Chương 4. Phát hiện biên và phân vùng ảnh

Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Giảng viên TS Phạm Việt Hà Email phamviethagmail com ĐT CQ (04) 37544486 Địa chỉ CQ 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 1 Chương 4 Phát hiện biên và phân vùng ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2 4 1 Biên và kỹ thuật phát hiện biên 4 1 1 Phương pháp phát hiện biên trực tiếp 4 1 2 Phương pháp phát hiện biên gián tiếp 4 2 Phân vùng ảnh và phương pháp phân vùng ảnh 4 2 1 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 4 2.

Xử lý tín hiệu mã hóa (Master program) Giảng viên: TS Phạm Việt Hà Email: phamvietha@gmail.com ĐT CQ: (04).37544486 Địa CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Chương Phát biên phân vùng ảnh 4.1 Biên kỹ thuật phát biên 4.1.1 Phương pháp phát biên trực tiếp 4.1.2 Phương pháp phát biên gián tiếp 4.2 Phân vùng ảnh phương pháp phân vùng ảnh 4.2.1 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 4.2.2 Phương pháp phân vùng ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1 Biên kỹ thuật phát biên Biên vấn đề quan trọng trích chọn đặc điểm nhằm tiến tới hiểu ảnh Cho đến chưa có định nghĩa xác biên Trong ứng dụng người ta đưa độ đo khác biên Một có độ đo độ đo thay đổi đột ngột cấp xám Một số khái niệm bản:  Điểm biên: Một điểm ảnh coi điểm biên có thay đổi nhanh đột ngột mức xám (hoặc màu) Ví dụ ảnh đen trắng, điểm gọi điểm biên điểm đen có điểm trắng nằm bên cạnh  Đường biên (đường bao): Tập hợp điểm biên liên tiếp tạo thành đường biên hay đường bao Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1 Biên kỹ thuật phát biên  Ý nghĩa đường biên xử lý ảnh:  Đường biên loại đặc trưng cục tiêu biểu phân tích, nhận dạng ảnh  Thứ hai, người ta sử dụng biên làm phân cách vùng xám (màu) cách biệt Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1 Biên kỹ thuật phát biên  Phân loại kỹ thuật phát biên:  Phương pháp phát biên trực tiếp: Phương pháp nhằm làm đường biên dựa vào biến thiên giá trị độ sáng (mức xám) điểm ảnh Kỹ thuật chủ yếu dùng kỹ thuật đạo hàm Nếu lấy đạo hàm bậc ảnh ta có phương pháp Gradient, lấy đạo hàm bậc hai ta có kỹ thuật Laplace  Phương pháp gián tiếp: Nếu cách ta phân ảnh thành vùng ảnh đường phân ranh vùng biên Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1 Biên kỹ thuật phát biên  Quy trình phát biên:  B1 Khử nhiễu ảnh Vì ảnh thu nhận thường có nhiễu, nên bước phải khử nhiễu việc khử nhiễu thực kỹ thuật khử nhiễu khác B2 Làm biên Tiếp theo làm biên toán tử đạo hàm B3 Định vị điểm biên Vì kỹ thuật làm biên có hiệu ứng phụ tăng nhiễu, có số điểm biên giả cần loại bỏ B4 Liên kết trích chọn biên Như nói, phát biên phân vùng ảnh tốn đối ngẫu Vì phát biên thơng qua việc phân vùng ảnh ngược lại Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1 Biên kỹ thuật phát biên  So sánh phương pháp xác định biên ảnh trực tiếp gián tiếp:  Phương pháp phát biên trực tiếp: Hiệu chịu ảnh hưởng nhiễu Ảnh có biến thiên độ sáng khơng đột ngột phương pháp tỏ hiệu Kết phương pháp đường biên  Phương pháp phát biên gián tiếp: Khó cài đặt sử dụng Ảnh có biến thiên độ sáng khơng đột ngột phương pháp áp dụng tốt Kết phương pháp ảnh biên Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1.1 Phương pháp phát biên trực tiếp 4.1.1.1 Phương pháp Gradient Phương pháp gradient phương pháp dò biên cục dựa vào giá trị cực đại đạo hàm Gradient vector cho thấy tốc độ thay đổi giá trị độ chói điểm ảnh theo hướng định dx dy khoảng cách điểm theo hướng x y Trên thực tế thường dùng dx=1, dy=1 Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1.1.1 Phương pháp Gradient Nhận xét: Tuy nói lấy đạo hàm thực chất mô xấp xỉ đạo hàm kỹ thuật nhân chập ảnh số tín hiệu rời rạc nên đạo hàm khơng tồn Khi ảnh số biểu diễn ma trận điểm ảnh phân bố theo dòng cột, gradient rời rạc theo hướng x là: Mặt nạ nhân chập theo hướng x Hx = Gradient theo hướng y là: Mặt nạ nhân chập theo hướng y Hy = Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4.1.1.1 Phương pháp Gradient  Ví dụ: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 10 4.1.2 Phương pháp phát biên gián tiếp Phương pháp khớp nối lỏng : Khái niệm láng giềng láng giềng Với điểm P bao phủ xung quanh điểm: P0, P1, …P8 Láng giềng P gồm điểm: P0, P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 Láng giềng P gồm điểm: P0, P2, P4, P6 Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 27 