Xử lý ảnh mờ trong matlab

Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Mục lục Lời nói đầu .2 Chương I: Giới thiệu chung Matlab Khái niệm Matlab .3 Hệ thống Matlab 3 Chế độ làm việc 3.1 Làm việc chế độ hội thoại ( command window ) 3.2 Làm việc chế độ viết chương trình .4 Một số khái niệm 4.1 Một số phím chun dụng lệnh thơng dụng 4.2 Câu lệnh biến 4.3 Một số phếp toán Matlab .5 Chương II Bài thực hành 2.1 Khái niệm phép biến đổi Z 2.2 Một số lệnh 2.3 Bài tập thực hành GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Tài liệu tham khảo Lời Mở Đầu Xử lý số tín hiệu mơn học nghiên cứu phương trình tốn học, giải thuật tính tốn dựa phương pháp tính gần cho tín hiệu hệ thống rời rạc Nó bao hàm phép xử lý dãy số để có GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab thơng tin phân tích, tổng hợp, mã hóa đặc biệi ứng dụng biến đổi tín hiệu sang dạng phù hợp Nội dung môn học xử lý tín hiệu số giảng dạy khoa Cơng nghệ thông tin trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, chủ yếu bao gồm : tín hiệu số hệ thống số phép biến đổi Z Hiện có nhiều cơng cụ phần mềm tiện ích mạnh để hỗ trợ tính tốn Một số MATLAB MathWorks Nó gói phần mềm dễ dàng kiếm Việt Nam vào thời điểm Khi sử dụng phần mềm người dùng tự đóng gói kế thừa tái sử dụng thiết kế trước đó, cịn cho phép người dùng thiết kế phần mềm thơng qua câu lệnh, dễ dàng mơđun hố dạng kịch hàm để sử dụng Để hỗ trợ thêm cho việc ứng dụng ngơn ngữ để giải tốn đồng thời giúp sinh viên hiểu sâu lý thuyết môn học, chúng em biên soạn thực hành nhằm thực phép biến đổi Z vÏ xung tín hiệu phần nhỏ môn xử lý tÝn hiƯu sè, GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Th.s L-u Thị Bích H-ơng trực tiếp giảng dạy h-ớng dÉn.Vì thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi sai sót, thiếu chi tiết, chúng em mong nhận xem xét đóng góp ý kiến, bảo bạn để thực hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương Xử lý ảnh mờ Matlab LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Chương 1: Giới thiệu chung matlab 1.1 Khái niệm Matlab Matlab phần mềm ứng dụng chạy môi trường Windows hãng Mathworks sản xuất cung cấp, ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao sử dụng để giải tốn kỹ thuật Nó tích hợp cơng cụ mạnh phục vụ tính tốn, lập trình, thiết kế, mơ mơi trường dễ sử dụng Dữ liệu với thư viện lập trình sẵn cho phép người sử dụng có ứng dụng sau: + Sử dụng hàm có sẵn thư viện, phép tính tốn học thơng thường + Cho phép lập trình tạo ứng dụng + Cho phép mô mơ hình thực tế + Phân tích khảo sát hiển thị liệu + Với phần mềm đồ họa cực nhanh GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab + Cho phép phát triển, giao tiếp với số phần mềm khác C++, Fortran Matlab la viết tắt Matrix Laboratory, ban đầu viết để phục vụ cho việc tính tốn ma trận Qua thời gian dài nghiên cứu phát triển phát triển thành cơng cụ hữu ích, ngơn ngữ kỹ thuật Đặc biệt mơi trương đại học cơng cụ chuẩn cho khóa học mở đầu cao cấp toán học, khoa học kỹ thuật, ứng dụng nhiều lĩnh vực khác 1.2 Hệ thống Matlab Gồm phần: • Mơi trường phát triển: Là tập hợp công cụ, phần lớn chúng giao diện đồ hoạ, giúp người dùng sử dụng câu lệnh hàm