Tìm hiểu bài toán phát hiện biên nhờ phép toán hình thái

1
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201

Lời cảm ơn

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn Phó
Giáo Sư Tiến Sĩ Đỗ Năng Toàn đã tận tình giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá
trình tìm hiểu nghiên cứu và hoàn thành báo cáo tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn tới khoa Công Nghệ Thông Tin- Trường Đại Học Dân
Lập Hải Phòng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn tin học – trường DHDL
Hải Phòng cũng như các thầy cô trong trường đã trang bị cho em những kiến thức
cơ bản cần thiết để em có thể hoàn thành báo cáo.
Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè những người luôn bên em đã động viên và tạo
điều kiện thuận lợi cho em, tận tình giúp đỡ em những gì em còn thiếu sót trong quá
trình làm báo cáo tốt nghiệp.
Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia
đình đã giành cho em sự quan tâm đặc biệt và luôn động viên em.
Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế. Cho
nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng
góp ý kiến của tất cả các thầy cô giáo cũng như các bạn bè để đồ án của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hải phòng, ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiện

Đào Trung Hiếu













2
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201


MỤC LỤC

CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN
PHÁT HIỆN BIÊN. 6
1.1. Khái quát về xử lý ảnh 6
1.1.1. Xử lý ảnh là gì? 6
1.1.2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh. 7
1.1.2.1. Điểm ảnh và ảnh. 7
1.1.2.2. Độ phân giải của ảnh. 7
1.1.2.3 Mức xám của ảnh. 8

1.1.2.4.Chỉnh mức xám. 8
1.1.2.5. Khử nhiễu. 8
1.1.2.6. Trích chọn đặc điểm. 8
1.1.2.7. Các phép toán Logic liên quan đến ảnh nhị phân. 9
1.2. Bài toán phát hiện biên ảnh 10
1.2.1. Khái niệm về biên 10
1.2.1.1 Biên lý tưởng. 10
1.2.1.2 Biên dốc. 11
1.2.1.3 Biên không trơn 11
1.2.2. Các phương pháp phát hiện biên 12
1.2.3 Vai trò của biên trong nhận dạng. 14
CHƢƠNG 2: PHÁT HIỆN BIÊN NHỜ PHÉP TOÁN HÌNH
THÁI 16
2.1. Phép toán hình thái và tính chất 16
2.1.1. Các phép toán hình thái cơ bản 16
2.1.1.1 Phép giãn nở (Dilation) . 16
2.1.1.2 Phép co (Erosion). 17
2.1.1.3 Phép mở (OPEN). 18
2.1.1.4 Phép đóng (CLOSE) 19
2.1.2. Một số tính chất . 20
2.1.2.1 Một số tính chất của phép toán hình thái 20
Các mệnh đề 20
Định lý 21
Hệ quả 21
3
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201
2.1.2.2 Các tính chất của Phép mở ảnh và phép đóng ảnh 22
2.2. Phát hiện biên nhờ phép toán hình thái. 22
CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 24

3.1. Bài toán. 24
3.2. Phân tích, thiết kế chương trình. 24
3.2.1. Chức năng co(Erosion). 26
3.2.2. Chức năng giãn nở(Dilation). 26
3.2.3. Chức năng tìm biên của ảnh 27
3.2.4.Chọn ma trận mẫu và thực hiện các phép toán cơ bản. 27
3.2.5. Một số nút lênh khác. 28
3.3. Một số kết quả chương trình. 29

Kết luận
Phụ lục
Tài liệu tham khảo

4
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201




DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ
ÁN

Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh 6
Hình 1.2: Các bƣớc cơ bản trong 1 hệ thống xử lý ảnh 7
Hình 1.3: Một số phép toán logic giữa các hình ảnh nhị phân 10
Hình 1.4: Đƣờng biên lý tƣởng 11
Hình 1.5: Đƣờng biên dốc 11
Hình 1.6 Đƣờng biên không trơn 12
Hình 2.1: Biểu diễn phép Dilation 17
Hình 2.2: Biểu diễn phép Erosion 18
Hình 2.3 :Biểu diễn phép toán Open 19
Hình 2.4: Biểu diễn phép toán Close 20
Hình 2.5: Quá trình tìm biên của đối tƣợng trên ảnh nhị phân. 23
Hình 2.6: Phát hiện biên dựa vào phép toán hình thái 23

