ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN Xử lý ảnh (Digital Image Processing)

KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN Xử lý ảnh (Digital Image Processing) Thông tin giáo viên TT Họ tên giáo viên Đào Thanh Tĩnh Hà Đại Dương Học hàm Học vị Đơn vị công tác (Bộ môn) PGS GVC Tiến sỹ Thạc sỹ Hệ thống thông tin Hệ thống thông tin - Thời gian, địa điểm làm việc: Các ngày tuần phòng làm việc môn A1505 - Địa liên hệ: Bộ môn Hệ thống Thông tin, Khoa Công nghệ Thông tin, - Điện thoại: 069 515 333, Email: tinhdt@mta.edu.vn, duonghadai@yahoo.com - Các hướng nghiên cứu chính: Thị giác máy, xử lý ảnh, tính tốn mềm Thơng tin chung học phần - Tên học phần: Xử lý ảnh - Mã học phần: 12367151 - Số tín chỉ: 03 - Cấu trúc học phần: 60 tiết (30 lý thuyết, tập, thảo luận, 15 thực hành) - Học phần bắt buộc - Các học phần tiên quyết: Kỹ thuật lập trình - Các yêu cầu học phần Nghe giảng lớp Nghiên cứu tài liệu nhà Tích cực tham gia thảo luận - Giờ tín hoạt động:  Nghe giảng lý thuyết: 30 tiết  Làm tập lớp: tiết  Thảo luận: tiết  Thực hành, thực tập (ở PTN, nhà máy, thực tập ): 17 tiết  Hoạt động theo nhóm:  Tự học: 60 tiết - Khoa/Bộ môn phụ trách học phần, địa chỉ: Bộ môn Hệ thống Thông tin, Khoa Công nghệ Thông tin, Học viện Kỹ thuật Quân Mục tiêu học phần - Kiến thức: Khái niệm ảnh số, xử lý ảnh số cơng cụ máy tính Các lĩnh vực ứng dụng xử lý ảnh Trang bị mơ hình, thuật tốn, bước thành phần để xây dựng, phát triển hệ thống dựa kỹ thuật xử lý ảnh - Kỹ năng: Mô hình hóa tốn ứng dụng, lập trình xử lý toán với phép xử lý biến đổi - Thái độ, chuyên cần: Chú ý, tập trung nghe giảng lớp; tích cực thời gian tự học thực hành phịng máy Tóm tắt nội dung - Tổng quan ảnh số xử lý ảnh số cơng cụ máy tính; lịch sử phát triển, hướng ứng dụng xử lý ảnh; thành phần hệ thống xử lý ảnh; bước kiến thức chung mối quan hệ điểm ảnh, khái niệm vùng, biên, đối tượng ảnh - Các phép biến đổi mức xám, phép lọc không gian nhằm nâng cao chất lượng ảnh cho quan sát mắt người cho nhận thức máy tính; khái niệm lược đồ xám phép biến đổi nâng cao chất lượng ảnh dựa xử lý lược đồ xám - Các phương pháp nén dựa đặc trưng riêng biệt liệu ảnh; phương pháp nensn bảo toàn: nén Huffman, nén RLC, nén LZW, nén số học, nén theo mặt phẳng bit; phương pháp nén chấp nhận mát thông tin: nén JPEG - Các phép biến đổi hình thái, thuật tốn biến đổi dự phép biến đổi hình thái với ảnh nhị phân, ảnh xám - Phân đoạn đối tượng dựa không liên tục mức xám: phân đoạn điểm, đường, cạnh; phân đoạn dựa tương tự mức xám điểm ảnh: phân ngưỡng, dựa khái niệm vùng; kỹ thuật phân đoạn khác dựa theo đường phân nước, dựa phân cụm - Thực hành thác đọc/mở file ảnh, biến đổi xử lý ảnh Nội dung chi tiết học phần Chƣơng, mục, tiểu mục Chƣơng 1.1 Số tiết Nội dung Giới thiệu chung khóa học mơn học Giới thiệu chung khóa học 12 Giáo trình, Tài liệu tham khảo (TT TL mục 6) Ghi 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.11.1 1.11.2 1.11.3 1.12 1.12.1 1.12.2 1.12.3 1.12.4 1.12.5 Chƣơng 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.3 Xử lý ảnh số gì? Lịch sử phát triển Các lĩnh vực ứng dụng xử lý ảnh số Các bước hệ thống xử lý ảnh Các thành phần bản/cần có hệ thống xử lý ảnh Thu nhận biểu diễn ảnh số Những quan hệ điểm ảnh Các phép toán toán điểm ảnh Mơ hình màu Thảo luận - Xác định toán ứng dụng Phát toán ứng dụng Mơ tả tốn ứng dụng Ảnh màu, ảnh xám chuyển đổi ảnh màu thành ảnh xám Thực hành 1: Lập trình xử lý ảnh mơi trường Windows Tổ chức chương trình Đọc lưu trữ ảnh Hiển thị ảnh gốc ảnh kết Biến đổi ảnh màu thành ảnh xám