Tài liệu Nghiên cứu một số kỹ thuật hiệu chỉnh biểu mẫu và ứng dụng

  • Số trang: 81 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 49 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 27125 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** NGUYỄN TRỌNG VINH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT HIỆU CHỈNH BIỂU MẪU VÀ ỨNG DỤNG Luận văn Thạc sỹ Công nghệ Thông tin ĐỒNG NAI, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** NGUYỄN TRỌNG VINH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT HIỆU CHỈNH BIỂU MẪU VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin Mã số: 60.48.05 Luận văn Thạc sỹ Công nghệ Thông tin Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGÔ QUỐC TẠO ĐỒNG NAI, 2011 LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ công nghệ thông tin: “Nghiên cứu một số phương pháp hiệu chỉnh biểu mẫu và ứng dụng” là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu khoa học độc lập, nghiêm túc. - Các số liệu trong luận văn là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn và có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các công trình nghiên cứu đã được công bố, các website, … - Các phương pháp nêu trong luận văn được rút ra từ những cơ sở lý luận và quá trình nghiên cứu tìm hiểu của tác giả. Đồng Nai, tháng 06 năm 2011. Tác giả Nguyễn Trọng Vinh LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS. TS Ngô Quốc Tạo về những chỉ dẫn khoa học, định hướng nghiên cứu và tận tình hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Nếu không có sự giúp đỡ tận tình của thầy, tôi khó có thể hoàn thành luận văn này. Bên cạnh đó, tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đang làm việc tại khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Lạc Hồng đã quan tâm chỉ bảo và trực tiếp giảng dạy khóa cao học chúng tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và các Thầy Cô ở Trung tâm Thông tin Tư liệu – Đại học Lạc Hồng, nơi tôi công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành các môn học cũng như suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp. Bên cạnh đó, tôi gửi lời cảm ơn đến Ban Khảo thí – Đại học Lạc Hồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như ứng dụng sản phẩm nghiên cứu vào thực tế. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè, những người đã luôn ủng hộ và động viên để tôi yên tâm nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Nguyễn Trọng Vinh MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii MỤC LỤC ............................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... v MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN. ............................... 4 1.1. Xử lý ảnh và một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh. ................................... 4 1.1.1. Xử lý ảnh là gì? ................................................................................... 4 1.1.2. Quá trình xử lý ảnh .............................................................................. 4 1.1.2.1. Thu nhận ảnh .............................................................................. 5 1.1.2.2. Tiền xử lý .................................................................................... 6 1.1.2.3. Phân đoạn ảnh ............................................................................. 6 1.1.2.4. Hệ quyết định .............................................................................. 7 1.1.2.5. Trích chọn đặc điểm .................................................................... 7 1.1.2.6. Nhận dạng ................................................................................... 8 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh. ................................................. 9 1.1.3.1. Ảnh ............................................................................................. 9 1.1.3.2. Điểm ảnh .................................................................................... 9 1.1.3.3. Mức xám ...................................................................................... 