Đề tài nhận dạng, phân loại, xử lý ảnh biển số xe bằng phần mềm

MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH VẼ..................................................................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................8
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................9
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................10
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI....................................................................11
1.1 Lý do chon đề tài:............................................................................................................... 11
1.2 Lịch sử nghiên cứu:........................................................................................................... 11

Đ

1.3 Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:.................12

ồ

1.3.1 Mục đích nghiên cứu:................................................................................................ 12

án

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu:.............................................................................................. 12
1.3.3 Phạm vi nghiên cứu:.................................................................................................. 12

đi

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH...................................14

ện

2.1 Tổng quan về xử lý ảnh:................................................................................................... 14

-đ

2.1.1 Một số khái niệm và các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh................................15
2.1.1.1 Một số khái niệm cơ bản:..................................................................................... 15

iệ

2.1.1.2 Biểu diễn ảnh:...................................................................................................... 17

n

2.1.1.5 Phân tích ảnh:...................................................................................................... 18

tử

2.2 Thu nhận ảnh:..................................................................................................................... 19
2.2.1 Các thiết bị thu nhận ảnh:........................................................................................ 19
2.2.1.1 Lý thuyết về camera:.......................................................................................... 19
2.2.1.2 Bộ cảm biến ảnh:................................................................................................. 20
2.2.2 Hệ tọa độ màu:............................................................................................................ 22
2.2.2.1 Khái niệm:............................................................................................................. 22
2.2.2.2 Biến đổi hệ tọa độ màu:.................................................................................... 23
2.2.3 Lấy mẫu và lượng tử hóa:........................................................................................ 23
2.2.3.1 Giới thiệu:.............................................................................................................. 23
2.2.3.2 Lấy Mẫu:................................................................................................................. 23
2.2.3.3 Lượng tử hóa:...................................................................................................... 25
2.2.4 Một số phương pháp biểu diễn ảnh:....................................................................26
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 1


2.2.4.1 Biểu diễn mã loạt dài:........................................................................................ 26
2.2.4.2 Biểu diễn mã xích:.............................................................................................. 27
2.2.4.3 Biểu diễn mã tứ phân:....................................................................................... 27
2.2.5 Các định dạng ảnh cơ bản:....................................................................................... 28
2.2.5.1 Khái niệm chung:................................................................................................ 28
2.2.5.2 Quy trình đọc một tệp ảnh:.............................................................................. 28
2.2.6 Khái niệm ảnh đen trắng và ảnh màu:.................................................................29
2.2.6.1 Ảnh đen trắng:..................................................................................................... 30
2.2.6.2 Ảnh màu:................................................................................................................ 30
2.3 Các phương pháp phát hiện ảnh:.................................................................................. 31
2.3.1 Giới thiệu biên và kỹ thuật phát hiện biên........................................................31

Đ

2.3.1.1 Một số khái niệm:................................................................................................... 31

ồ

2.3.1.2 Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên:.......................................................32
2.3.2 Phương pháp phát hiện biên cục bộ:...................................................................33

án

2.3.2.1 Phương pháp Gradient:.................................................................................... 33
2.3.2.2 Kỹ thuật Laplace:................................................................................................ 34

đi

2.3.2.3 Một số phương pháp khác:..............................................................................34

ện

2.4 Phân vùng ảnh:................................................................................................................... 34

-đ

2.4.1 Giới thiệu:..................................................................................................................... 34
2.4.2 Phân vùng ảnh theo ngưỡng biên độ:..................................................................35

iệ

2.4.3 Phân vùng ảnh theo miền đồng nhất:..................................................................36

n

2.4.3.1 Phương pháp tách cây tứ phân:.....................................................................36

tử

2.4.3.2 Phương pháp cục bộ:......................................................................................... 38
2.4.3.3 Phương pháp tổng hợp:.................................................................................... 39
2.4.3.1 Phương pháp cấu trúc:..................................................................................... 39
2.4.4.2 Tiếp cận theo tính kết cấu:............................................................................... 40
2.5 Nhận dạng ảnh:................................................................................................................... 40
2.5.1 Giới thiệu:..................................................................................................................... 40
2.5.2 Khái niệm nhận dạng:............................................................................................... 41

2.5.3 Mơ hình và bản chất của q trình nhận dạng:.................................................41
2.5.3.1 Mơ hình:................................................................................................................. 41
2.5.3.2 Bản chất của q trình nhận dạng:...............................................................42
2.5.4 Nhận dạng theo cấu trúc:......................................................................................... 44
2.5.4.1 Biểu diễn định tính:........................................................................................... 44
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 2


2.5.4.2 Phương pháp nhận dạng theo cấu trúc:......................................................46
2.5.5 Nhận dạng dựa theo mạng Nơron:.......................................................................46
2.5.5.1 Giới thiệu mạng nơron:........................................................................................ 46
2.5.5.2 Nơron sinh học và Nơron Nhân tạo:.............................................................48
2.5.5.2.2 Cấu trúc nơron nhân tạo:.......................................................................... 50

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE MÁY
........................................................................................................................................52
3.1 Khái quát chung về hệ thống nhận dạng biển số xe máy:.....................................52
3.2 Chụp hình bằng camera:.................................................................................................. 53
3.3. Tách biển số:...................................................................................................................... 55
3.3.1 Tổng quan về tách biển số:...................................................................................... 55

Đ

3.3.2 Tìm vùng màu trắng:................................................................................................. 57

ồ

3.3.3 Xác định vùng chứa biển số:...................................................................................58
3.3.4 Cắt vùng chứa biển số:.............................................................................................. 59

án

3.3.5 Tìm góc nghiêng và xoay:......................................................................................... 60
3.3.5.1 Biến đổi Radon:................................................................................................... 60