MATLAB • Thư viện hàm toán học: Là tập hợp hàm toán học bao gồm từ hàm sin, cosin, phép tính đại số phức đến GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab hàm phức tạp tìm ma trận đảo, tìm ma trận riêng, hàm Bessel biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform – FFT) • Ngơn ngữ lập trình: Là ngơn ngữ bậc cao liên quan đến ma trận mảng Trong MATLAB có đầy đủ đặc trưng ngơn ngữ lập trình bao gồm lệnh rẽ nhánh, hàm, cấu trúc liệu, nhập/xuất liệu, đặc tính liên quan đến lập trình hướng đối tượng (objectoriented programming) • Đồ hoạ: Là tập hợp công cụ để biểu diễn ma trận vector đồ hoạ Bên cạnh công cụ mức thấp để thể liệu dạng chiều chiều, xử lý hình ảnh tĩnh, ảnh động cịn có cơng cụ mức cao dùng để tạo biểu diễn đồ hoạ theo ý đồ người sử dụng tạo giao diện đồ hoạ người sử dng ã Giao diện ch-ơng trình ứng dụng Matlab API (Application Program Interface): Đây th- viện cho phép bạn viết ch-ơng trình C Fortran t-ơng thích víi Matlab 1.3 Chế độ làm việc GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab 1.3.1 Làm việc chế độ hội thoại (command window) - Tại dấu mời >> gõ dòng lệnh, dòng lệnh đ-ợc thực sau nhấn phím Enter Kết đ-ợc đ-a cửa sổ lệnh cửa sổ đồ hoạ Nếu có lỗi, lỗi đ-ợc ghi cửa sổ lệnh - Qui tắc viết dòng lệnh: + Trên dòng viết nhiều lệnh, lệnh đ-ợc phân cách dấu ',' ';' Nếu kết lệnh trả giá trị số kết thúc dấu ',' kết đ-ợc in cửa sổ lệnh, kết thúc dấu ';' kết không đ-ợc in Với lệnh không trả biến nào, dấu phân cách lệnh ',' ';' nh- + Khi lệnh dài, muốn viết nhiều dòng lệnh dùng dấu để matlab nhận dòng tiềp theo - Chỉ nên sử dụng chế độ hội thoại giải toán có cấu trúc đơn giản Còn với toán có cấu trúc phức tạp nên sử dụng chế độ lập trình 1.3.2 Làm vệc chế độ viết ch-ơng trình - Tại cửa sổ lÖnh (Command Window) chän File menu  New  mfile để vào chế độ soạn thảo viết ch-ơng trình Hoặc mở m-file có sẵn để sửa, GVHD: Th.s Lu Th Bích Hương LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab chän File menu  Open  chän m-file cÇn sưa, viết cửa sổ lệnh dòng lệnh edit filename - Chạy file ch-ơng trình đà soạn thảo: Có cách +Chạy cửa sổ soạn thảo: Tool menu Run , dùng đ-ợc file đ-ợc l-u (Save) vào th- mục (current path) +Chạy cửa sổ lệnh: >>edit tên_m_file +Chạy cửa sỉ lƯnh: File menu Run Script viÕt tªn file, chọn Browse để tìm m-file cần chạy 1.4 Mt số khái niệm 1.4.1 Một số phím chuyên dụng lệnh thơng dụng 1.4.1.1 Các phím thơng dụng - phím  Ctrl + P : gọi lại lệnh thực trước Ctrl + n: gọi lại lệnh vừa thực trước - phím  - phím  Ctrl + f: chuyển trỏ sang bên phải ký tự - phím  Ctrl + b: chuyển trỏ sang trái ký tự GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab - Dấu ” ; ” dùng để kết thúcc biểu thức câu lệnh mà không hiển thị kết hình -  : nhảy xuống dịng 1.4.1.2 Các lệnh thông dụng hệ thống - Ctrl + C: dừng chương trình thực - Clc: lệnh xóa hình - Clf: lệnh xóa hình đồ họa - input: lệnh nhập liệu vào từ bàn phím - help: lệnh cho phép xem phần trợ giúp - Dòng lệnh dài: dòng lệnh dài dùng  để chuyển xuống dòng 1.4.2 Câu lệnh biến Các lệnh Matlab thường có dạng: tên biến= biểu thức đơn giản: biểu thức GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Các