh thực hiện việc biến đổi hình học giữa hai ảnh: ảnh nguồn và ảnh đích Sự biến đổi hình học định nghĩa mối quan hệ giữa các điểm ảnh nguồn và điểm ảnh đích Mối quan hệ này có thể được xác định bằng các hàm toán học được

áp dụng trên toàn bộ ảnh hoặc chỉ trên một vùng ảnh nào đó Trong nhiều trường hợp ngoài việc xác định các hàm toán học nắn chỉnh ảnh, phải xác định thêm các đặc trưng sử dụng trong quá trình nắn chỉnh

Có rất nhiều tiêu chí để phân lớp các thuật toán nắn chỉnh ảnh Nếu phân chia theo luồng dữ liệu biến đổi thì có thể phân lớp nắn chỉnh ảnh ra thành 2 lớp: các phương pháp tính xuôi và các phương pháp tính ngược Trong các phương pháp tính xuôi, các điểm ảnh trên ảnh nguồn được xử lý theo từng dòng quét và các kết quả được thiết lập trên ảnh đích Trong khi đó các phương pháp tính ngược ánh xạ ngược các điểm ảnh đích tới các điểm ảnh nguồn Đối với các ảnh số thì việc thực thi theo các phương pháp tính xuôi thường không cho kết quả tốt Do vậy, hầu hết các thuật toán hiện nay đều là các phương pháp tính ngược

Nếu phân biệt theo miền tác động của thuật toán nắn chỉnh thì ta có 2 phương pháp: phương pháp tác động toàn cục và phương pháp tác động cục bộ Phương pháp tác động toàn cục là phương pháp áp dụng thuật toán, tiêu chí như nhau đối với mọi điểm ảnh Đối với phương pháp cục bộ thì việc nắn chỉnh ảnh chỉ

áp dụng trên một số vùng ảnh, các vùng khác được giữ nguyên

Các thuật toán nắn chỉnh toàn cục có tốc độ xử lý tương đối nhanh, tuy nhiên chỉ áp dụng được đối với các yêu cầu đơn giãn như co, giãn ảnh, nắn chỉnh cả ảnh

Trang 8

thành hình tứ giác hay một số hiệu ứng khác như mắt cá, kính núp,…Thuật toán nắn chỉnh ảnh cục bộ là thuật toán cho kết quả ấn tượng hơn Tuy nhiên, để có thể bóp méo cục bộ theo từng vùng thì nó đòi hỏi phải xác định thêm tập các đặc trưng Đặc trưng này có thể tập các đoạn thẳng, điểm, lưới tam giác,…Ngoài ra, việc xây dựng thuật toán cũng tương đối phức tạp

2 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của Multimedia, với khối lượng hình ảnh và phim lưu trữ ngày càng lớn, cùng với sự phát triển vượt bậc của các thiết bị điện tử, tin học và viễn thông đã thu hút khá nhiều chuyên gia đi vào nghiên cứu những công cụ cung cấp cho việc lấy thông tin từ dữ liệu là các file ảnh

Khi máy tính ra đời việc xử lý thông tin bằng hình ảnh ngày càng trở nên phổ biến Ngày nay, thông tin hình ảnh đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc trao đổi thông tin, bởi phần lớn thông tin mà con người thu được là qua thị giác Bên cạnh đó, lượng dữ liệu là video số tăng lên cùng với việc ứng dụng đa phương tiện trong giáo dục, giải trí, kinh doanh, y tế,…Thực tế này đặt ra bài toán: giảm dung lượng video và tăng tốc độ xử lý, tổ chức lưu trữ và tìm kiếm video hiệu quả, hiểu nội dung video, nhận dạng đối tượng trong video Một trong những lĩnh vực giúp thực hiện được vấn đề này chính là xử lý ảnh

Xuất phát từ mục đích trên, em đã xây dựng đề tài: “Khôi phục hình dạng

ảnh và ứng dụng” Thuật toán biến đổi ảnh là sự kết hợp của các thuật toán biến

đổi ảnh truyền thống đó là: thuật toán trộn ảnh, thuật toán biến đổi ảnh Morphing và phép nội suy tam giác Barycentric Kết quả cuối cùng, là việc áp dụng các thuật toán trên để xây dựng hệ thống nội suy ảnh với ảnh đầu vào sẽ cho ra ảnh đích là các góc nhìn khác nhau của ảnh gốc

Ứng dụng này được xây dựng cũng đã góp phần giải quyết được vấn đề tốn kém dung lượng bộ nhớ khi lưu trữ dữ liệu là các file ảnh Bởi vì, chúng ta chỉ cần lưu trữ ít nhất hai ảnh đầu vào thay vì phải lưu trữ một chuỗi các hình ảnh ở từng góc nhìn khác nhau

3 Bố cục của luận văn

 Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài và bố cục luận văn

Trang 9

8

 Nội dung:

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHÔI PHỤC ẢNH

1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh

2.1.3 Các thuật toán biến đổi ảnh thường gặp

2.1.3.1.Thuật toán bóp méo ảnh ( Image Warping) 2.1.3.2 Thuật toán thay đổi kích thước ảnh (Image Scale) 2.1.3.3 Thuật toán quay ảnh (Image Rotate)

2.1.3.4 Thuật toán xoáy ảnh, cuộn (Image Fun)

2.2 Các kỹ thuật thường dùng trong khôi phục hình dạng ảnh

2.2.1 Kỹ thuật xếp chồng ảnh 2.2.2 Kỹ thuật nắn chỉnh 2.2.4 Kỹ thuật dựa trên các điểm tương đương 2.3 Thuật toán bóp méo ảnh áp dụng vào khôi phục hình dạng ảnh

2.3.1 Giới thiệu

2.3.2 Thuật toán bóp méo ảnh áp dụng vào khôi phục ảnh

2.3.2.1 Ý tưởng cơ bản của thuật toán 2.3.2.2 Xây dựng thuật toán

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM

3.1 Bài toán biến đổi hình dạng ảnh ứng dụng cho khôi phục ảnh

3.1.1 Giới thiệu bài toán 3.1.2 Xây dựng thuật toán 3.2 Chương trình thử nghiệm

3.2.1 Các khối modul chính trong chương trình 3.2.2 Giao diện chương trình

3.2.3 Kết quả chạy thử nghiệm

 Phần kết luận: Tóm tắt các kết quả đạt được, hướng phát triển tiếp

 Tài liệu tham khảo

Trang 10

Phần 2: NỘI DUNG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHÔI PHỤC ẢNH 1.1 Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh

1.1.1 Xử lý ảnh

Con người thu nhận thông tin qua các giác quan, trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ đó phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống Xử lý ảnh và đồ hoạ đóng một vai trò quan trọng trong tương tác người máy

Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như

là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối tượng trong không gian và nó có thể xem như một hàm n biến P(c1, c2, , cn) Do

đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý ảnh:

ẢNH TỐT HƠN

Hệ quyết đinh

Lưu trữ

Hình 1.1.1.2 Sơ đồ tổng quát của xử lý ảnh

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	429,22 KB