đi

3.3.5.1.1 Tổng quan về biến đổi Radon:.................................................................60

ện

3.3.5.1.2 Các bước thực hiện:.................................................................................... 61

-đ

3.3.5.2 Tìm góc nghiêng và xoay:.................................................................................62
3.3.6 Cắt biển số chính xác:................................................................................................ 64

iệ

3.4 Phân đoạn ký tự:................................................................................................................ 64

n

3.4.1 Tổng quan về phân đoạn ký tự:.............................................................................64

tử

3.4.2 Nhị phân biển số xe:.................................................................................................. 65
3.4.3 Chuẩn hóa biển số:..................................................................................................... 65
3.4.4 Phân đoạn ký tự:........................................................................................................ 66
3.4.4.2 Chương trình phân vùng từng ký tự:...........................................................68
3.5 Nhận dạng ký tự:................................................................................................................ 69
3.5.1 Tổng quát nhận dạng ký tự:.................................................................................... 69
3.5.2 Lựa chọn phương pháp:........................................................................................... 69
3.5.2.1 Phương pháp nhận dạng cổ điển:..................................................................69
3.5.2.2 Phương pháp ứng dụng mạng Nơron:.........................................................70
3.5.3 Giới thiệu về mạng Nơron ( neural networks):................................................70
3.5.3.1 Khái niệm về mạng Nơron:..............................................................................70
3.5.3.2 Mơ hình của một mạng nơron nhân tạo:.....................................................70
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 3


3.5.3.3 Thiết kế 1 mạng Nơron:.................................................................................... 71
3.5.3.3.1 Thu thập dữ liệu:......................................................................................... 71
3.5.3.3.2 Các bước thực hiện:.................................................................................... 71
3.5.3.4 Cơ sở ký thuyết và giải thuật cho huấn luyện mạng lan truyền ngược:
71
3.5.3.4.1 Cấu trúc mạng lan tryền ngược:.............................................................71
3.5.3.4.2 Huấn luyện mạng lan truyền ngược:....................................................74
3.5.4 Ứng dụng mạng lan truyền ngược vào nhận dạng ký tự :.............................75
3.5.4.1 Thiết kế mạng lan truyền ngược:..................................................................76
3.5.4.2 Quá trình nhận dạng:......................................................................................... 76
3.5.4.3 Phương pháp tăng khả năng tổng quát của mạng:..................................77

3.5.4.4 Huấn luyện mạng lan truyền ngược:............................................................78

Đ

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẠY BẰNG PHẦN MỀM....................80

ồ

MATLAB VÀ CODE CỦA CHƯƠNG TRÌNH.........................................................80

án

4.1 Kết quả mơ phỏng chạy bằng phần mềm matlab:...................................................80
4.1.1 Giao diện giới thiệu của chương trình:...................................................................80

đi

4.1.2 Giao diện chính của chương trình:.......................................................................80

ện

4.1.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình:......................................................................81

-đ

4.1.3.1 Test bằng ảnh trong thư viện:........................................................................81
4.1.3.1 Test ảnh bằng camera:...................................................................................... 83

iệ

4.2 Code chương trình:........................................................................................................... 84

n

4.2.1 Code hiển thị giao diện của chương trình:.........................................................84

tử

4.2.2 Code chương trình chính:........................................................................................ 84
4.2.2.1 Chương trình test bằng camera:....................................................................84
4.2.2.2 Chương trình test bằng ảnh trong thư viện:..............................................91

KẾT LUẬN...................................................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................95

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 4


DANH MỤC HÌNH VẼ

ồ

Đ

Hình 2.1: Sơ đồ tổng qt một hệ thống xử lý ảnh.................................................14
Hình 2.1.1.1a: Hình ảnh thể hiện một điểm ảnh.....................................................15
Hình 2.1.1.1b: ảnh màu RGB..........................................................................................16

Hình 2.1.1.1c:: Hình ảnh được chuyển sang mức xám..........................................16
Hình 2.1.1.1d: Ảnh được nhị phân...............................................................................17
Hình 2.1.1.1e:: Lượt đồ mức xám của ảnh xám tương ứng................................17
Hình 2.2.1.1: Hình ảnh CCD camera............................................................................19
Hình 2.2.1.2b: Hình ảnh màn hình video...................................................................21
Hình 2.2.1.2c: Hình ảnh máy tính.................................................................................21
Hình 2.22.1: Hệ tọa độ RGB............................................................................................22
Hình 2.2.3.2c: Các dạng mẫu điểm ảnh......................................................................25
Hình 2.2.3.3: Khng lượng tử theo L mức xám.....................................................26
Hình 2.2.4.2: Hướng các điểm biên và mã tương ứng
A11070110764545432...................................................................................................27
Hình 2.2.6: Biểu diễn mức xám của ảnh số...............................................................29
Hình 2.3.1.1: Đường biên của ảnh...............................................................................31
Hình 2.3.1.2: Các bước xử lý và phân tích ảnh........................................................32
Hình 3.2.1: Tính đạo hàm theo Gradient...................................................................33
Hình 2.4.2: Lược đồ rắn lượn và cách chọn ngưỡng.............................................36
Hình 2.4.3.2: Khái niệm 4 liên thơng và 8 liên thơng............................................38
Hình 2.5.3.1b: Mơ hình cấu trúc của đối tượng nhà..............................................42
Hình 2.5.3.2b: Sơ đồ tổng quát một hệ thống nhận dạng.....................................43
Hình 2.5.5.2.2a: Mơ hình nơron nhân tạo.................................................................50
Hình 3.1: Sơ đồ q trình nhận dạng biển số xe máy............................................52
Hình 3.2.1: Hình ảnh chụp từ camera.........................................................................53
Hình 3.2.2: Số điểm ảnh (pixel)....................................................................................54
Hình 3.3.1a: Sơ đồ tổng quát của khối tách biển số...............................................55
Hình 3.3.1b: Sơ đồ chi tiết của khối tách biển số....................................................56
Hình 3.3.2a: Ảnh tối và ảnh sáng..................................................................................57
Hình 3.3.2b: Ảnh sau khi nhị phân..............................................................................57
Hình 3.3.3a: Hình dạng biển số khi bị nghiêng........................................................58
Hình 3.3.3b: Biển số sau khi nhị phân........................................................................59
Hình 3.3.4a: Hình thể hiện vùng ảnh cần tách ra với biên an tồn...................59

Hình 3.3.4b: Ảnh chụp ban đầu.....................................................................................59
Hình 3.3.4c: Ảnh sau khi cắt thơ...................................................................................60
Hình 3.3.5.1.1a: Phương pháp biến đổi Radon.......................................................60

