Bài-tập-lớn-Tìm-hiểu-ứng-dụng-phương-pháp-lọc-canny-để-phát-hiện-và-tách-biên-cạnhđánh-giá-thực-nghiệm-hiệu-quả-của-lọc-canny-so-với-lọc-sobel

Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Lời Nói Đầu Một vấn đề trọng tâm nghiên cứu lĩnh vực thị giác máy biên thao tác kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào biên Nhìn chung mặt toán học, người ta coi điểm biên ảnh điểm có thay đổi đột ngột độ xám Tập hợp điểm biên tạo thành biên hay đường bao ảnh Ví dụ, ảnh nhị phân, điểm gọi biên điểm đen có điểm trắng bên cạnh Việc nhận dạng đối tượng phụ thuộc nhiều vào đặc trưng trích chọn đặc trưng chủ yếu trích chọn từ biên Đây đề tài quan tâm phát triển Nhất là, Việt Nam nay, chưa có nhiều nghiên cứu vấn đề nhận dạng đối tượng ảnh, ứng dụng thực tế địi hỏi có cách giải cụ thể, chẳng hạn phần mềm nhận dạng đối tượng địa lý, biểu tượng đồ, phần mềm phát đếm đối tượng chuyển động.Trong phương pháp phát biên phương pháp Canny phương pháp hiệu xây dựng thành cơng nghệ gồm quy trình bước.Báo cáo làm rõ so sánh phương pháp Canny với phương pháp Sobel ưu điểm phương pháp Canny lọa Ảnh Hà Nội,Tháng 11/2011 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Phần I:Các Bước Tách Biên Bằng Phương Pháp Canny 1)Các vấn đề phát biên,lọc canny Biên vấn đề quan trọng trích chọn đặc điểm nhằm tiến tới hiểu ảnh Cho đến chưa có định nghĩa xác biên, ứng dụng người ta đưa độ đo khác biên, độ đo độ đo thay đổi đột ngột cấp xám Ví dụ: Đối với ảnh đen trắng, điểm gọi điểm biên điểm đen có điểm trắng bên cạnh Tập hợp điểm biên tạo nên biên hay đường bao đối tượng.người ta chia làm hai phương pháp phát biên bản: 1.Phát biên trực tiếp:là phương pháp phát biên dựa vào thay đổi mức xám sủ dụng kỹ thuật thay đổi theo hướng Phát biên gián tiếp Kỹ thuật phát biên phương pháp canny phương pháp dò biên trực tiếp hiệu áp dụng cho loại ảnh nhiễu.Phương pháp John Canny phịng thí nghiệm MIT khởi xướng năm 1986 Bộ tách biên Canny tách biên mạnh cung cấp hàm edge Canny xây dựng phuỷong pháp dựa theo ba ràng buộc: - Mức lỗi: có ý nghĩa phương pháp phát biên phải tìm tất biên, khơng biên tìm bị lỗi - Định vị: Điều nói đến độ chênh lệch cấp xám điểm biên phải nhỏ tốt - Hiệu suất: cho tách biên không nhận nhiều biên có biên tồn Canny giả thiết nhiễu ảnh tuân theo phân bố Gauss đồng thời ông cho phương pháp phát biên thực chất lọc nhân chập có khả làm mịn nhiễu định vị cạnh.Vấn đề Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] để có lọc tối ưu Ba rang buộc cụ thể hóa thành lý thuyết tốn học: Trong hàm SNR nhằm tím hàm cho tỉ số tín hiệu nhiễu cực đại,Localization đặc trưng cho nghịch đảo tỉ lệ chênh lệch mức xám điểm biên,giá trị lớn tốt.Canny tìm kiếm lọc f cho giá trị SNR * Localization cực đại cuối ông phát giá trị xấp xỉ đạo hàm bậc hàm Gauss.Khi G có đạo hàm theo hai hướng x y Sự xấp xỉ với lọc tối ưu thuật toán phát biên Canny G’ vậy, phép nhân chập ảnh vào với G’ ta thu ảnh E tách biên trường hợp ảnh có nhiều nhiễu Phép nhân xoắn thực cách dễ dàng việc tính tốn phức tạp, đặc biệt nhân xoắn với mảng hai chiều Tuy nhiên phép nhân xoắn với mảng hai chiều Gauss chia thành hai phép nhân xoắn với mặt nạ Gauss chiều Việc vi phân thực