9 1.1.3.4. Các điểm 4 láng giềng .................................................................. 9 1.1.3.5. Các điểm 8 láng giềng .................................................................. 9 1.1.3.6. Đối tượng ảnh ........................................................................... 10 1.1.3.7. Kỹ thuật phóng to, thu nhỏ ảnh ................................................. 10 1.1.4. Tổng quan về ảnh văn bản. ................................................................ 11 1.2. Tổng quan về bài toán phát hiện góc nghiêng văn bản .............................. 12 1.2.1. Góc nghiêng và vai trò việc phát hiện góc nghiêng văn bản ............... 12 1.2.2. Phương pháp phân tích hình chiếu (Profile Projection) ...................... 12 1.2.2.1. Thuật toán Postl ........................................................................ 14 1.2.2.2. Thuật toán Baird ....................................................................... 14 1.2.2.3. Thuật toán Nakano .................................................................... 14 1.2.2.4. Nhận xét .................................................................................... 15 1.2.3. Phương pháp phân tích dựa vào trọng tâm (Center of Gravity) .......... 15 1.2.4. Phương pháp phân tích láng giềng (Nearest Neighbour Clustering) ... 19 1.2.4.1. Thuật toán Yue Lu và Chew Lim Tan ....................................... 20 1.2.4.2. Nhận xét..................................................................................... 21 1.2.5. Phương pháp dùng phép toán hình thái (Morphology) ....................... 22 1.2.5.1. Thuật toán L. Najman ............................................................... 22 1.2.5.2. Nhận xét..................................................................................... 24 1.2.6. Phương pháp dùng biến đổi Hough (Hough Transform)..................... 24 1.2.6.1. Đường thẳng Hough trên tọa độ cực .......................................... 24 1.2.6.2. Nhận xét .................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. BIÊN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ BIÊN ............................... 28 2.1. Biên của đối tượng ảnh ............................................................................. 28 2.1.1. Biên và các kiểu biên cơ bản trong ảnh .............................................. 28 2.1.1.1. Biên lý tưởng ............................................................................ 28 2.1.1.2. Biên dốc .................................................................................... 29 2.1.1.3. Biên không trơn ........................................................................ 30 2.1.2. Vai trò của biên trong nhận dạng ........................................................ 31 2.2. Các phương pháp dò biên trực tiếp ........................................................... 32 2.2.1. Phương pháp Gradient ....................................................................... 32 2.2.2. Phương pháp Laplace......................................................................... 34 2.3. Phương pháp dò biên tổng quát ................................................................ 34 2.3.1. Khái niệm chu tuyến .......................................................................... 34 2.3.2. Phương pháp dò biên tổng quát .......................................................... 36 2.4. Một số phương pháp dò biên nâng cao ..................................................... 38 2.4.1. Phương pháp Canny........................................................................... 38 2.4.2. Phương pháp Shen – Castan............................................................... 39 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG BIẾN ĐỔI HOUGH PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN. .............................................................................. 40 3.1. Tiền xử lý và phát hiện góc nghiêng văn bản từ biên của đối tượng .......... 