án

n

iệ

-đ

ện

đi

tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 5


ồ

Đ

Hình 3.3.5.1.1b: Hình chiếu đơn giản theo góc θ....................................................61
Hình 3.3.5.1.1c: Phương pháp biến đổi Radon dưới dạng hình học................61

Hình 3.3.5.1.2a: Biến đổi ảnh về ảnh nhị phân........................................................61
Hình 3.3.5.1.2b: Thực hiện biến đổi Radon trên ảnh biên..................................62
Hình 3.3.5.2a: Ảnh được tách biên biên nhị phân..................................................62
Hình 3.3.5.2b: Ảnh biển số sau khi xoay về phương thẳng đứng......................63
Hình 3.3.5.2c: Giải thuật tìm góc nghiêng biển số..................................................63
Hình 3.3.6: Biển số sau khi cắt hồn chỉnh...............................................................64
Hình 3.4.1: Sơ đồ khối phân đoạn ký tự....................................................................64
Hình 3.4.2: Ảnh sau khi được nhị phân.....................................................................65
Hình 3.4.3a: Ảnh biển số sau khi được chuẩn hóa.................................................65
Hình 3.4.3b: Thuật giải chuẩn hóa biển số................................................................65
Hình 3.4.4a: Tổng số các bít theo 1 hàng của biển số............................................66
Hình 3.4.4b: Hình thể hiện thơng số Min_area........................................................67
Hình 3.4.4c: Hình thể hiện thơng số Digit_width....................................................67
Hình 3.4.4d: Các ký tự được cắt khỏi biển số..........................................................67
Hình 3.4.4e: Giải thuật phân vùng ký tự....................................................................68
Hình 3.5.3.1: Mơ tả tốn học tổng qt của mạng Nơron.....................................70
Hình 3.5.3.2a: Nơron 1 ngõ vào....................................................................................71
Hình 3.5.3.2b: Nơron nhiều ngõ vào...........................................................................71
Hình 3.5.3.4.1a: Cấu tạo 1 nơron..................................................................................72
Hình 3.5.3.4.1b: Hàm truyền logsig.............................................................................72
Hình 3.5.3.4.1c: Hàm truyền tansig.............................................................................72
Hình 3.5.3.4.1d: Hàm truyền purelin (tuyến tính).................................................73
Hình 3.5.3.4.1e: Cấu trúc mạng 1 lớp..........................................................................73
Hình 3.5.3.4.1f: Cấu trúc mạng 2 lớp..........................................................................74
Hình 3.5.4.1: Cấu trúc mạng dùng để nhận dạng ký tự số...................................76
Hình 3.5.4.2: Hình minh họa hoạt động của mạng trong nhận dạng................77
Hình 3.5.4.3a: Trường hợp quá khớp........................................................................77
Hình 3.5.4.3b: Hàm xấp xỉ khi mạng ngừng học sớm............................................78
Hình 3.5.4.4: Hàm lỗi khi ngừng học sớm để huấn luyện mạng........................79
Hình 4.1.1: Giao diện giới thiệu của chương trình chạy bằng matlab.............80

Hình 4.1.2: Giao diện chính của chương trình chạy bằng matlab.....................80
Hình 4.1.3: Hướng dẫn bật giao diện chính..............................................................81
Hình 4.1.3.1a: Hướng dẫn chọn ảnh trong thư viện..............................................81
Hình 4.1.3.1b: Chọn một ảnh trong thư viện............................................................82
Hình 4.1.3.1c: Kết quả nhận dạng................................................................................82
Hình 4.1.3.1d: Kết quả khi xuất ra file Excel............................................................82
Hình 4.1.3.2a: Chọn camera...........................................................................................83
Hình 4.1.3.2b: Chọn mở camera...................................................................................83
Hình 4.1.3.2c: Chọn chạy để nhận dạng biển số......................................................84

án

n

iệ

-đ

ện

đi

tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 6

Hình 1.3.2d: Kết quả xuất ra Excel...............................................................................84

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.5.4.1a: Các từ vựng cơ bản trong ngôn ngữ PLD......................................45
Bảng 2.5.4.1b. Các phép tốn bằng ngơn ngữ PLD.................................................46
Bảng 2.5.5.2.1: So sánh khả năng làm việc của bộ não và máy tính......................50
Bảng 2.5.5.2.2b: Các hàm truyền H(s) thường dùng...............................................51

ồ

Đ
án
n

iệ

-đ

ện

đi
tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết đầy đủ

Ý nghĩa

VGA

Video Graphics Array

Card màn hình hay cịn có
thể gọi là card đồ họa

SXGA

Super Extended Graphics Array

Độ phân giải màn hình

RGB

Red-Green-Blue

Đỏ- xanh lục- xanh lam

CCD

Charge Coupled Device

Linh kiện tích điện kép

VCR

Videocassette recorder

Thiết bị ghi hình

SVGA

Super Video Graphics Array

Độ phân giải màn hình

ồ

NTSC

Đ

Từ viết tắt

National Television System Committee

án

Cyan- Magenta- Yellow

Xanh- hồng- vàng

Imagine

Định dạng ảnh

BMP

Bitmap

Định dạng tập tin hình ảnh

GIF

Graphics Interchange Format

JPEG

Joint Photographic Experts Group

đi

CMY

Ủy ban quốc gia về các hệ
thống truyền hình

Định dạng Trao đổi Hình
ảnh

n

iệ

-đ

ện

IMG

Nén hình ảnh

tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 8


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.s Nguyễn Tường Thành, giảng
viên bộ môn kỹ thuật điện tử truyền thông khoa Kỹ thuật và công nghệ trường Đại học
Quy Nhơn, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình em làm đồ
án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Quy Nhơn nói
chung và Khoa kỹ thuật và công nghệ nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các

Đ

môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết

ồ

vững vàng và tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

án

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,
quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt

đi

nghiệp.

-đ

ện

Em xin chân thành cảm ơn!!