Tự thực hành Biến đổi mức xám lọc không gian Những khái niệm Các phép biến đổi mức xám c.bản Biến đổi âm Biến đổi hàm log Biến đổi dạng hàm mũ Biến đổi tuyến tính đoạn Cắt theo mức Cắt theo mặt phẳng bit Xử lý lược đồ xám 3 12 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.8 2.9 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 2.10 Chƣơng 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 Giới thiệu Khái niệm Cân lược đồ xám Khớp lược đồ xám Xử lý lược đồ xám cục Các phép biến đổi số học logic Các phép tốn logic Trừ ảnh Ảnh trung bình Cơ lọc ảnh Lọc làm mịn (trơn) ảnh Lọc trung bình Lọc trung vị Lọc min/max Lọc điều hòa/phi điều hòa Lọc làm nét ảnh Một số vấn đề sở Sử dụng toán tử Laplace Sử dụng toán tử Gradient Kết hợp lọc để nâng cao chất lượng ảnh Thực hành 2: Thử nghiệm phép biến đổi mức xám lọc Nhắc lại kiến thức Biến đổi âm Tính hiển thị lược đồ xám Tự thực hành Bài tập lớp Biến đổi hình thái Một số vấn đề sở Nhắc lại lý thuyết tập hợp Các phép logic ảnh nhị phân Các phép Dilation Erosion Phép Dilation Phép Erosion Phép Opening Closing Biến đổi His-or-Miss 4 12 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.7 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.8 Chƣơng 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 Chƣơng 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 Các thuật toán biến đổi hình thái Trích chọn biên Tơ màu vùng Trích chọn t.phần liên thông Tập lồi Hull Làm mảnh biên Làm dày biên Xương hóa Mở rộng cho ảnh xám Phép Dilation Phép Erosion Phép Opening Closing Thực hành 3: Thử nghiệm phép tốn hình thái Nhắc lại kiến thức Thử nghiệm phép Dilation Thử nghiệm phép Erosion Tự thực hành Bài tập lớp Nén ảnh Giới thiệu Một số vấn đề sở Phương pháp mã Huffman Phương pháp mã số học Phương pháp LZW Phương pháp RLC Phương pháp Symbol-Based Mã mặt phẳng bit Nén dạng JPEG Bài tập Phân đoạn ảnh Giới thiệu Phát đối tượng có mức xám gián đoạn Phát điểm Phát đường Phát cạnh 16 5.2.4 5.2.5 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5 5.5.1 5.5.2 5.6 5.7 5.8 5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 5.9.4 5.10 Nối biên dựa xử lý cục Nối biên dựa biến đổi Hough Phân ngưỡng Một số vấn đề sở Ảnh hưởng việc chiếu sáng Thuật tốn tìm ngưỡng tồn cục Thuật tốn tìm ngưỡng thích nghi Thuật tốn tìm ngưỡng tối ưu Otsu Lọc nhiễu phân ngưỡng Phân nhiều ngưỡng Phân đoạn theo vùng Một số vấn đề sở Thuật toán Region Growing Thuật toán Region Spliting& Merging Phân đoạn theo đường phân nước Khái quát Thuật toán Phân đoạn ảnh động Phân đoạn dựa theo phân cụm Kmean Thảo luận 2: Phân đoạn ảnh cho toán nhận dạng biển số xe Phân đoạn ảnh màu Thực hành 4,5: Phân đoạn ảnh Nhắc lại kiến thức Xác định điểm, đường Phân ngưỡng với ngưỡng cố định Phân cụm liệu Bài tập lớp 6 Giáo trình, tài liệu tham khảo TT Tên tài liệu Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, “Nhập môn xử lý ảnh”, NXB KHKT, 2003 Có thư viện x Tình trạng tài liệu Giáo viên Đề nhị Đề nghị có biên soạn mua khoa có Nguyễn Kim Sách, “Xử lý ảnh Video số”, NXB KHKT, 1997; R.C Gonzalez, R E Woods, Digital Image Processing, (2nd Edition), Prentice (ISBN: 0-201-18075-8), 2002 R.C Gonzalez, R E Woods, S L Eddins, Digital Image Processing using Matlab, Pearson Prentice Hall (ISBN: 0–13-008519-7), 2004 x x x Hình thức tổ chức dạy học 7.1 Lịch trình chung: (Ghi tổng số cho cột) Hình thức tổ chức dạy học học phần Lên lớp Tự Thực học, Nội dung Tổng hành, thí tự Lý Bài Thảo nghiệm, nghiê thuyết tập luận thực tập n cứu Chương Giới thiệu chung khóa học mơn học Chương Biến