40 3.2. Xác định đường thẳng Hough trên trang văn bản ...................................... 41 3.3. Áp dụng biến đổi Hough phát hiện góc nghiêng văn bản .......................... 42 3.4. Thuật toán phát hiện góc nghiêng văn bản ................................................ 44 3.5. Chỉnh sửa góc nghiêng văn bản ................................................................ 51 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM .................... 53 4.1. Sơ đồ khối. ............................................................................................... 53 4.2. Thiết kế chương trình ............................................................................... 54 4.2.1. Module giao diện chính ..................................................................... 54 4.2.2. Module chuyển đổi ảnh gốc và biểu đồ mức xám............................... 56 4.2.3. Module dò biên .................................................................................. 58 4.2.4. Module biểu diễn biến đổi Hough ...................................................... 60 4.2.5. Module hiệu chỉnh góc nghiêng văn bản ............................................ 61 4.3. Đánh giá kết quả....................................................................................... 61 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ quá trình xử lý ảnh ......................................................................... 5 Hình 1.2 Ma trận 8 láng giềng ............................................................................... 10 Hình 1.3 Tổng quan quá trình tạo ảnh tài liệu ........................................................ 12 Hình 1.4 Đa giác 6 đỉnh và trọng tâm được xác định ............................................. 16 Hình 1.5 Hình chữ nhật ngoại tiếp ảnh văn bản thay cho đa giác ........................... 16 Hình 1.6 Ảnh đầu vào và kết quả sau khi áp dụng thuật toán ................................. 17 Hình 1.7 Tìm các điểm xa nhất theo các hướng trên ảnh ........................................ 18 Hình 1.8 Trọng tâm được xác định dựa vào các điểm xa nhất ................................ 18 Hình 1.9 Đường cơ sở được nối từ trọng tâm đến gốc tọa độ ................................. 18 Hình 1.10 Xác định góc nghiêng ảnh văn bản ........................................................ 18 Hình 1.11 Phân tích láng giềng .............................................................................. 19 Hình 1.12 Các K-NN và vector chỉ phương ứng với K=2,3,4 ................................ 21 trong thuật toán Yue Lu-Chew Lim Tan............................................................... 21 Hình 1.13 Đường thẳng Hough và trục tọa độ........................................................ 25 Hình 1.14 Biểu diễn đường thẳng Hough đi qua 3 điểm......................................... 26 Hình 2.1 Đường biên lý tưởng ............................................................................... 29 Hình 2.2 Đường biên dốc ...................................................................................... 29 Hình 2.3 Đường biên không trơn ........................................................................... 30 Hình 2.4 Sơ đồ phân tích ảnh................................................................................. 31 Hình 2.5 Các 4- láng giềng của điểm ảnh P .......................................................... 35 Hình 2.6 Các 8- láng giềng của điểm ảnh P .......................................................... 35 Hình 2.7 Ví dụ về các chu tuyến đối ngẫu.............................................................. 36 Hình 2.8 Chu tuyến trong và chu tuyến ngoài của một đối tượng ........................... 36 Hình 3.1 Xác định hình chữ nhật ngoại tiếp các đối tượng ..................................... 40 Hình 3.2 Đường thẳng trong toạ độ cực ................................................................. 41 Hình 3.3 Đường thẳng Hough trên trục tọa độ ....................................................... 43 Hình 3.4 Ví dụ về một ảnh nghiêng có ít ký tự chữ cái .......................................... 