Sinh viên thực hiện

n

iệ

Hồ Xuân Hiền

tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 9


LỜI MỞ ĐẦU
Xử lý và nhận dạng ảnh là một lĩnh vực từ lâu được nhiều người quan tâm. Nó
đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như:
- Trong y học, cải thiện ảnh X- quang và nhận dạng đường biên mạch máu từ
ảnh chụp bằng tia X , ứng dụng vào các xét nghiệm lâm sang như phát hiện và nhận
dạng u não, nội soi cắt lớp…
- Trong thiên văn học, hệ thống chụp hình gắn trên tàu vũ trụ hạn chế về kích
thước và trọng lượng, do đó chất lượng hình ảnh nhận được bị giảm chất lượng
như bị mờ, méo hình học và nhiễu nền. Các hình ảnh đó được xử lý bằng máy tính.
- Trong các lĩnh vực cơng nghiệp, người máy ngày càng đóng vai trị quan

Đ

trọng. Chúng thực hiện các cơng việc nguy hiểm, địi hỏi có tốc độ và độ chính xác

ồ

cao vượt quá khả năng con người. Người máy sẽ trở nên tinh vi hơn và thị giác máy

án

tính đóng vai trị quan trọng hơn. Người ta sẽ khơng chỉ địi hỏi người máy phát

đi

hiện và nhận dạng các bộ phận công nghiệp mà cịn phải “hiểu ” được những gì

chúng “ thấy ” và đưa ra hành động phù hợp. Xử lý ảnh sẽ tác động đến thị giác của

ện

máy tính.

-đ

- Ngồi ra, xử lý và nhận dạng cịn được ứng dụng trong lĩnh vực khác ít được

iệ

nói đến hơn. Cơng an giao thông thường hay chụp ảnh trong môi trường khơng

n

thuận lợi, ảnh thường bị nhịe nên cần được xử lý và nhận dạng để có thể nhìn thấy
biển số xe.

tử

Trong đồ án tốt nghiệp này em xin trình bày một đề tài là Nhận dạng, phân
loại, xử lý ảnh biển số xe bằng phần mềm.

Em xin chân thành cảm ơn Th.s Nguyễn Tường Thành đã tận tình hướng dẫn
em trong suốt thời gian làm đồ án và quý thầy cô khoa Kỹ thuật và công nghệ
trường Đại học Quy Nhơn đã truyền dạy những kiến thức quý báu trong chương
trình đào tạo đại học chính quy và giúp đỡ kinh nghiệm cho đồ án hoàn thành được
thuận lợi.

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 10


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chon đề tài:
Lĩnh vực xử lí ảnh số, bao gồm xử lí, phân tích và nhận biết tự động bằng máy
tính, đã và đang có sự phát triển mạnh mẽ trong cả lý thuyết và các ứng dụng thực
tế. Xử lí ảnh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng như: viễn thông,
truyền thông, chụp ảnh y tế, sinh học, khoa học vật liệu, rô-bốt, sản xuất, các hệ
thống cảm biến thông minh, tự động diều khiển, đồ hoạ, in ấn…Sự phát triển mạnh
này có thể được thấy rõ qua số lượng các bài báo, báo cáo khoa học về xử lí ảnh

Đ

hàng năm cũng như qua số lượng các đầu sách viết về xử lí ảnh số.

ồ

Như chúng ta đã biết, ngày nay xe máy là phương tiện giao thơng chính và số

án

lượng ngày càng tăng. Vì vậy vấn đề quản lý giao thông, bảo đảm an ninh, thu phí
giao thơng…địi hỏi và cần thiết có sự hỗ trợ của khoa học kỹ thuật. Một trong

đi

những sự hỗ trợ đầy hiệu quả đó là làm sao giúp những người quản lý nhận dạng

ện

biển số xe được dễ dàng, nhanh chóng và thuận lợi nhất.
Nhận dạng biển số xe trở thành một ứng dụng hữu ích, được đưa vào trong

-đ

những lĩnh vực như: quản lí giao thơng, kiểm tra an ninh, thu phí giao thơng, trạm

iệ

gác cổng, quản lý các bãi giữ xe một cách tự động…Nó khơng chỉ giúp những người

n

quản lý có khả năng bao quát được tất cả khách hàng, đối tượng theo dõi của mình

tử

mà cịn giúp tiết kiệm thời gian làm việc đáng kể. Ngoài ra với phương pháp này sẽ
giúp giảm được nhiều người trông giữ xe để phân công họ vào việc khác.
Từ những lý do trên em quyết định lựa chọn đề tài Nhận dạng, phân loại, xử lý
ảnh biển số xe bằng phần mềm.
1.2 Lịch sử nghiên cứu:
Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng
ảnh và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo
được truyền qua cáp từ Luân đôn đến New York từ những năm 1920. Vấn đề nâng cao

chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh. Việc nâng
cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955. Điều này có thể giải
thích được vì sau thế chiến thứ hai, máy tính phát triển nhanh tạo điều kiện cho quá
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 11


trình xử lý ảnh số thuận lợi. 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 nổi đường
biên, lưu ảnh. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng,
nhận dạng ảnh phát triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhân tạo như
mạng nơron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các công cụ nén ảnh
ngày càng được áp dụng rộng rãi và thu nhiều kết quả khả quan.
Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự
nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp
ảnh). Trước đây, ảnh thu qua Camera là các ảnh tương tự (loại Camera ống kiểu
CCIR). Gần đây, với sự phát triển của công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng được lấy
ra từ Camera, sau đó nó được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý

Đ

tiếp theo. (Máy ảnh số hiện nay là một thí dụ gần gũi). Mặt khác, ảnh cũng có thể

ồ

tiếp nhận từ vệ tinh; có thể quét từ ảnh chụp bằng máy quét ảnh.