4.1.2 Phương pháp phát biên gián tiếp Phương pháp khớp nối lỏng :  Xét điểm p q điểm láng giềng  I(p), I(q): Giá trị mức xám điểm p q  Nếu coi có cặp biên (p, q) Ví dụ: Cho ma trận ảnh chọn θ =2 ta có Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 28 4.2 Phân vùng ảnh phương pháp phân vùng ảnh Có thể hiểu phân vùng tiến trình chia ảnh thành nhiều vùng, vùng chứa đối tượng hay nhóm đối tượng tính chất mức xám, màu hay độ nhám… Dựa vào đặc tính vật lý ảnh, người ta có nhiều kiểu phân vùng phân vùng đựa vào vùng đồng hay vùng liền kề, phân vùng ảnh dựa vào biên độ…  Không có kỹ thuật phân đoạn vạn năng, theo nghĩa áp dụng cho loại ảnh  Khơng có kỹ thuật phân đoạn hồn hảo Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 29 4.2 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ Kỹ thuật lấy ngưỡng Kỹ thuật dựa ý tưởng đơn giản Một tham số θ, gọi ngưỡng độ sáng, chọn để áp dụng cho ảnh a[m,n] theo cách sau: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 30 4.2 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 4.2.1.1 Ngưỡng cố định: Sử dụng lược đồ xám để xác định Nếu lược đồ xám có dạng rắn lượn, có nhiều đỉnh khe sử dụng khe làm ngưỡng phân vùng 4.2.1.2 Ngưỡng dựa lược đồ: Tính tốn để xác định ngưỡng Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 31 4.2 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 4.2.1.2 Ngưỡng dựa lược đồ Thuật toán đẳng liệu  Chia lược đồ thành đoạn giá trị ngưỡng khởi động   B  ,tức phần nửa thang độ xám động ảnh  Sau tính tốn độ sáng trung bình vùng:  m f,0 điểm ảnh thuộc đối tượng  mb,0 điểm ảnh  Tính giá trị ngưỡng  Q trình tiếp tục với ngưỡng giá trị ngưỡng không thay đổi dừng lại Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 32 4.2.2 Phân vùng tách tứ phân Thuật toán tạo nên mà nút cha có nút mức trừ mức ngồi Cây cho ta hình ảnh rõ nét cấu trúc phân cấp vùng tương ứng với tiêu chuẩn  Một vùng thỏa chuẩn tạo nên nút lá, khơng tạo nên nút có nút tương ứng với việc chia làm vùng  Ta tiếp tục phân xong Các nút biểu diễn số vùng phân Với ngưỡng θ cho trước, vùng phải thỏa điều kiện: Độ lệch chuẩn σ < θ  Hoặc Max, Min giá trị lớn nhỏ mức xám vùng cần chia  Giá trị điểm ảnh vùng cách lấy trung bình giá trị vùng Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 33 4.2.2 Phân vùng tách tứ phân Ví dụ: Cho ảnh S(m, n) , phân vùng theo tiêu chí: ngưỡng θ= Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 34 4.2.2 Phân vùng tách tứ phân Ví dụ: Cho ảnh S(m, n) , phân vùng theo tiêu chí: ngưỡng θ= Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 35 4.2.3 Phân vùng nối hợp (tổng hợp) Ý tưởng phương pháp xem xét ảnh từ miền nhỏ hợp chúng lại thỏa tiêu chuẩn để miền đồng lớn  Ta lại tiếp tục với miền thu hợp Số miền lại cho ta kết phân đoạn Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 36 4.2.3 Phân vùng tổng hợp Phương pháp hợp vùng thực sau:  Giả sử có vùng ω ω’  Ta xác định cặp điểm láng giềng (p, q) cho p ω q  ω’  Xác định  Trong I(p), I(q) giá trị mức xám điểm p q, θ1 giá trị ngưỡng cho trước Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 37 4.2.3 Phân vùng tổng hợp Phương pháp hợp vùng thực sau:  Gọi b(ω) b(ω’) số điểm biên vùng ω ω’  Xét hàm khả hợp vùng: Nếu hợp vùng ω ω’ thành vùng Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 38 4.2.3 Phân vùng tổng hợp Ví dụ  Xét khả hợp vùng ảnh sau, θ1 =3, θ =0.6 Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 39 4.2.3 Phân vùng tổng hợp Ví dụ  Gọi A, B, C, D, E vùng chứa mức xám 1, 2, 4, 6,  Ta có bảng 1, đếm số điểm biên vùng tính tốn giá trị Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 40 4.2.3 Phân vùng tổng hợp Ví dụ  Xác định hợp vùng Bảng Kết luận: • Có thể hợp vùng D E 11/10 >θ2 • Có thể hợp vùng B C 4/6 >θ2 Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 41 .. .Chương Phát biên phân vùng ảnh 4.1 Biên kỹ thuật phát biên 4.1 .1 Phương pháp phát biên trực tiếp 4.1 .2 Phương pháp phát biên gián tiếp 4.2 Phân vùng ảnh phương pháp phân vùng ảnh 4.2 .1 Phân vùng. .. vật lý ảnh, người ta có nhiều kiểu phân vùng phân vùng đựa vào vùng đồng hay vùng liền kề, phân vùng ảnh dựa vào biên độ…  Khơng có kỹ thuật phân đoạn vạn năng, theo nghĩa áp dụng cho loại ảnh. .. điện 28 4.2 Phân vùng ảnh phương pháp phân vùng ảnh Có thể hiểu phân vùng tiến trình chia ảnh thành nhiều vùng, vùng chứa đối tượng hay nhóm đối tượng tính chất mức xám, màu hay độ nhám… Dựa vào