45 Hình 3.5 Ví dụ về văn bản nghiêng có các đối tượng bao nhau .............................. 46 Hình 3.6 Sơ đồ giải thuật tổng quát ....................................................................... 50 Hình 3.7 Xoay một điểm ảnh quanh gốc tọa độ ..................................................... 51 Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát ....................................................................................... 53 Hình 4.2 Giao diện chính của chương trình............................................................ 54 Hình 4.3 Sơ đồ module xử lý cơ bản...................................................................... 55 Hình 4.4 Màn hình giao diện chương trình khi chọn chức năng Open .................... 55 Hình 4.5 Sơ đồ thao tác xử lý trên ảnh ................................................................... 56 Hình 4.6 Sơ đồ convert ảnh sang nhị phân và đa cấp xám...................................... 56 Hình 4.7 Giao diện biểu diễn Histogram của ảnh ................................................... 57 Hình 4.8 Giao diện convert ảnh sang nhị phân và ảnh đa cấp xám ......................... 57 Hình 4.9 Sơ đồ chức năng dò biên ......................................................................... 58 Hình 4.10 Dò biên bằng phương pháp Sobel.......................................................... 58 Hình 4.11 Dò biên bằng phương pháp Canny ........................................................ 59 Hình 4.12 Dò biên bằng phương pháp Emboss Laplacian ...................................... 59 Hình 4.13 Dò biên bằng phương pháp Gradient ..................................................... 60 Hình 4.14 Biểu diễn biến đổi Hough của ảnh ......................................................... 60 Hình 4.15 Phát hiện góc nghiêng và xoay ảnh ....................................................... 61 Hình 4.16 Một ảnh bị nghiêng góc có các đối tượng xen lẫn văn bản, bảng biểu và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 12.9 o ........................................ 63 Hình 4.17 Một ảnh bị nghiêng góc tiếng Nhật có xen lẫn hình ảnh, ký tự và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 11.3o ........................................................ 64 Hình 4.18 Một bảng điểm bị nghiêng góc không thể nhận dạng được của hệ thống quản lý điểm và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 7.61o .................... 64 Hình 4.19 Một mẫu phiếu đánh giá chất lượng giảng dạy bị nghiêng góc không thể nhận dạng được và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 9.72o .............. 65 Hình 4.20 Một ảnh màu tài liệu bị nghiêng và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 10.82 o ...................................................... 65 Hình 4.21 Một ảnh màu tài liệu bị nghiêng gồm nhiều biểu đồ và ảnh kết quả sau khi hiệu chỉnh 1 góc 17.6o ........................................................ 66 Hình 4.22. Trang ảnh văn bản tồn tại nhiều góc nghiêng được phát hiện .............. 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. So sánh hiệu quả giữa các phương pháp phát hiện góc nghiêng ............... 27 Bảng 2. Kết quả thực nghiệm trên một số ảnh văn bản .......................................... 62 1 MỞ ĐẦU Ngày nay việc sử dụng máy tính để lưu trữ tài liệu không còn là vấn đề mới mẻ và cần phải chứng minh tính an toàn, thuận tiện của nó. Tuy nhiên việc sử dụng giấy để lưu trữ tài liệu trong một số mục đích vẫn không thể thay thế được (như báo, sách, công văn, hợp đồng, …). Hơn nữa, lượng tài liệu được tạo ra từ nhiều năm trước vẫn còn rất nhiều mà không thể bỏ đi được vì tính quan trọng của chúng. Để có thể có được một “văn phòng không giấy” khi đó hàng tỉ trang tài liệu sẽ được cất chỉ trong một ổ cứng kích thước bằng một cuốn sách nhỏ và để tìm kiếm thông tin trong đó người ta chỉ cần tốn vài giây với một cái gõ phím Enter thì chắc chắn phải chuyển toàn bộ dữ liệu từ các trang giấy vào máy tính. Đây cũng là cách đáp ứng