án

1.3 Mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án:

đi

1.3.1 Mục đích nghiên cứu:

ện

Hệ thống nhận dạng biển số xe là một ứng dụng dựa trên kỹ thuật xử lí ảnh số.
Mục đích của nhận dạng biển số xe là thực hiện các bước xử lí để từ một ảnh đầu

-đ

vào, máy tính có thể nhận ra chính xác biển số xe trên ảnh. Nhận dạng biển số xe trở

iệ

thành một ứng dụng hữu ích, được đưa vào trong những lĩnh vực như: quản lí giao

n

thơng, kiểm tra an ninh, thu phí giao thơng, trạm gác cổng, quản lý các bãi giữ xe
một cách tự động.

tử

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu:

Đây là một trong những ứng dụng xử lí ảnh nhận được nhiều sự quan tâm

nghiên cứu về cả hai mặt lý thuyết và thực hiện chương trình. Đề tài của em bao
gồm các quá trình xử lí: phân vùng biển số, tách các ký tự, nhận biết các kí tự, phần
mềm quản lý cơ sở dữ liệu biển số xe máy. Mục đích của phần mềm quản lý cơ sở dữ
liệu biển số xe máy là thu nhận chuỗi biển số sau khi đã được nhận dạng, lưu vào cơ
sở dữ liệu để người dùng dễ dàng quản lý và theo dõi thông qua các báo cáo chi tiết
các lượt xe vào - ra. Mục đích của phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu là theo dõi số
lượt vào - ra, tính tiền lưu bãi.
1.3.3 Phạm vi nghiên cứu:
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 12


Chủ yếu dựa vào các tài liệu và chạy mô phỏng nhận dạng biển số xe máy trên
máy tính bằng phần mềm matlab, chưa có mơ hình thực tế.
Việc có nhiều biển số xe với định dạng và độ sáng khác nhau gây khó khăn cho
việc nhận dạng. Do quá trình nhận dạng dựa vào phương pháp xử lý ảnh và trích
xuất biển số từ ảnh chụp nên độ sáng khác nhau làm tăng độ phức tạp trong quá
trình nhận dạng.
Do thời gian thực hiện đề tài không cho phép nên người thực hiện giới hạn các
biển số và điều kiện như sau:
 Biển số có chữ đen, nền trắng, có 2 hàng, số ký tự là 9.
 Biển số phải cịn ngun vẹn, khơng bị tróc sơn hay rỉ sét, khơng bị che khuất.
 Góc nghiêng của biển số khơng q 45˚ so với phương ngang.

Đ

 Hình chụp biển số khơng bị mờ, ký tự biển số cịn phân biệt, nhận dạng được

ồ

bằng trực quan.

án

 Không bị nhiễu bởi ánh sáng làm ảnh chụp bị chói.

n

iệ

-đ

ện

đi
tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 13


CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH

2.1 Tổng quan về xử lý ảnh:
Ngày nay kỹ thuật xử lí ảnh đã được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều lĩnh vực,
trong sản xuất cũng như trong đời sống. Ví dụ các hệ thống xử lí ảnh vệ tinh để

phân tích khơng gian vũ trụ, hệ thống thăm dị địa chất, hệ thống phân tích tế bào
sinh học và gần gũi nhất với chúng ta là các phần mềm hiển thị và xử lí ảnh chuyên
dụng như Photoshop, ACD See…
Một hệ thống xử lý ảnh là hệ thống thực hiện các chức năng thu nhận ảnh đầu
vào, thực hiện phép xử lý để tạo ảnh hoặc kết quả phân tích, nhận dạng ở đầu ra

Đ

đáp ứng các yêu cầu và các ứng dụng cụ thể.

ồ

Trong phạm vi đồ án, Em xin giới hạn trong việc giới thiệu một hệ thống xử lý

án

ảnh ứng dụng nhận dạng và ra quyết định trên thực tế.

Phân tích
ảnh

Nhận
dạng ảnh

Lưu trữ

n

iệ

-đ

ện

đi
Thu nhận
ảnh

Camera

tử

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát một hệ thống xử lý ảnh
Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống này được thể hiện trong hình 2.1, trong đó gồm
ba khối chức năng cơ bản:
 Khối thu nhận ảnh: thực hiện chức năng thu nhận ảnh và thực hiện q trình
số hóa (lưu giữ theo định dạng yêu cầu).
 Khối phân tích ảnh: trước hết hệ thống tiến hành bước tiền xử lý ảnh với mục
đích tăng cường, cải thiện chất lượng ảnh, làm nổi các đặc trưng cơ bản của ảnh
hay làm cho ảnh gần giống nhất với trạng thái gốc. Sau đó, là q trình phân tích
ảnh và trích chọn đặc trưng của ảnh ví dụ như biên, điểm gấp khúc, điểm kết thúc,
điểm chữ thập…
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 14


 Khối nhận dạng: dựa vào các đặc trưng đã thu nhận từ q trình phân tích
ảnh trước đó thực hiện quá trình nhận dạng, đưa ra các quyết định ứng với các ứng

dụng cụ thể.
2.1.1 Một số khái niệm và các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
2.1.1.1 Một số khái niệm cơ bản:
a) Phần tử ảnh (Pixel – Picture Element):
Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và giá trị độ sáng. Để có
thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải số hóa ảnh. Trong q trình số hóa,
người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thơng qua q trình lấy mẫu
(rời rạc hóa về khơng gian) và lượng hóa thành phần giá trị. Trong quá trình này
người ta sử dụng khái niệm Pixel để biểu diễn các phần tử của bức ảnh. Ở đây, cũng

Đ

cần phân biệt khái niệm pixel hay đề cập đến trong các hệ thống đồ họa máy tính.

ồ

Để tránh nhầm lẫn ta tạm thời gọi khái niệm pixel này là pixel thiết bị.

án

Khái niệm pixel thiết bị có thể xem xét như sau: khi ta quan sát màn hình

đi

(trong chế độ đồ họa), màn hình khơng liên tục mà gồm nhiều điểm nhỏ, gọi là pixel.

ện

Mỗi pixel bao gồm một cặp tọa độ x, y và màu. Cặp tọa độ x, y tạo nên độ phân giải
(resolution). Như màn hình máy tính có nhiều độ phân giải khác nhau, hiện tại phổ

n

iệ

-đ

biến là màn hình VGA có độ phân giải 640x480 hay XSGA độ phân giải 1024x768.

tử
Hình 2.1.1.1a: Hình ảnh thể hiện một điểm ảnh
b) Ảnh màu (Color Image):
Ảnh màu chứa thông tin màu cho mỗi phần tử ảnh. Thông thường giá trị màu
này dựa trên các không gian màu (color space) trong đó khơng gian màu
thườngđược dùng là RGB tương ứng với ba kênh màu đỏ (Red) – xanh lá cây
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 15


(Green) – xanh da trời (Blue). Tùy thuộc vào số bit, được sử dụng để lưư trữ màu ta
có số lượng màu khác nhau, ví dụ 8 bit, 16 bit, 24 bit (True Color). Nếu ta sử dụng
nhỏ hơn 24 bit để lưu trữ màu thì ta phải có 1 bảng Palette màu, nó tương tự như
một bảng Lookup Table cho phép ánh xạ giữa một vị trí trong bảng với một tổ hợp
của khơng gian màu RGB. Ví dụ như sử dụng 8 bit tương ứng với 256 màu thì ta
phải có bảng ánh xạ 256 màu đó tương ứng với 256 tổ hợp Red – Green – Blue.