biểu thức cấu thành từ toán tử ký tự đặc biệt khác, từ hàm, tên biến Nếu tên biến dấu = bị bỏ qua biến có tên ans tự động tạo Một câu lệnh kết thúc bình thường với ký tự sang dịng hay phím enter Tuy nhiên, ký tự cuối câu lệnh dấu “ ; ” việc in kết hủy, lệnh thực Matlab ngơn ngữ nhạy cảm phân biệt chữ thường chữ hoa, a A tên biến 1.4.3 Một số phép toán Matlab  Phép cộng: +  Phép trừ:  Phép nhân: *  Chia phải  Chia trái : /  Lũy thừa : ^  Phép gán : = - \ GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương Xử lý ảnh mờ Matlab 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Chương 2: Xử lý ảnh mờ Matlab 2.1 Thế làm mờ ? 2.1.1 Nguyên nhân mờ - Sự làm mờ hay phai nhạt ảnh gây nhiều tác nhân : + Chuyển động capture ảnh - camera thời gian lộ sáng nhiều sử dụng - vật GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab + Ngồi vùng tiêu cự ống kính , sử dụng ống kính có góc mở rộng , hỗn loạn môi trường , thời gian lộ sáng ngắn … làm giảm số lượng phôtôn bắt giữ (captured) 2.1.2 Các chế độ chống mờ ảnh - Một ảnh bị mờ hay bị phai nhạt mơ tả vắn tắt phương trình g=Hf+n + g : Ảnh bị mờ + H : Tác nhân làm méo gọi PSF + f : Ảnh gốc + n : Nhiễu phụ , tạo trình nhận ảnh , làm hỏng ảnh Chú ý : Ảnh f thực tế không tồn Ảnh đại diện cho ảnh mà ta có tình trạng thu nhận ảnh hoàn hảo - Tầm quan trọng PSF: Dựa chế độ , tác vụ việc chống làm mờ Deconvolve ảnh bị mờ với PSF Để minh hoạ , ví dụ lấy ảnh không bị mờ cố ý làm mờ chúng cách convolve GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab với PSF Ví dụ sử dụng hàm fspecial để tạo PSF mô chuyển động mờ , chiều dài mờ tính pixel ( LEN=31 ) góc mờ tính theo độ ( THETA=11) Một PSF tạo , ví dụ sử dụng hàm imfilter để convolve PSF với ảnh gốc I để tạo ảnh bị làm mờ Blurred I = imread('peppers.png'); I = I(60+[1:256],222+[1:256],:); % crop the image figure; imshow(I); title('Original Image'); LEN = 31; THETA = 11; PSF = fspecial('motion',LEN,THETA); % create PSF Blurred = imfilter(I,PSF,'circular','conv'); figure; imshow(Blurred); title('Blurred Image'); 2.2 Sử dụng hàm khôi phục ảnh mờ - Toolbox xử lý ảnh Matlab gồm có hàm khôi phục ảnh mờ bao gồm : +deconvwnr : Sủ dụng lọc Wiener GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab + deconvreg : Sử dụng lọc quy tắc hoá + deconvlucy : Sử dụng giải thuật Lucy-Richardson + đeconvblind : Sử dụng giải thuật blind deconvolution - Tất hàm chấp nhận PSF ảnh bị mờ tham số Với hai hàm , ta cung cấp số thông tin nhiễu để giảm khuếch đại nhiễu đến mức q trình khơi phục - Hàm deconvlucy thi hành cách nhanh chóng giải thuật LucyRichardson Hàm thực nhiều vòng lặp , sử dụng kĩ thuật tối ưu thống kê Poisson Với hàm , ta không cần phải cung cấp thông tin nhiễu phụ ảnh bị “bẩn” - Hàm deconvblind thi hành giải thuật blind deconvolution mà không cần nhận PSF Khi ta gọi hàm deconvblind , ta truyền tham số gía trị đốn biết ban đầu PSF Hàm deconvblind trả lại PSF khôi phục để khôi phục ảnh Sự thi hành sử dụng chế độ suy giảm lặp hàm deconvlucy GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Chú ý : Ta cần phải thi hành nhiều trình khử mờ lặp lặp lại , lần thay đổi tham số truyền vào hàm khử mờ thu ảnh