phép nhân xoắn mảng chiều Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] tạo nên hai ảnh: ảnh việc nhân xoắn thành phần x với mảng chiều, ảnh hai việc nhân xoắn thành phần y 2)Các bước tiến hành phương pháp canny Bước 1:Làm trơn ảnh cách nhân chập với lọc Gauss.Sau tiến hành nhân chập có đầu liệu ảnh S nhân chập Bước2: Lấy đạo hàm bậc kết qả bước1 Tac có: ∇S = ∇(g * I) = (∇g ) * I Như vậy, kết ảnh bước hai tổng hợp đạo hàm Gauss theo hướng x nhân với ảnh I đạo hàm Gauss theo hướng y nhân với ảnh I.Nghĩa ta đạo hàm hàm Gauss theo hai hướng tiến hành nhân xoắn với ảnh thay nhân xoắn ảnh với hàm Gauss đạo hàm.Có thể minh hoạ sau đạo hàm hàm Gauss theo hai hướng x y sau: Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Như cách thức thực bước thứ hai sau: Sau tiến hành nhân xoắn ảnh I với lọc Gauss bước ta có ảnh S làm trơn Tiến hành thực bước hai cách lấy đạo hàm ảnh theo hai hướng x y tổng hợp kết lại Như biết, phương pháp Gradient phương pháp dò biên cục dựa vào cực đại đạo hàm, phương pháp đạo hàm bậc Chính ta thực việc đạo hàm bước cách nhân ảnh kết S bước với mặt nạ phương pháp Gradient dựa theo toán tử Sobel, Pixel ,Difference Ở ta tiến hành nhân xoắn ảnh S với hai mặt nạ phương pháp Sobel theo hai hướng x y sau: Sau tiến hành nhân xoắn ảnh theo hai hướng x y ta hai ảnh theo hai hướng Sx Sy, ta tiến hành tổng hợp hai kết kết cuối S': Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Với θ hướng đường biên Bước 3: loại bỏ số điểm dư thừa: Đối với điểm ảnh ảnh S’ ta tiến hành so sánh giá trị điểm với giá trị hai điểm lân cận điểm Hai điểm lân cận hai điểm nằm đường thẳng chứa hướng đường biên θ.Cơng thức tính hướng đường biên θ nằm bước Giả sử ta có điểm biên xét vị trí (x,y), ta có điểm biên lân cận điểm biên hình dưới: Tại điểm biên ta tiến hành tính giá trị góc hướng đường biên θ Nếu hướng đường biên θ≤ 22.50 θ > 157.50 đặt giá trị θ= 00 hai điểm biên lân cận điểm biên vị trí (x-1, y) (x+1, y) Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Tại điểm ảnh ta tiến hành tính tốn hướng đường biên, sau so sánh kết tìm hai điểm biên lân cận - So sánh giá trị điểm ảnh xét với hai điểm biên trên:Nếu điểm ảnh lớn giữ lại điểm biên (đánh dấu điểm biên này), ngược lại nhỏ hai điểm biên lân cận điểm biên bị loại (cho giá trị điểm biên 0) Ta kết ảnh sau loại số điểm biên không phù hợp, Lúc số lượng biên ảnh nhìn thấy Điều đặc biệt có giá trị tốt để loại bỏ số biên dư thừa đặc biệt với ảnh có nhiều nhiễu Bước 4:Áp dụng ngưỡng Sau tiến hành bước ta tiến hành áp dụng ngưỡng: sử dụng hai ngưỡng,ngưỡng cao Th ngưỡng thấp Tl Những điểm biên đánh dấu (không bị loại) ta tiếp tục tiến hành áp dụngngưỡng cao ngưỡng thấp: -Xét điểm ảnh I vị trí (x,y) Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] -So sánh I(x,y) với hai ngưỡng Th Tl + Nếu I(x,y) ≥ Th: đánh dấu giữ lại điểm biên (đặt giá trị 1) + Nếu I(x,y) < Tl: Loại bỏ điểm biên (đặt giá trị 0) + Nếu Tl ≤ I(x,y) < Th: ta tiến hành so sánh giá trị I(x,y) với giá trị của điểm lân cận :Nếu điểm lân cận có giá trị > Th: Tiến hành đánh dấu giữ lại điểm biên này.Ngược lại: Loại bỏ điểm biên (đặt giá trị 0).Kết sử dụng phương pháp Canny: Ảnh gốc Sauk hi thực bốn bước: Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Như ta thấy với ảnh có đường biên mảnh phương pháp canny cho biên sắc II: Đánh giá thực nghiệm,so sánh phương pháp lọc Canny so với phương pháp lọc Sobel 1)Đánh giá thực nghiệm phương pháp Canny Phương pháp Canny sử dụng nhiều ứng dụng xử lý ảnh phương pháp có khả lọc nhiễu tốt.