ồ

Đ
án

Hình 2.1.1.1b: ảnh màu RGB

ện

đi

c) Mức xám của ảnh:

Mức xám (Gray level) là kết quả sự mã hóa tương ứng một cường độ sáng của

-đ

mỗi điểm ảnh với một giá trị số - kết quả của q trình lượng tử hóa. Ảnh đa mức
xám là ảnh có sự chuyển dần mức xám từ trắng sang đen. Thực tế, một giá trị mức

iệ

xám chính là sự tổ hợp của ba giá trị RGB (Red- Green – Blue). Thông thường mỗi

n

điểm ảnh trong bức ảnh đa xám thường được mã hóa 8 bit, tương ứng với 256 mức

tử

xám.

Hình 2.1.1.1c:: Hình ảnh được chuyển sang mức xám

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 16


d) Ảnh nhị phân:
Ảnh nhị phân chỉ có 2 mức đen trắng phân biệt tức là dùng 1 bit mô tả 21 mức
khác nhau. Nói cách khác: mỗi điểm ảnh của ảnh nhị phân chỉ có thể là 0 hoặc 1.

ồ

Đ
Hình 2.1.1.1d: Ảnh được nhị phân

án

e) Lược đồ mức xám:

đi

Lược đồ này (Hình 2.1.1.1e) đơn giản cho ta biết tần suất xuất hiện của mỗi

ện

điểm ảnh ( pixel ) trong một bức ảnh ứng với mức xám tương ứng. Ví dụ, một ảnh
đa mức xám sử dụng 8 bit, có 256 mức xám từ o tới 255. Lược đồ mức xám sẽ có

-đ

trục hồnh chạy từ 0 tới 255 và trục tung chính là tổng số điểm ảnh có mức xám

iệ

tương ứng. Biểu đồ này tuy đơn giản nhưng có nhiều ứng dụng trong các bài toán

n

giãn độ tương phản và phân ngưỡng ảnh ( biến từ ảnh mức xám sang ảnh nhị

tử

phân).

Hình 2.1.1.1e:: Lượt đồ mức xám của ảnh xám tương ứng
2.1.1.2 Biểu diễn ảnh:

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 17


Trong biểu diễn ảnh, người ta thường dùng các phần tử đặc trưng của ảnh là
pixel. Nhìn chung có thể xem một hàm hai biến chứa thông tin như biểu diễn một
ảnh. Các mơ hình biểu diễn ảnh cho ta một mơ tả logic hay định lượng các tính chất
của hàm này. Trong biểu diễn ảnh cần chú ý tới đặc tính trung thực của ảnh hoặc
các tiêu chuẩn “thơng minh” để đo chất lượng của ảnh hoặc tính hiệu quả của các

kỹ thuật xử lý.
Một số mơ hình thường được dùng để biểu diễn ảnh như: mơ hình tốn học,
mơ hình thống kê,v.v.... Trong mơ hình tốn học, ảnh hai chiều biểu diễn nhờ các
hàm hai biến trực giao gọi là hàm cơ sở. Với mơ hình thống kê, một ảnh được coi
như một phần tử của một tập hợp đặc trưng bởi các đại lượng như: kỳ vọng tốn
học, hiệp biến, phương sai và mơmen.

Đ

2.1.1.3

Tăng cường ảnh - Khôi phục ảnh:

ồ

Tăng cường ảnh là bước quan trọng, tạo tiền đề cho xử lý ảnh. Nó gồm một

án

loạt các kỹ thuật như: lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu…
Biến đổi ảnh:

ện

2.1.1.4

đi

Khôi phục ảnh nhằm loại bỏ các suy giảm trong ảnh.
Trong xử lý ảnh do số điểm ảnh lớn các tính tốn nhiều (độ phức tạp tính tốn

-đ

cao) địi hỏi dung lượng bộ nhớ lớn, thời gian tính toán lâu. Các phương pháp khoa

iệ

học kinh điển áp dụng cho xử lý ảnh hầu hết khó khả thi. Người ta sử dụng các phép

n

toán tương đương hoặc biến đổi sang miền xử lý khác để dễ tính tốn. Sau khi xử lý
dễ dàng hơn được thực hiện, dùng biến đổi ngược để đưa về miền xác định ban đầu,

tử

các biến đổi thường gặp trong xử lý ảnh gồm:
 Biến đổi Fourier, Cosin, Sin

 Biến đổi (mô tả) ảnh bằng tích chập, tích Kronecker
 Các biến đổi khác như KL (Karhumen Loeve), Hadamard
2.1.1.5 Phân tích ảnh:
Phân tích ảnh liên quan đến việc xác định các độ đo định lượng của ảnh để đưa
ra một mô tả đầy đủ về ảnh. Một số kỹ thuật hay dùng là dò biên, dán nhãn vùng
liên thông, phân vùng ảnh…
2.1.1.6 Nhận dạng ảnh:

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 18


Nhận dạng là q trình liên quan đến các mơ tả đối tượng mà người ta muốn
đặc tả nó. Quá trình nhận dạng thường đi sau q trình trích chọn các đặc tính chủ
yếu của đối tượng. Có hai kiểu mô tả đối tượng:
 Mô tả tham số (Nhận dạng theo tham số)
 Mô tả theo cấu trúc (Nhận dạng theo cấu trúc)
Trên thực tế, người ta đã áp dụng kỹ thuật này để nhận dạng khá thành công
nhiều đối tượng khác nhau như: nhận dạng vân tay, nhân dạng chữ (chữ cái, chữ sỗ
có dấu…).
2.2 Thu nhận ảnh:
2.2.1 Các thiết bị thu nhận ảnh:
Hai thành phần cho công đoạn này là linh kiện nhạy với phổ năng lượng điện