đổi mức xám lọc không gian Chương Biến đổi hình thái 12 12 12 Chương Nén ảnh Chương Phân đoạn ảnh 2 16 30 17 60 Tổng 7.2 Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể: Chương - Giới thiệu chung khóa học, tuần Hình thức Thời Yêu cầu tổ chức dạy gian, địa Nội dung SV chuẩn học điểm bị Lý thuyết tiết Giới thiệu chung khóa học Tìm hiểu Xử lý ảnh số gì? trước nội Lịch sử phát triển dung Các lĩnh vực ứng dụng xử lý ảnh số Các bước hệ Ghi Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi thống xử lý ảnh Các thành phần bản/cần có hệ thống xử lý ảnh Bài tập Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu tiết Phát toán ứng dụng Chương - Giới thiệu chung xử lý ảnh, tuần Hình thức tổ chức dạy học Lý thuyết Thời Yêu cầu gian, địa Nội dung SV chuẩn điểm bị tiết Thu nhận biểu diễn Tìm hiểu ảnh số trước nội Những quan hệ dung điểm ảnh Các phép tốn tốn điểm ảnh Mơ hình màu Ghi Bài tập Thảo luận tiết Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Mơ tả tốn ứng dụng Thực hành - Lập trình xử lý ảnh mơi trường Windows, tuần Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Lý thuyết Bài tập Thảo luận tiết, PM Thực hành, tiết, thí nghiệm, PM thực tập, Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Ảnh màu, ảnh xám chuyển đổi ảnh màu thành ảnh xám Tổ chức chương trình Đọc lưu trữ ảnh Hiển thị ảnh gốc ảnh kết Xử lý biến đổi ảnh màu thành ảnh xám Tự thực hành Tự học, tự nghiên cứu Chương - Biến đổi mức xám lọc không gian, tuần Hình thức Thời Yêu cầu tổ chức dạy gian, địa Nội dung SV chuẩn học điểm bị Lý thuyết tiết Những khái niệm Tìm hiểu Các phép biến đổi mức xám trước nội dung Cắt theo mặt phẳng bit Xử lý lược đồ xám Giới thiệu, Khái niệm Cân lược đồ xám Khớp lược đồ xám Xử lý lược đồ xám cục Bài tập tiết Các phép biến đổi mức xám Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Ghi Chương - Biến đổi mức xám lọc khơng gian (tiếp), tuần Hình thức Thời u cầu tổ chức dạy gian, địa Nội dung SV chuẩn Ghi học điểm bị Lý thuyết tiết Các phép biến đổi số học Chuẩn bị logic trước nội Các phép toán logic dung Trừ ảnh Ảnh trung bình Cơ lọc ảnh Lọc làm mịn (trơn) ảnh Lọc làm nét ảnh Kết hợp Bài tập tiết Lọc không gian Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Thực hành - Thử nghiệm phép biến đổi mức xám lọc, tuần Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa Nội dung học điểm Lý thuyết Bài tập Thảo luận Thực hành, tiết PM Nhắc lại kiến thức Biến đổi âm thí nghiệm, Tính hiển thị lược đồ xám thực tập, Tự thực hành Tự học, tự nghiên cứu Chương - Biến đổi hình thái, tuần 10 Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Hình thức Thời Yêu cầu SV tổ chức dạy gian, địa Nội dung Ghi chuẩn bị học điểm Lý thuyết tiết Một số vấn đề sở Nhắc lại lý thuyết tập hợp Các phép logic ảnh nhị phân Các phép Dilation Erosion Phép Dilation Phép Erosion Phép Opening Closing Biến đổi His-or-Miss Bài tập tiết Thực phép biến đổi ảnh nhị phân Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Chương - Biến đổi hình thái (tiếp), tuần Hình thức Thời Yêu cầu SV tổ chức dạy gian, địa Nội dung Ghi chuẩn bị học điểm Lý thuyết tiết Những thuật tốn biến đổi hình thái Trích chọn biên,Tơ màu vùng Trích chọn thành phần liên thơng Tập lồi Hull,Làm mảnh biên Làm dày biên,Xương hóa Mở rộng cho ảnh xám Phép Dilation,Phép Erosion Phép Opening Closing Bài tập tiết Thực phép biến đổi ảnh xám Thảo luận 11 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Nội dung Yêu cầu SV Ghi chuẩn bị Thực hành - Các phép biến đổi hình thái, tuần Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa Nội dung học điểm Lý thuyết Bài tập Thảo luận Thực hành, tiết Nhắc lại kiến thức Thử nghiệm phép Dilation thí nghiệm, Thử nghiệm phép Erosion thực tập, Tự thực hành Tự học, tự nghiên cứu Yêu cầu SV Ghi chuẩn bị 10 Chương - Nén ảnh, tuần 10 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa Nội dung học điểm Lý thuyết tiết Giới thiệu Một số vấn đề sở Phương pháp mã Huffman Phương pháp mã số học Phương pháp LZW Bài tập tiết Nén Huffman, số học Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, 12 Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Tự học, tự nghiên cứu Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi 11 Chương - Nén ảnh (tiếp), tuần 11 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa Nội dung học điểm Lý thuyết tiết Phương pháp RLC Phương pháp Symbol-Based Mã mặt phẳng bit Nén dạng JPEG Bài tập tiết Nén RLC, JPEG khối Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Yêu cầu SV Ghi chuẩn bị 12 Chương - Phân đoạn ảnh, tuần 12 Hình thức Thời Yêu cầu tổ chức dạy gian, địa Nội dung SV chuẩn Ghi học điểm bị Lý thuyết tiết Giới thiệu Tìm hiểu Phát đối tượng có trước nội mức xám gián đoạn dung Phân ngưỡng Lọc nhiễu phân ngưỡng Phân nhiều ngưỡng Bài tập tiết Phát điểm, đường Tìm ngưỡng Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, 13 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi 13 Thực hành - Phân đoạn ảnh 1, tuần 13 Hình thức tổ chức dạy học Lý thuyết Bài tập Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, thực tập, Thời gian, địa điểm Nội dung 1tiết PM Phân đoạn ảnh cho toán nhận dạng biển số xe 3tiết PM Nhắc lại kiến thức Xác định điểm, đường Phân với ngưỡng cố định Tự thực hành Tự học, tự nghiên cứu 14 Chương - Phân đoạn ảnh (tiếp), tuần 14 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa Nội dung học điểm Lý thuyết tiết Phân đoạn theo vùng Phân đoạn dựa đường phân nước Phân đoạn ảnh động Phân đoạn dựa theo phân cụm K-mean Bài tập tiết Phân đoạn theo vùng Thảo luận Thực hành, thí nghiệm, 14 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm thực tập, Tự học, tự nghiên cứu Nội dung Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi 15 Thực hành - Phân đoạn ảnh 2, tuần 15 Hình thức Thời tổ chức dạy gian, địa học điểm Lý thuyết Bài tập Thảo luận 1tiết PM Thực hành, 3tiết PM thí nghiệm, thực tập, Nội dung Phân đoạn ảnh màu Nhắc lại kiến thức Thử nghiệm phân đoạn dựa đường phân nước Phân đoạn ảnh màu dựa phân cụm K-Mean Tự học, tự nghiên cứu Chính sách học phần yêu cầu khác giáo viên Khuyến kích sinh viên tìm hiểu vấn đề nội dung môn học Phƣơng pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết học tập học phần Phân chia mục tiêu cho hình thức kiểm tra - đánh giá 9.1 Điểm chuyên cần: 10% Mục đích: Nhằm hỗ trợ thúc đẩy việc học tập đầy đủ sinh viên, rèn luyện cho sinh viên ý thức học tập tốt Các kỹ thuật đánh giá: Điểm danh buổi lên lớp Gọi lên bảng làm tập buổi giảng 9.2 Điểm thường xuyên: 20% Mục đích: Nhằm hỗ trợ thúc đẩy việc học tập thường xuyên sinh viên, đồng thời qua có thơng tin phản hồi giúp giảng viên, sinh viên điều chỉnh cách dạy, cách học, thay đổi phương pháp dạy, học cho phù hợp Các kỹ thuật đánh giá: 15 Đọc phần tài liệu hướng dẫn theo phần; Bài tập theo nội dung môn học; Kiểm tra kỳ 9.3 Thi kết thúc học phần: 70% STT Nội dung thi, kiểm tra Theo tồn chương trình mơn học Chủ nhiệm Khoa (Ký ghi rõ họ tên) Lịch thi Lịch kiểm tra Ghi Thi cuối kỳ Theo lịch chung Học viện Thi lại Theo lịch chung Học viên Chủ nhiệm Bộ môn (Ký ghi rõ họ tên) 16 Giảng viên biên soạn (Ký ghi rõ họ tên)