XỬ lý ẢNH đề tài phương pháp phân vùng ảnh và ứng dụng thử nghiệm trên phương pháp gia tăng vùng

Nghiên cứu phương pháp phân vùng ảnh theo miền đồng nhất Nghiên cứu phương pháp phân vùng ảnh theo kết cấu bề mặt.. Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh - Ảnh trên máy tính là kết quả thu

Welcome

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

XỬ LÝ ẢNH

Đề tài: Phương pháp phân vùng ảnh và ứng dụng thử nghiệm trên

phương pháp gia tăng vùng

Nhóm 7: 1 Nguyễn Huy Tuấn

2 Nguyễn Ngọc Tú

3 Nguyễn Mạnh Tường

4 Phạm Thị Trang

5 Phạm Bá Vương

Lý do chọn đề tài

1 Ngành công nghệ phát triển vượt bậc, nhiều lĩnh vực nhận được sự quan tâm lớn, trong đó có xử lý ảnh.

2 Xử lý ảnh có liên quan đến nhiều ngành khác.

Xử lý ảnh cũng đã tạo ra được rất nhiều ứng

dụng hữu ích trong thực tế

3 Phân vùng ảnh luôn đóng một vai trò cơ

bản và thường là bước tiền xử lý đầu tiên trong

toàn bộ quá trình trước khi thực hiện các thao tác khác ở mức cao hơn

Đưa ra những ứng dụng thực tế của phân

vùng ảnh trong khoa học và

đời sống.

Nhiệm vụ

Nghiên cứu phương pháp phân vùng

ảnh theo ngưởng biên độ.

Nghiên cứu phương pháp phân vùng ảnh theo miền đồng nhất

Nghiên cứu phương pháp phân

vùng ảnh theo kết cấu bề mặt.

nghiên cứu các phương pháp phân vùng dựa trên không gian đặt trưng, không gian ảnh và

mô hình vật lý.

Chương I

Tổng quan về xử lý ảnh

1.1 Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

1.1.1 Xử lý ảnh là gì?

• Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó.

Ảnh “tốt hơn”

Ảnh Xử lý ảnh

Kết luận

Quá trình “Xử lý ảnh”

Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh

Hệ quyết định

ảnh

1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong xử lí

ảnh Ảnh và các điểm ảnh:

Mức xám, màu: Là số các giá trị có thể có của các điểm ảnh của ảnh.

1.2 Thu nhập và biểu diễn ảnh

1.2.1 Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh

- Các thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner các thiết bị thu

nhận này có thể cho ảnh đen trắng

- Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh

thông dụng : Raster, Vector.

1.2.2 Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh

- Ảnh trên máy tính là kết quả thu nhận theo các phương pháp số hoá được nhúng trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau Quá trình lưu trữ ảnh nhằm 2 mục đích:

• Tiết kiệm bộ nhớ

• Giảm thời gian xử lý

1.2.2.1 Mô hình Raster

Đây là cách biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay, ảnh

được biểu diễn dưới dạng ma trận các điểm (điểm ảnh)

Mô hình Raster thuận lợi cho hiển thị và in ấn Ngày nay

công nghệ phần cứng cung cấp những thiết bị thu nhận

ảnh Raster phù hợp với tốc độ nhanh và chất lượng cao

cho cả đầu vào và đầu ra.

Hiện nay trên thế giới có trên 50 khuôn dạng ảnh thông dụng

bao gồm cả trong đó các kỹ thuật nén có khả năng phục hồi dữ

liệu 100% và nén có khả năng phục hồi với độ sai số nhận được.

Quá trình hiển thị và chỉnh sửa, lưu trữ ảnh thông qua DIB

1.2.2.2 Mô hình Vector

Biểu diễn ảnh ngoài mục đích tiết kiệm không gian lưu trữ dễ dàng cho hiển thị và in ấn còn đảm bảo dễ dàng trong lựa chọn sao chép di chuyển tìm kiếm

Trong mô hình vector người ta sử dụng hướng giữa các vector của điểm ảnh lân cận để mã hoá và tái tạo hình ảnh ban đầu ảnh vector được thu nhận trực tiếp từ các thiết bị số hoá như Digital hoặc được chuyển đổi từ ảnh Raster thông qua các chương trình số hoá Công nghệ phần cứng cung cấp những thiết bị xử lý với tốc độ nhanh và chất lượng cho cả đầu vào và ra nhưng lại chỉ hỗ trợ cho ảnh Raster.

Sự chuyển đổi giữa các mô hình biểu diển ảnh

Chương II

Khái quát về phân vùng ảnh

2.1 Một số khái niệm

Vùng ảnh (Region): là tập hợp các điểm ảnh có chung các

thuộc tính thuộc về một đối tượng nào đó

Phân vùng ảnh (Image Segmentation): là quá trình phân hoạch tập các điểm ảnh của X thành các tập con Ri (hay một

vùng ảnh) thỏa mãn các điều kiện sau

2.2 Các hướng tiếp cận phân vùng ảnh

- Phân vùng ảnh là chia ảnh thành các vùng không trùng lắp Mỗi vùng gồm một nhóm pixel liên thông và đồng nhất theo một tiêu chí nào đó Tiêu chí này phụ thuộc vào mục tiêu của quá trình phân đoạn.

2.3 Các công đoạn chính của phân vùng ảnh

3 CÔNG ĐOẠN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN VÙNG

• Phân vùng theo ngưỡng biên độ.

• Phân vùng ảnh theo miền đồng nhất

• Phân vùng ảnh theo kết cấu bề mặt.