gần xấp xỉ với ảnh gốc - Để tránh bị rung động ảnh khử nhiễu , ta sử dụng hàm edgetaper để tiền xử lý ảnh trước truyền cho hàm khử mờ 2.3 Các phương pháp khử mờ 2.3.1 Khử mờ với lọc Wiener - Sử dụng hàm deconvwnr để khử mờ ảnh sử dụng lọc Wiener Bộ lọc sử dụng hiệu đặc tính tần số ảnh nhiễu phụ biết vài bậc Trong trường hợp khơng có nhiễu , lọc Wiener giảm tới lọc đảo lý tưởng - Các bước khử mờ: + Đọc ảnh vào không gian làm việc + Tạo hàm PSF + Tạo mờ giả ảnh + Khử mờ cho ảnh GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab 2.3.2 Khử mờ với lọc quy tắc hoá - Sử dụng hàm deconvreg để khử mờ ảnh sử dụng lọc quy tắc hố Một lọc kiểu sử dụng hiệu thông tin nhiễu phụ biết cách hạn chế - Các bước khử mờ: + Đọc ảnh vào không gian làm việc + Tạo hàm PSF để làm mờ ảnh + Làm mờ ảnh thêm nhiễu vào ảnh + Sử dụng hàm deconvreg để khử mờ ảnh , hàm PSF sử dụng để làm mờ ảnh nhiễu NP 2.3.3 Khử mờ với giải thuật Lucy- Richardson - Sử dụng hàm deconvlucy để khử mờ ảnh cách sử dụng giải thuật Lucy-Richardson Hàm sử dụng hiệu biết hàm PSF biết nhiễu tác động phụ lên ảnh - Hàm deconvlucy thi hành vài điều hợp tới giải thuật LucyRichardson Sử dụng điều hợp ta : GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab + Giảm tác động mở rộng nhiễu ảnh khơi phục + Giải thích tính khơng đồng chất lượng ảnh + Điều khiển camera đọc hết nhiễu + Cải thiện độ phân giải ảnh phục hồi cách lấy mẫu phụ - Các bước khử mờ: + Đọc ảnh vào không gian làm việc + Tạo hàm PSF để làm mờ ảnh + Làm mờ ảnh thêm nhiễu vào ảnh + Sử dụng hàm devconlucy để khôi phục ảnh gốc , hàm PSF sử dụng để tạo mờ giới hạn số vòng lặp tới ( mặc định 10 ) 2.3.4 Sử dụng giải thuật trộn deconvolution - Sử dụng hàm deconvblind để khử mờ ảnh Giải thuật sử dụng hiệu khơng có thơng tin mờ nhiễu biết Hàm deconvblind khôi phục ảnh PSF đồng thời , sử dụng trình lặp tương tự giải thuật Lucy-Richardson GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab - Hàm deconvblind giống hàm deconvlucy , thi hành vài điều hợp tới giải thuật Lucy-Richardson - Các bước khử mờ: + Đọc ảnh vào không gian làm việc + Tạo hàm PSF để làm mờ ảnh + Tạo mờ ảnh + Khử mờ ảnh , tạo ước lượng ban đầu cho kích thước PSF 2.2 Chương trình minh họa GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương Xử lý ảnh mờ Matlab 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Tài liệu tham khảo Nhập môn xử lý ảnh số Tác giả: Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy- NXB Khoa Học Kỹ Thuật Giáo trình Matlab ứng dụng Tác giả: Phan Thanh Tao- Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng GVHD: Th.s Lưu Thị Bích Hương 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Xử lý ảnh mờ Matlab 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Chương 2: Xử lý ảnh mờ Matlab 2.1 Thế làm mờ ? 2.1.1 Nguyên nhân mờ - Sự làm mờ. .. Thị Bích Hương Xử lý ảnh mờ Matlab LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Chương 1: Giới thiệu chung matlab 1.1 Khái niệm Matlab Matlab phần mềm... Th.s Lưu Thị Bích Hương Xử lý ảnh mờ Matlab 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài tập lớn Xử lý ảnh mờ Matlab Tài liệu tham khảo Nhập môn xử lý ảnh số Tác giả: Lương