nhu cầu tra cứu tài liệu điện tử càng tăng và trở thành nhu cầu cấp thiết của mọi người trong đời sống. Thông thường người ta sẽ phải tốn rất nhiều thời gian và công sức mới có thể nhập vào máy tính được hết lượng tài liệu đó. Hiện nay, chúng ta đã có các máy Scan với tốc độ cao, công nghệ xử lý của máy tính ngày càng siêu việt với tốc độ tính toán vượt cả tốc độ ánh sáng, vậy tại sao chúng ta không quét toàn bộ các trang văn bản giấy vào máy tính và chuyển chúng thành tài liệu số? Bằng cách đó tốc độ và tính chính xác sẽ tăng hàng trăm lần trong khi chi phí lại là cực tiểu. Vấn đề là khi quét vào máy tính chúng ta không thể thu nhận được tài liệu như mong muốn được bởi nhiều lý do khách quan khiến cho trang tài liệu bị nghiêng ngả, mờ nhoè,…. Tất cả những gì thu được chỉ là các tấm ảnh của các trang văn bản. Máy tính không có “mắt” như chúng ta để biết đâu là file ảnh ngay ngắn, đúng chuẩn và đâu là file ảnh có chất lượng 2 thấp, nghiêng cần được hiệu chỉnh cho nên chúng đối xử công bằng như nhau với mọi điểm ảnh. Một giải pháp được nghĩ đến ngay đó là xây dựng các hệ thống hiệu chỉnh góc nghiêng văn bản đối với cả ảnh màu và ảnh trắng đen thuần tuý. Từ đó có thể biên soạn thành những tài liệu số hoàn chỉnh và bỏ qua thao tác lưu trữ hàng khối giấy tờ chiếm nhiều không gian và thời gian như trước đây. Khi xem xét một văn bản, để kết luận văn bản có bị nghiêng hay không cách làm của chúng ta là căn cứ vào một số đối tượng chủ đạo và góc nghiêng văn bản được ước lượng dựa vào đường nối các trung điểm cạnh đáy của các đối tượng này. Xuất phát từ nhận xét trên, tôi sẽ trình bày một phương pháp phát hiện góc nghiêng văn bản từ kỹ thuật xác định chu tuyến một đối tượng ảnh và biến đổi Hough nhưng có điểm khác là sẽ dựa trên những điểm đặc trưng có kích thước chủ đạo trong ảnh. Từ đó áp dụng biến đổi Hough lên các điểm ảnh đại diện cho chúng. * Cấu trúc của luận văn gồm 4 chương như sau: - Chương 1: Tổng quan về xử lý ảnh và bài toán góc nghiêng văn bản: Chương này đề cập đến các khái niệm cơ bản về xử lý ảnh số, quá trình xử lý ảnh. Bên cạnh đó là sự phân tích, đánh giá đối với một số phương pháp phát hiện góc nghiêng văn bản. - Chương 2: Biên và các phương pháp dò biên: Chương này gồm các khái niệm cơ bản về biên của đối tượng ảnh và vai trò của việc dò biên trong xác định góc nghiêng văn bản . Toàn bộ chương tập trung vào việc làm rõ các khái niệm cơ bản cũng như đi sâu vào phân tích các phương pháp dò biên như: phương pháp trực tiếp (Gradient, Laplace), phương pháp dò biên tổng quát dựa vào chu tuyến, phương pháp dò biên nâng cao (Canny, Shen – Castan). 3 - Chương 3: Ứng dụng biến đổi Hough phát hiện góc nghiêng văn bản: Trên cơ sở các thuật toán đã tìm hiểu, toàn bộ chương này nêu rõ từng bước thực hiện việc áp dụng biến đổi Hough vào xác định góc nghiêng và tiến hành hiệu chỉnh góc nghiêng văn bản. - Chương 4: Xây dựng chương trình thực nghiệm: Tiến hành xây dựng chương trình thực nghiệm để phát hiện và hiệu chỉnh góc nghiêng văn bản dựa trên cơ sở lý thuyết đã tìm hiểu được về việc áp dụng biến đổi Hough. - Kết luận. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN. 1.1. Xử lý ảnh và một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh. 1.1.1. Xử lý ảnh là gì? Con người thu nhận thông tin qua các giác quan trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng nhất vì 80% thông tin được thu nhận bằng mắt tức là ở dạng ảnh. Mặc khác với sự phát triển mạnh mẽ của phần cứng máy tính, xử lý ảnh, đồ hoạ ngày càng có nhiều ứng dụng thực tiễn phục vụ cuộc sống. Như vậy, xử lý ảnh đóng một vai trò rất quan trọng trong sự tương tác giữa người và máy. Cũng như xử lý dữ liệu bằng đồ hoạ, xử lý ảnh số là một lĩnh vực của tin học ứng dụng. Xử lý dữ liệu bằng đồ hoạ đề cập đến những ảnh nhân tạo, các ảnh này được xem xét như là một cấu trúc dữ liệu và được tạo ra bởi các chương trình. Xử lý ảnh số [20] bao gồm các phương pháp và kĩ thuật để biến đổi, để truyền tải hoặc mã hoá các ảnh tự nhiên. 