Ở ta đánh giá phương pháp Canny với độ lệch tiêu chuẩn σ khác ngưỡng khác nhau:  Ban đầu ta thử tiến hành thay đổi độ lệch chuẩn σ giữ nguyên Th Tl với Th=100 Tl =30 ta có: Như ta quan sát thêys Ảnh nhiễu với đốm nhiễu nhiều Ta tiến hành thay đỏi σ với giá trị 0.8;1;1,4 Kết sau: Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 10 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 11 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Quan sát so sánh ta nhận tháy tang σ số lượng điểm biên giảm,điều đồng nghĩa với việc với ảnh nhiều nhiễu độ lệch chuẩn cao biên rõ nét - Bây ta xét ảnh thay đổi giá trị ngưỡng giữ nguyên độ lệch chuẩn 12 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 13 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 14 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Khi thay đổi ngưỡng thấp ngưỡng cao số lượng biên phát thay đổi Do điểm ảnh có giá trị nhỏ ngưỡng thấp loại điểm lớn ngưỡng cao xác định điểm biên (giữa hai ngưỡng cịn tuỳ thuộc vào điểm biên lân cận) Nên ta thấy: - Khi ngưỡng thấp ngưỡng cao thấp số lượng biên phát nhiều - Khi hai ngưỡng cao số lượng điểm biên phát ít, hững điểm có mức xám cao thành biên Khi ngưỡng thấp ngưỡng cao, tức khoảng cách hai ngưỡng lớn điểm biên phụ thuộc vào điểm lân cận Tuỳ ảnh cụ thể tuỳ cách lấy ngưỡng khác mà ta có kết khác 2)So sánh Canny Sobel * Đối với ảnh không nhiễu: Cả hai phương pháp cho kết tốt Song phương pháp phát biên Sobel cho biên rõ nét lớn.Phương pháp Canny trình làm trơn ảnh nên từ ảnh không nhiễu, biên mờ bớt to Do biên ảnh phương pháp Canny lớn lại không đầy đủ Đối với loại ảnh tìm biên khơng nên áp dụng phương pháp Canny 15 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Canny 16 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Sobel * Đối với ảnh có nhiều cạnh: Khi phát biên, cạnh khơng quan trọng nên loại bỏ.Ở đây, phương pháp Sobel phát biên biên mờ, không rõ nét, ảnh có vùng có mức xám thấp, thay đổi mức xám nhỏ Chính mà ảnh qua phương pháp Laplace cho kết rõ nét (do phương pháp sử dụng phương pháp đạo hàm bậc hai, điểm biên điểm cắt không) Tuy ảnh có nhiều điểm biên nhỏ nên biên ảnh qua phương pháp nhiều rối, nên loại bỏ điểm biên thừa.Còn phương pháp Canny, trình “Non-maximum Suppression” trình áp dụng ngưỡng mà điểm biên phụ bị loại bớt đi, biên giữ lại nên biên rõ nét hơn.Đối với ảnh có nhiều có mức xám nhỏ, biến thiên mức xám thấp ta nên sử dụng phương pháp Laplace, song ảnh có q nhiều biên ta nên sử dụng phương pháp Canny để loại bỏ bớt cạnh không cần quan tâm * Đối với ảnh có nhiều nhiễu: Phương pháp đạo hàm bậc cho biên ảnh với nhiều điểm biên phụ Còn phương pháp Laplace tạo biên kép nên hồn tồn khơng xác định biên Còn phương pháp Canny trình làm trơn ảnh cho bớt nhiễu trình “Non-maximum Suppression” để giảm bớt biên phụ nên ảnh kết phương pháp rõ nét 17