2.4 Một số thuộc tính của ảnh và điểm ảnh

2.4.1 Một số thuộc tính của điểm ảnh

- Giả sử có một điểm ảnh X = { Pi } , trong đó Pi là pixel thứ i ( i = 1,…, M*N)

Có 2 loại ảnh sau:

+ Ảnh đơn màu : Pi được biểu diễn bằng giá trị mức xám ( độ xám ) Kí hiệu

+ Ảnh đa màu ( đa phổ ) : mỗi pixel được biểu diễn bởi một vecto màu mà

ta gọi là vecto thuộc tính.

2.4.2 Một số thuộc tính của vùng ảnh

- Độ đồng đều mức xám của một vùng ảnh Rk :

- Trong đó : + card(Rk) là số phần tử của vùng Rk ( lực lượng của vùng Rk ) +

A(Pi) là giá trị mức xám của một điểm ảnh

+ mi là giá trị trung bình được tính bằng công:

- Hàm vị từ của Rk ( Pred (Rk) ) : để đo độ đồng đều của mức xám,

được định nghĩa như sau:

Thuộc tính tần số, thuộc tính thống kê, thuộc tính cấu trúc

A(P i )

Chương III

Các phương pháp phân vùng ảnh

1 Phân vùng ảnh theo ngưỡng biên độ

Các đặc tính đơn giản, cần thiết nhất của ảnh là biên độ và các tính chất vật lý như: độ tương phản, độ truyền sáng, màu sắc hoặc đáp ứng phổ Như vậy, có thể dùng ngưỡng biên độ

để phân vùng khi biên độ đủ lớn đặc trưng cho ảnh.

1.1 Kỹ thuật lấy ngưỡng

Một tham số q, gọi là ngưỡng độ sáng, sẽ được chọn để áp

dụng cho một ảnh a[m,n] theo cách sau:

+ Nếu a[m,n]>= 0 thì a[m,n] = object = 1

+ Ngược lại a[m,n] = background = 0

Thuật toán trên giả định rằng chúng ta đang quan tâm đến các

đối tượng sáng (object) hay nền ảnh (background) bằng các giá trị

“1” hoặc “0”

a Ngưỡng cố định

Phương pháp đầu tiên là chọn một ngưỡng độc lập với dữ liệuảnh Nếu chúng ta biết trước là chương trình ứng dụng sẽ làm việc vớinhững ảnh có độ tương phản rất cao

b Ngưỡng dựa trên lược đồ

Trong hầu hết các trường hợp, ngưỡng được chọn từ lược đồ độ sáng của vùng hay ảnh cần được phân đoạn

2 Phương pháp phân vùng ảnh theo miền đồng nhất

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

Các phương pháp phân vùng ảnh theo miền đồng nhất thường

áp dụng là:

–Phương pháp tách cây tứ phân

–Phương pháp cục bộ

–Phương pháp tổng hợp

3 Phân vùng ảnh theo kết cấu bề mặt

Kết cấu thường được nhận biết trên bề mặt của các đối tượng như

gỗ, cát, vải vóc…Kết cấu là thuật ngữ phản ánh sự lặp lại của các phần

tử sợi (texel) cơ bản Sự lặp lại này có thể ngẫu nhiên hay có tính chu kìhoặc gần chu kì Một texel chứa rất nhiều điểm ảnh

Trong phân tích ảnh, kết cấu được chia làm hai loại chính là: loạithống kê và loại cấu trúc

3.1 Phương pháp thống kê

Tính kết cấu ngẫu nhiên rất phù hợp với các đặc trưng thống kê

Vì vậy, người ta có thể dùng các đặc trưng ngẫu nhiên để đo nó như:Hàm tự tương quan(AutoCorrelation Function-ACF), các biến đổimật độ gờ, ma trận tương tranh, v.v

Các đặc trưng của kết cấu sợi như độ thô, độ mịn hay hướng cóthể ước lượng nhờ các biến đổi ảnh bằng kỹ thuật lọc tuyến tính Một mô hình đơn giản trong trường ngẫu nhiên cho việc phân tíchtính kết cấu được mô tả trong hình 2.1

Theo cách tiếp cận bằng hàm tự tương quan, độ thô của kết cấusợi tỉ lệ với độ rộng của ACF, được biểu diễn bởi khoảng cách x0 ,y0sao cho ( x0 , 0) = r(0, y0 ) = 1

tương

Phân tích lược Trích chọn đặc tính

Đặc tính sợi

Hình 2.1 Phân tích kết cấu sợi bằng dải tương quan

Trong mô hình này, trường kết cấu sợi trước tiên được giải chập bởi bộ lọc lấy từ đầu ra của ACF Như vậy, nếu r(m, n) là ACF thì:

U(m, n) a(m, n) = (m, n)

là một trường ngẫu nhiên không tương quan

- Các loạt dải của các texel liên thông tối đa

- Mật độ giá trị tương đối

3.3 Tiếp cận theo tính kết cấu

Khi đối tượng xuất hiện trên một nền có tính kết cấu cao, việc phânđoạn dựa vào tính kết cấu trở nên quan trọng Nguyên nhân là kết cấu sợi thường chứa mật độ cao các gờ (edge) làm cho phân đoạn theo biên kém hiệu quả, trừ khi ta loại tính kết cấu

Việc phân đoạn dựa vào miền đồng nhất cũng có thể áp dụng cho các đặt trưng kết cấu và có thể dùng để phân đoạn các miền có tính kết cấu

3.4 Phương pháp gia tăng vùng

Phương pháp gia tăng vùng xét lân cận của những điểm ảnhhạt giống Nếu chúng ta thỏa mãn điều kiện về độ tương đồng thìhợp lại thành một vùng

Sử dụng quan hệ 4 – lân cận

Cảm ơn thầy cô và các bạn

đã lắng nghe !