1.1.2. Quá trình xử lý ảnh Quá trình xử lý ảnh là một quá trình thao tác nhằm biến đổi một ảnh đầu vào để cho ra một ảnh kết quả như mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh "tốt hơn" hoặc một kết luận. Mục đích của xử lý ảnh gồm:  Biến đổi ảnh, làm tăng chất lượng ảnh.  Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh. 5 Nhận biết và đánh giá các nội dung của ảnh là sự phân tích một hình ảnh thành những phần có ý nghĩa, để phân biệt đối tượng này với đối tượng khác. Dựa vào đó ta có thể mô tả cấu trúc của hình ảnh ban đầu. Có thể liệt kê một số phương pháp nhận dạng cơ bản như nhận dạng cạnh của các đối tượng trên ảnh, tách cạnh, phân đoạn hình ảnh v.v.. Kỹ thuật này được dùng nhiều trong y học (xử lý tế bào, nhiễm sắc thể), nhận dạng chữ trong văn bản. Lưu trữ Lưu trữ Camera Số hoá Thu nhận ảnh Phân tích ảnh Nhận dạng Sensor Hệ quyết định Hình 1.1. Sơ đồ quá trình xử lý ảnh 1.1.2.1. Thu nhận ảnh: Đây là bước đầu tiên trong quá trình xử lý ảnh. Để thực hiện điều này, ta cần có bộ thu ảnh và khả năng số hoá những tín hiệu liên tục được sinh ra bởi bộ thu ảnh đó. Bộ thu ảnh ở đây có thể là máy chụp ảnh đơn sắc hay màu, máy quét ảnh, ... Trong trường hợp bộ thu ảnh cung cấp chưa phải là dạng số hoá ta còn phải chuyển đổi hay số hoá ảnh. Quá trình chuyển đổi ADC [17] (Analog to Digital Converter) để thu nhận dạng số hoá của ảnh. Các thông số quan trọng ở bước này là độ phân giải, chất lượng màu, dung lượng bộ nhớ và tốc độ thu nhận ảnh của các thiết bị. Mặc dù đây chỉ là công đoạn đầu tiên song kết quả của nó có ảnh hưởng rất nhiều đến công đoạn kế tiếp. 6 1.1.2.2. Tiền xử lý: Ở bước này, ảnh sẽ được cải thiện về độ tương phản, khử nhiễu, khử bóng, khử độ lệch,v.v… với mục đích làm cho chất lượng ảnh trở lên tốt hơn nữa, chuẩn bị cho các bước xử lý phức tạp hơn về sau trong quá trình xử lý ảnh. Quá trình này thường được thực hiện bởi các bộ lọc. + Khử nhiễu: Nhiễu được chia thành hai loại: nhiễu hệ thống và nhiễu ngẫu nhiên. Đặc trưng của nhiễu hệ thống là tính tuần hoàn. Do vậy, có thể khử nhiễu này bằng việc sử dụng phép biến đổi Fourier và loại bỏ các đỉnh điểm. Đối với nhiễu ngẫu nhiên, trường hợp đơn giản là các vết bẩn tương ứng với các điểm sáng hay tối, có thể khử bằng phương pháp nội suy, lọc trung vị và trung bình. + Chỉnh mức xám: Đây là kỹ thuật nhằm chỉnh sửa tính không đồng đều của thiết bị thu nhận hoặc độ tương phản giữa các vùng ảnh. + Chỉnh tán xạ: Ảnh thu nhận được từ các thiết bị quang học hay điện tử có thể bị mờ, nhoè. Phương pháp biến đổi Fourier dựa trên tích chập của ảnh với hàm tán xạ cho phép giải quyết việc hiệu chỉnh này. 1.1.2.3. Phân đoạn ảnh: Phân đoạn ảnh có nghĩa là chia một ảnh đầu vào thành nhiều phần khác nhau hay còn gọi là các đối tượng để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch) trên phong bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng. Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này. Mục đích của phân đoạn ảnh là để có một miêu tả tổng hợp về nhiều phần tử khác nhau cấu tạo lên ảnh thô. Vì lượng thông tin chứa trong ảnh rất 7 lớn, trong khi đa số các ứng dụng chúng ta chỉ cần trích một vài đặc trưng nào đó, do vậy cần có một quá trình để giảm lượng thông tin khổng lồ đó. Quá trình này bao gồm phân vùng ảnh và trích chọn đặc tính chủ yếu. 1.1.2.4. Hệ quyết định: Ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy. 1.1.2.5. Trích chọn đặc điểm: Việc giải quyết bài toán nhận dạng trong những ứng dụng mới nảy sinh trong cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về giải thuật, mà còn đặt ra những yêu cầu về tốc độ tính toán. Đặc điểm chung của tất cả ứng dụng đó là những đặc điểm đặc trưng cần thiết thường là nhiều, không thể do chuyên gia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa trên các thủ tục phân tích dữ liệu. Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đối tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính toán cao và dung lượng nhớ lưu trữ giảm xuống. Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng trong quá trình xử lý ảnh. Có thể nêu ra một số đặc điểm của ảnh sau đây: - Đặc điểm không gian: phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm uốn v.v.. 8 - Đặc điểm biến đổi: các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc thực hiện lọc vùng (zonal filtering). Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc điểm” (feature mask) thường là các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ nhật, tam giác, cung tròn v.v..) - Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối tượng và do vậy rất hữu ích trong việc trích chọn các thuộc tính bất biến được dùng khi nhận dạng đối tượng. Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ toán tử Gradient, toán tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo không” (zero crossing) .. 1.1.2.6. Nhận dạng: Nhận dạng ảnh là quá trình xác định nội dung ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được lọc (hoặc lưu) từ trước. Đây là bước cuối cùng trong quá trình xử lý ảnh. Nhận dạng ảnh có thể được nhìn nhận một cách đơn giản là việc gán nhãn cho các đối tượng trong ảnh. Ví dụ như khi nhận dạng chữ viết, các đối tượng trong ảnh cần nhận dạng là các mẫu chữ, ta cần tách riêng các mẫu chữ đó ra và tìm cách gán đúng các ký tự của bảng chữ cái tương ứng cho các mẫu chữ thu được trong ảnh. Giải thích là công đoạn gán nghĩa cho một tập các đối tượng đã được nhận biết. Chúng ta cũng có thể thấy rằng, không phải bất kỳ một ứng dụng xử lý ảnh nào cũng bắt buộc phải tuân theo tất cả các bước xử lý đã nêu ở trên, ví dụ như các ứng dụng chỉnh sửa ảnh nghệ thuật chỉ dừng lại ở bước tiền xử lý. Một cách tổng quát thì những chức năng xử lý bao gồm cả nhận dạng và giải thích thường chỉ có mặt trong hệ thống phân tích ảnh tự động hoặc bán tự động, được dùng để rút trích ra những thông tin quan trọng từ ảnh, ví dụ như các ứng dụng nhận dạng ký tự quang học, nhận dạng chữ viết tay v.v… 9 1.1.3. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh. 1.1.3.1. Ảnh : Ảnh là một mảng số thực hai chiều (Ii j) có kích thước (m*n), trong đó mỗi phần tử Ii j (i=1..m, j=1..n) biểu thị mức xám của ảnh tại vị trí (i, j) tương ứng. 1.1.3.2. Điểm ảnh: Gốc của ảnh là ảnh liên tục về không gian và độ sáng. Để xử lý bằng máy tính, ảnh cần phải được số hoá. Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám). Khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được thiết lập sao cho mắt người không phân biệt được ranh giới giữa chúng. Mỗi một điểm như vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element [20]) hay gọi tắt là Pixel. Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x,y). Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định. Kích thước và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó được chọn thích hợp sao cho mắt người cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần như ảnh thật. Mỗi phần tử trong ma trận được gọi là một phần tử ảnh. 1.1.3.3. Mức xám: là số các giá trị có thể nhận của các điểm ảnh. 1.1.3.4. Các điểm 4 láng giềng: Giả sử (i,j) là một điểm ảnh, khi đó các điểm 4 - láng giềng là: N4 = {(i-1, j); (i+1, j); (i, j-1); (i, j+1)} 1.1.3.5. Các điểm 8 láng giềng: N8 = N4  {(i-1,j-1); (j-1, j+1); (i+1, j-1); (i+1, j+1)} 10 P3 P2 P1 P4 P P0 P5 P6 P7 Hình 1.2 Ma trận 8 láng giềng 1.1.3.6. Đối tượng ảnh: Ta chỉ xét tới ảnh nhị phân vì mọi ảnh đều có thể đưa về dạng nhị phân bằng kỹ thuật phân ngưỡng. Ký hiệu F là tập các điểm vùng, F là tập các điểm nền. F: là điểm đen F : là điểm trắng Quan hệ K liên thông (K = 4, 8) là một quan hệ phản xạ, đối xứng, bắc cầu, là quan hệ tương đương. Mỗi lớp tương đương của nó biểu diễn một thành phần K liên thông của ảnh. Về sau ta gọi mỗi thành phần K liên thông của ảnh là một đối tượng ảnh. 1.1.3.7. Kỹ thuật phóng to, thu nhỏ ảnh: Khi ảnh quá lớn chúng ta muốn nhìn toàn bộ ảnh thì chúng ta phải thu nhỏ ảnh lại và ngược khi ta muốn xem chi tiết một bộ phận nào đó của ảnh thì ta phải phóng to nó lên. + Kỹ thuật phóng to ảnh: Khi phóng to ảnh với một tỉ lệ k nào đó ta thu được ảnh mới to gấp k lần ảnh cũ (k là độ phóng của ảnh) như thế ảnh mới sẽ có kích thước là : Height=Height*k Width=Widht*k
- Xem thêm -