Phân tích Thống kê của Ảnh số doc

Chương Phân tích Thống kê Ảnh số Hồ Đình Duẩn Nội dung chương Khái niệm ảnh số Các tham số thống kê chiều ảnh Các phép biến đổi histogram Các tham số thống kê nhiều chiều Matrận hiệp phương sai phương pháp PCA Biểu diễn ảnh số Pixel (Picture Element): điểm ảnh, mang giá trị số f(x,y) x,y: số nguyên, vị trí pixel f: độ sáng (độ xám, brightness) PIXEL X, Column Pixel No CONTINUOUS IMAGE Analog Image Y, Line Width Digital Image Height Pixel Giá trị Pixel Ảnh đa phổ (đa kênh) Multi Channel Image Color Image: kênh cho màu R,G,B Landsat TM Channel Band Band Band Band2 Band or Channel Bit hệ Nhị phân (Binary System) Độ sáng pixel biểu diễn số bit Nếu dùng k bit cho pixel, có thảy 2k cấp độ sáng từ đến k -1 Ví dụ: dùng bit bit map graylevel bit2 bit1 bit0 0 0 1 0 1 graylevel bitmap bit2 1 1 bit1 0 1 bit0 1 Lấy mẫu (Sampling) & Lượng hóa (Quantization) Đó q trình số hóa ảnh thực (liên tục) thành ảnh số (rời rạc) (Analog to Digital) (1)Sampling (2)Quantization: : Chọn lưới ô vuông (grid) để biểu diễn ảnh xác định phép tương ứng từ độ sáng ảnh qua cấp độ sáng (grey level) Sampling Định lý Shannon lấy mẫu “Thông tin không bị ảnh lấy mẫu theo chu kỳ nghịch đảo tần số tín hiệu ngun thủy” Các phương pháp khác Ngịai ra, cịn có số phuơng pháp khác Khỏang cách Mahalanobis Ánh xạ góc phổ (Spectral Angle Mapper) Mạng nơron (Neural network) Phân lớp theo cấu trúc bề mặt (texture) Các phương pháp khác giải thuật phân lớp, hàm định Phần B: Phân lớp không giám sát Dùng trường hợp thông tin lớp phủ không đầy đủ, chí khơng có Các giải thuật sử dụng có tên chung clustering Trong giải thuật clustering, lớp kết khơng biết trước, số lớp trước Thuật tóan k-trung bình (k-means) Giả thiết số lớp k Đầu tiên, chọn k vectơ làm tâm (mean) cho k lớp khởi đầu Một vectơ pixel thuộc lớp mà khỏang cách (Euclide, chẳng hạn) từ đến tâm lớp nhỏ (thực với tất vecto lần lặp) Tính lại tâm lớp Nếu tất tâm giữ ngun, thuật tóan dừng; khơng quay lại bước Thuật tóan k-means Số lớp = Số lần lặp = K-means Sau phân lớp k-means, lớp cần phải xem xét Lớp có q phần tử : bỏ Hai lớp có đặc trưng gần giống nhau: hợp chúng lại Một lớp lớn: chia nhỏ (bằng cách trước số standard deviation cho kênh phổ) Các tham số thuật tóan Số lớp: người dùng định trước số lớp mà thuật tóan phải tạo Số lần lặp: số lần nhiều phân họach “chỉnh” hơn, tốn thời gian (cần phải dung hòa) Ngưỡng thay đổi lớp (change threshold, thường tính %): ngưỡng mà sau lần lặp đó, số phần trăm pixel thay đổi tất lớp khơng vượt q, ngừng q trình lặp Ví dụ phân lớp k-means ảnh gốc K-mean (số lần lặp = 1) Ví dụ phân lớp k-means (tt) K-mean (số lần lặp = 3) K-mean (số lần lặp = ràng buộc std) Thuật tóan ISODATA Khá mềm dẻo, tự nhiên, không cần cố định số lớp Phân họach ban đầu có pixel lớp Liên tiếp nhập lại, tách lớp cách so sánh khỏang cách tâm ngưỡng cho trước Quá trình dừng phân họach thỏa mãn tiêu chí đặt Minh họa giải thuật ISODATA Các tham số thuật tóan Số lần lặp Ngưỡng thay đổi lớp (change threshold, thường tính Và số tham số khác số pixel tối thiểu lớp, khỏang cách tối thiểu lớp (option) Ví dụ phân lớp ISODATA Nhận xét phân lớp không giám sát Phân lớp không giám sát dùng phương tiện để sơ tìm hiểu chia lớp vùng khảo s át Phân lớp khơng giám sát cịn có ứng dụng nhận dạng khơng có training Đánh giá sai số phép phân lớp Người ta dùng confusion matrix (còn gọi error matrix) để đánh giá confusion matrix dựa vào liệu tham chiếu (ground truth, referenced data) kết hợp với ảnh phân lớp để lập matrận Các cột matrận thể liệu tham chiếu, hàng thể phép phân lớp áp dụng vào liệu để tính tóan sai số Đánh giá sai số phép phân lớp Các tiêu đọc từ confusion matrix Overall error Kappa coefficient Omission error Commission error ... niệm ảnh số Các tham số thống kê chiều ảnh Các phép biến đổi histogram Các tham số thống kê nhiều chiều Matrận hiệp phương sai phương pháp PCA Biểu diễn ảnh số Pixel (Picture Element): điểm ảnh, ... phép tính số học Output 12 254 255 255 255 Hardware or 1-dim Array in Program Một ví dụ dùng Look Up Table Các tham số thống kê chiều ảnh số Ngòai Histogram, ảnh số cịn có tham số thống kê sau Min,... equalization N = số pixel ; L = số lượng cấp độ sáng a) Tính biểu đồ xám tích lũy (cummulative histogram) ảnh gốc b) Chia biểu đồ xám tích lũy cho hệ số L-1 / N làm tròn số c) Với giá trị độ sáng ảnh gốc,