Đ

ồ

từ trường, loại thứ nhất tạo tín hiệu điện ở đầu ra tỷ lệ với mức năng lượng mà bộ
2.2.1.1

án

cảm biến (đại diện là camera); loại thứ hai là bộ số hố.
Lý thuyết về camera:

n

iệ

-đ

ện

đi
Hình 2.2.1.1: Hình ảnh CCD camera

tử

Tổng qt có hai kiểu camera: kiểu camera dùng đèn chân khơng và kiểu
camera chỉ dùng bán dẫn. Đặc biệt là trong lĩnh vực này, camera bán dẫn thường
hay được dùng hơn camera đèn chân không. Camera bán dẫn cũng được gọi là CCD
camera do dùng các thanh ghi dịch đặc biệt gọi là thiết bị gộp (Charge-Coupled
Devices- CCDs). Các CCD này chuyển các tín hiệu ảnh sang từ bộ cảm nhận ánh sáng
bổ trợ ở phía trước camera thành các tín hiệu điện mà sau đó được mã hóa thành
tín hiệu TV. Loại camera chất lượng cao cho tín hiệu ít nhiễu và có độ nhậy cao với
ánh sáng. Khi chọn camera cần chú ý đến các thấu kính từ 18 đến 108 mm.
Sau đây là danh sách các nhà sản xuất:

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 19


- Pulnix America Inc, 770 Lucerne Drive, Sunnyvale, CA 84086. Tel. 408-7731550; fax 408-737-2966.
- Sony Corp. of America, Component Products Co., 10833 Valley View St., Cypress,
CA 90630. Fax 714-737-4285.
- Parasonic, industrial camera division: 201-329-6674.

- JVC Professional: 1-800-JVC-5825.
2.2.1.2 Bộ cảm biến ảnh:
Máy chụp ảnh, camera có thể ghi lại hình ảnh (phim trong máy chụp, vidicon
trong camera truyền hình). Có nhiều loại máy cảm biến (Sensor) làm việc với ánh
sáng nhìn thấy và hồng ngoại như: Micro Densitometers, Image Dissector, Camera

Đ

Divicon, linh kiện quang điện bằng bán dẫn. Các loại cảm biến bằng chụp ảnh phải

ồ

số hoá là phim âm bản hoặc chụp ảnh. Camera divicon và linh kiện bán dẫn quang

án

điện có thể cho ảnh ghi trên băng từ có thể số hoá. Trong Micro Densitometer phim

đi

và ảnh chụp được gắn trên mặt phẳng hoặc cuốn quang trống. Việc quét ảnh thơng

ện

qua tia sáng (ví dụ tia Laser) trên ảnh đồng thời dịch chuyển mặt phim hoặc quang
trống tương đối theo tia sáng. Trường hợp dùng phim, tia sáng đi qua phim.

iệ

a) Thiết bị nhận ảnh:

-đ

Bây giờ chúng ta đề cập đến tất cả các khối trong hệ thống:

n

Chức năng của thiết bị này là số hóa một băng tần số cơ bản của tớn hiệu
truyền hình cung cấp từ một camera, hoặc từ một đầu máy VCR. Ảnh số sau đó được

tử

lưu trữ trong bộ đệm chính. Bộ đệm này có khả năng được địa chỉ hóa (nhờ một PC)
đến từng điểm bằng phần mềm. Thông thường thiết bị này có nhiều chương trình
con điều khiển để có thể lập trình được thơng qua ngơn ngữ C. Khi mua một thiết
cần chú ý cácc điểm sau:
 Thiết bị có khả năng số hóa ảnh ít nhất 8 bit (256 mức xỏm) và ảnh thu được
phải có kích thước ít nhất là 512×512 điểm hoặc hơn.
 Thiết bị phải chứa một bộ đệm ảnh để lưu trữ một hoặc nhiều ảnh có độ phân
giải 512×512 điểm ảnh.
 Thiết bị phải được kèm một bộ đầy đủ thư viện các chương trình con có khả
năng giao diện với các chương trình C viết bằng Turbo C hoặc Microsoft C.
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 20


 Sổ tay hướng dẫn sử dụng phải được kèm theo, gồm cả dạng chứa trên đĩa và
khi in.

 Một số thiết bị cho phép tuỳ chọn sử dụng cả hai chế độ văn bản và đồ hoạ trên
cùng một màn hình hoặc hai màn hình riêng biệt. Mặc dù chi tiết này là khơng cần
thiết, nhưng nó sẽ rất có giá trị trong trường hợp bị giới hạn về khơng gian lắp đặt
hoặc khả năng tài chính.

b)Màn hình video:

ồ

Đ
án
ện

đi
Hình 2.2.1.2b: Hình ảnh màn hình video

-đ

Một số nhà sản xuất (như Sony) sản xuất các loại màn hình đen trắng chất

iệ

lượng cao. Nên sử dụng loại màn hình chất lượng cao, vì màn hình chất lượng thấp

n

có thể làm bạn nhầm lẫn kết quả. Một màn hình 9 inch là đủ cho yêu cầu làm việc.
c) Máy tính:

tử

Để hiển thị ảnh màu, nên dùng một màn hình đa hệ.

Hình 2.2.1.2c: Hình ảnh máy tính

SVTH: Hồ Xn Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 21


Cần có một máy tính Pentium 4 hoặc cấu hình cao hơn. Để chắc chắn, các máy
này phải có sẵn các khe cắm cho phần xử lý ảnh. Các chương trình thiết kế và lọc
ảnh có thể chạy trên bất kỳ hệ thống nào. Các chương trình con hiển thị ảnh dựng vỉ
mạch VGA và có sẵn trên đĩa kèm theo. Các chương trình con hiển thị ảnh cũng hỗ
trợ cho hầu hết các vỉ mạch SVGA.
Kết quả nhận dạng được lưu dưới dạng chuỗi các ký tự (character string)
được đưa vào chương trình quản lý cơ sở dữ liệu biển số xe máy. Tại đây cán bộ
trông xe sẽ tiến hành các thao tác nghiệp vụ như: in vé xe, thu tiền, lưu vào cơ sở dữ
liệu. Tuỳ
thuộc vào kết quả xử lý của chương trình quản lý hệ thống Barrier sẽ được tiến
hành đóng mở tương ứng.