Hình 3.1: Kết quả Phép giãn nở ảnh (Dilation) 29
Hình 3.2: Kết quả Phép co ảnh (Erosion). 30
Hình 3.3: Kết quả phép tìm biên của ảnh. 31
Hình 3.4: Hình 3.4: Kết quả phép co giãn với ma trận mẫu. 32














5
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201



PHẦN MỞ ĐẦU

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó ảnh là một
trong những chuyên ngành quan trọng của công nghệ thông tin hiện nay được áp
dụng trong những lĩnh vực khác nhau như y học, vật lý, toán học, tìm kiếm tội phạm
và rất nhiều lĩnh vực khoa học khác

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính là nâng cao chất
lượng ảnh và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất
lượng ảnh báo được chuyền qua cáp từ Luân Đôn đến New York từ năm 1920. Vấn
đề nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức xám và độ phân giải của
ảnh. Việc nâng cao chất lượng của ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955.
Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng
và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ bao gồm: làm lồi đường biên, lưu ảnh. Từ năm 1964
đến nay, các phương tiện xử lý và nâng cao chất lượng, nhận diện ảnh phát triển
không ngừng.
Chính vì vậy em đã lựa chọn đề tài “Tìm hiểu bài toán pháp hiện biên nhờ
phép toán hình thái ”
Báo cáo đồ án được chia thành 3 chương:
Chương 1: Khái quát về xử lý ảnh và bài toán phát hiện biên: chương này thể
hiện khái quát về xử lý ảnh, các khái niệm liên quan đến xử lý ảnh, bài toán phát
hiện biên, các loại biên , cách phát hiện biên và vài trò trong việc tìm biên.
Chương 2: Phát hiện biên nhờ phép toán hình thái: chương này gồm các khái
niệm về phép toán hình thái, các tính chất, định lý, hệ quả và cách phát hiện biên
dựa vào phép toán hình thái.
Chương 3: Chương trình thử nghiệm: giới thiệu về chương trình, cách sử
dụng chương trình và các kết quả thực nghiệm.









6

Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201

CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN
PHÁT HIỆN BIÊN.
1.1. Khái quát về xử lý ảnh
1.1.1. Xử lý ảnh là gì?
Xử lý ảnh là một loạt các thao tác và phân tích ảnh bằng máy tính nhằm cải
thiện chất lượng ảnh cho tốt hơn và xử lý dữ liệu tự động trên máy. Quá trình này
được xem như là thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả
đầu ra của quá trình sẽ là một ảnh tốt hơn hoặc một kết luận.















Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh

Như vậy mục tiêu của xử lý ảnh có thể chia làm ba hướng như sau:
Xử lý ảnh ban đầu để cho ra một ảnh mới tốt hơn theo một mong muốn của

người dùng (ví dụ: ảnh mờ cần xử lý để được rõ hơn).
Phân tích ảnh để thu được thông tin nào đó giúp cho việc phân loại và nhận
biết ảnh (ví dụ: phân tích ảnh vân tay để trích chọn các đặc trưng vân tay).
Từ ảnh đầu vào mà có những nhận xét, kết luận ở mức cao hơn, sâu hơn (ví
dụ: ảnh một tai nạn giao thông phác hoạ hiện trường tai nạn).
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 tượng
trong không gian và nó có thẻ xem như một hàm n biến P(c1, c2, c3, , cn). Do đó,
ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều.


Ảnh đầu
vào
Xử lý ảnh
Ảnh tốt hơn
Kết quả
7
Trƣờng ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT
Đào Trung Hiếu CT1201

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

Hình 1.2: Các bƣớc cơ bản trong 1 hệ thống xử lý ảnh

1.1.2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh.
1.1.2.1. Ðiểm ảnh và 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) 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.
Ảnh là tập hợp của các điểm ảnh.
1.1.2.2. Độ phân giải của ảnh.
Khoảng cách giữa các điểm ảnh phải được chọn sao cho mắt người vẫn thấy
được sự liên tục của ảnh. Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật độ
phân bố, đó chính là độ phân giải và được phân bố theo trục x và y trong không gian
hai chiều. Vậy độ phân giải của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn định trên một ảnh
số được hiển thị.

Thu nhận
ảnh

Tiền xử
lý

Hậu xử lý
Trích
chọn đặc
điểm
Hệ quyết
định
Đối sánh rút
ra kết luận
Lưu trữ