Đ

2.2.2 Hệ tọa độ màu:

ồ

2.2.2.1

Khái niệm:

án

Tổ chức quốc tế về chuẩn hóa màu CIE (Commission Internationale

đi

d’Eclairage) đưa ra một số chuẩn để biểu diễn màu. Các hệ này có các chuẩn riêng.

ện

Hệ chuẩn màu CIE-RGB dùng 3 màu cơ bản R, G, B và ký hiệu ¿CIE để phân biệt với
các chuẩn khác. Như đã nêu trên, một màu là tổ hợp của các màu cơ bản theo một

-đ

tỷ lệ nào đó. Như vậy, mỗi pixel ảnh màu ký hiệu P x, được viết:

iệ

P x =[¿ ,¿, blu e ]T (T: ký hiệu chuyển vị)

n

Người ta dùng hệ tọa độ ba màu R-G-B (tương ứng với hệ tọa độ x-y-z) để biểu

tử

diễn màu như sau:
Z

Y

X
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 22


Hình 2.22.1: Hệ tọa độ RGB
Trong cách biểu diễn này ta có cơng thức:
đỏ + lục + lơ =1
Cơng thức này gọi là cơng thức Maxwell. Trong hình trên, tam giác tạo bởi ba
đường đứt đoạn gọi là tam giác Maxwell. Màu trắng trong hệ tọa độ này được tính
bởi:
trắng CIE=(đỏ CIE+lục CIE +lơ CIE ) = 1

ồ

Đ
án
n

iệ

-đ

ện

đi
tử

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 23


2.2.2.2

Biến đổi hệ tọa độ màu:

Hệ tọa độ màu do CIE đề xuất có tác dụng như một hệ quy chiếu và không biểu
diễn hết các màu. Trên thực tế, phụ thuộc vào các ứng dụng khác nhau người ta
đưa ra các hệ biểu diễn màu khác nhau. Thí dụ:
Hệ NTSC: dùng 3 màu R, G, B áp dụng cho màn hình màu, ký hiệu ¿ NTSC .
Hệ CMY (Cyan Magenta Yellow): thường dùng cho in ảnh màu.
Hệ YIQ: cho truyền hình màu.
Việc chuyển đổi giữa các khơng gian biểu diễn màu được thực hiện theo
nguyên tắc sau: Nếu gọi X là không gian biểu diễn các màu ban đầu; X’ không gian
biểu diễn màu mới A là ma trận biểu diễn phép biến đổi. Ta có quan hệ sau:

Đ

X’ = A.X

ồ

2.2.3 Lấy mẫu và lượng tử hóa:

án

2.2.3.1 Giới thiệu:

Một ảnh g(x, y) ghi được từ Camera là ảnh liên tục tạo nên mặt phẳng hai

đi

chiều. Ảnh cần chuyển sang dạng thích hợp để xử lí bằng máy tính. Phương pháp

ện

biến đổi một ảnh (hay một hàm) liên tục trong không gian cũng như theo giá trị
thành dạng số rời rạc được gọi là số hoá ảnh. Việc biến đổi này có thể gồm hai

-đ

bước:

iệ

Bước 1: Đo giá trị trên các khoảng không gian gọi là lấy mẫu

n

Bước 2: Ánh xạ cường độ (hoặc giá trị) đo được thành một số hữu hạn các mức

tử

rời rạc gọi là lượng tử hố.
2.2.3.2 Lấy Mẫu:

Lấy mẫu là một q trình, qua đó ảnh được tạo nên trên một vùng có tính liên
tục được chuyển thành các giá trị rời rạc theo tọa độ nguyên. Quá trình này gồm 2
lựa chọn:
- Một là: khoảng lấy mẫu.
- Hai là: cách thể hiện dạng mẫu.
Lựa chọn thứ nhất được đảm bảo nhờ lý thuyết lấy mẫu của Shannon. Lựa chọn thứ
hai liên quan đến độ đo (Metric) được dùng trong miền rời rạc.
a) Khoảng lấy mẫu (Sampling Interval):

SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 24


Ảnh lấy mẫu có thể được mơ tả như việc lựa chọn một tập các vị trí lấy mẫu
trong khơng gian hai chiều liên tục. Đầu tiên mô tả qua quá trình lấy mẫu một chiều
với việc sử dụng hàm delta:

Tiếp theo chúng ta định nghĩa hàm răng lược với các khoảng Δx như sau:

Đ

với r là số nguyên, Δx : khoảng lấy mẫu

ồ

Như vậy, hàm răng lược là chuỗi các xung răng lược từ (-∞ đến +∞). Giả sử hàm

án

một chiều g(x) được mô tả (gần đúng) bằng g(r Δx ) tức là:
g(x)≈g(rΔx)

-đ

ện

đi

Khi đó tín hiệu lấy mẫu được mơ hình hố:

Trong thực tế, r khơng thể tính được trong khoảng vô hạn (từ − ∞ đến +∞) mà

iệ

là một số lượng NΔx mẫu lớn cụ thể. Như vậy, để đơn giản có thể nói hàm liên tục

n

g(x) có thể biểu diễn trên một miền với độ dài NΔx mẫu thành chuỗi như sau:

tử

Điều kiện khôi phục ảnh lấy mẫu về ảnh thật được phát biểu từ định lý lẫy mẫu của

Shannon.
b) Định lý lấy mẫu Shannon:
Giả sử g(x) là một hàm giới hạn giải (Band Limited Function) và biến đổi
Fourier của nó là G(ω ¿¿ x)¿=0 đối với các giá trị ω x >W x . Khi đó g(x) có thể được
khơi phục lại từ các mẫu được tạo tại các khoảng Δx đều đặn. Tức là
1

Δx≤ 2 ωx
Định lý lẫy mẫu của Shannon có thể mở rộng cho không gian hai chiều. Hàm
răng lược hai chiều khi đó được xác định:
SVTH: Hồ Xuân Hiền
Lớp: KT ĐT-TT K37A

Page 25