Phương pháp nghiên cứu khoa học trong hệ thống nhận dạng mặt người
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ________________ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI Giảng viên hướng dẫn: GS.TSKH. Hoàng Kiếm Học viên thực hiện: Từ Minh Dũng Mã số: 10 11 010 TP. HCM, năm 2012 LỜI NÓI ĐẦU Thế kỷ 20 và đầu những năm thế kỷ 21 loài người chứng kiến những thành tựu vĩ đại của khoa học. Vai trò và tầm quan trọng của khoa học đối với Xã hội đã quan trọng nay còn quan trọng hơn trong thời kỳ mới. Nắm được xu hướng vận động này, nhà nước ta luôn chủ trương tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu khoa học, dùng khoa học làm sức bật nâng cao vị thế của đất nước. Thời gian qua đã có nhiều thành tựu khoa học trong nước nhưng nhìn chung vẫn còn nhiều hạn chế. Có nhiều công trình khoa học cấp nhà nước được người dân ủng hộ, được sự quan tâm của lãnh đạo các cấp nhưng vẫn không thành công. Điều này đã chứng tỏ phương pháp nghiên cứu khi thực hiện nghiên cứu một công trình khoa học vô cùng quan trọng, là yếu quyết định sự thành công trong khoa học. Về phần mình, khoa học cần thiết phải được nghiên cứu một cách khoa học, vấn đề này được trình bày chi tiết trong môn học “Phương pháp luận nghiên cứu khoa học”. Mục đính của môn học là làm rõ phương pháp nghiên cứu khoa học là gì và vận dụng nó trong thực tế như thế nào. Trong bày báo cáo trình bày cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu khoa học và vận dụng nó trên hệ thống Nhận dạng mặt người - lĩnh vực khoa học máy tính. Em xin chân thành cám ơn GS.TSKH Hoàng Kiếm đã truyền đạt những kiến thức quý báu bộ môn “Phương pháp nghiên cứu khoa học” để có thể vận dụng trong các nghiên cứu khoa học mà trước mắt là luận văn tốt nghiệp của bản thân. Học viên: Từ Minh Dũng Mục Lục: CHƯƠNG 1:CƠ SỚ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3 I. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3 1.1. Khái niệm 3 1.2. Phân loại 3 1.3. Các tình huống vấn đề 3 1.4. Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học 4 1.5. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế 4 II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH MỘT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 6 2.1. Thế nào là một nghiên cứu khoa học 6 2.2. Các tiêu chí cần đáp ứng trong nghiên cứu khoa học 6 2.3. Trình tự các bước cần tiến hành khi nghiên cứu khoa học 7 2.4. Các khó khăn gặp phải và cách khắc phục 9 2.5. Những điều nên không nên trong nghiên cứu khoa học 11 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 1 I. HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 1 1.1. Khái niệm hệ thống nhận dạng mặt người 1 1.2. Cơ sở lý thuyết bài toàn nhận dạng mặt người 2 II. PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 6 2.1. Nguyên lý phân nhỏ 6 2.2. Nguyên tắc kết hợp 6 2.3. Nguyên tắc vạn năng 7 2.4. Nguyên tắc đổi màu sắc 7 2.5. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác 7 2.6. Nguyên tắc tách khỏi 7 CƠ SỚ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT Khái niệm Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn. Phân loại Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề : - Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm - Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn những vấn đề thuộc lớp thứ nhất. Các tình huống vấn đề Có ba tình huống : Có vấn đề , không có vấn đề, giả vấn đề được cho trong hình dưới đây: Hình 0.1: Sơ đồ phân loại Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học Có sáu phương pháp: 1) Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới 2) Tìm những bất đồng 3) Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường 4) Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn 5) Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn 6) Cảm hứng : những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó. Phương pháp giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế Có 5 phương pháp: Dựng Vepol đầy đủ Chuyển sang Fepol Phá vở Vepol Xích Vepol Liên trường Có 40 thủ thuật: Nguyên lý phân nhỏ. Nguyên lý “tách khỏi”. Nguyên lý phẩm chất cục bộ. Nguyên lý (phản) bất đối xứng. Nguyên lý kết hợp. Nguyên lý vạn năng. Nguyên lý “chứa trong”. Nguyên lý phản trọng lượng. Nguyên lý gây ứng suất (phản tác động) sơ bộ. Nguyên lý thực hiện sơ bộ. Nguyên lý dự phòng. Nguyên lý đẳng thế. Nguyên lý đảo ngược. Nguyên lý cầu (tròn) hóa. Nguyên lý linh động. Nguyên lý giải (tác động) “thiếu” hoặc “thừa”. Nguyên lý chuyển sang chiều khác. Sử dụng các dao động cơ học. Nguyên lý hoạt động theo chu kỳ. Nguyên lý liên tục các tác động có ích. Nguyên lý “vượt nhanh”. Nguyên lý biến hại thành lợi. Nguyên lý quan hệ phản hồi. Nguyên lý sử dụng trung gian. Nguyên lý tự phục vụ. Nguyên lý sao chép. Nguyên lý “rẻ’ thay cho “đắt”. Thay thế sơ đồ (kết cấu) cơ học. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ. Nguyên lý thay đổi màu sắc. Nguyên lý đồng nhất. Nguyên lý phân hủy hoặc tái sinh các phần. Thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng. Sử dụng chuyển pha. Sử dụng sự nở nhiệt. Sử dụng các chất ôxy hóa mạnh. Thay đổi độ trơ. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite). CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH MỘT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thế nào là một nghiên cứu khoa học Nghiên cứu khoa học là hoạt động tìm kiếm, xem xét, điều tra hoặc thử nghiệm để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội, và để sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn. Các tiêu chí cần đáp ứng trong nghiên cứu khoa học Một nghiên cứu khoa học cần đáp ứng ít nhất một trong các tiêu chísau đây: - Phát hiện điều mới trong các quy luật và đặc tính của tự nhiên hoặc của xã hội. - So sách giữa hai hoặc nhiều hiện tượng của tự nhiên hoặc của xã hội để chỉ ra sự giống nhau và khác nhau giữa chúng. - Tìm kiếm phương pháp để giải quyết các khó khăn, trục trặc đang cản trở sự phát triển của tự nhiên và xã hội. - Thay đổi hoặc lợi dụng các hiện tượng tự nhiên hoặc xã hội để phục vụ tốt hơn cho con người và môi trường xung quanh. - Nghiên cứu các hiện tượng / công việc đã xảy ra / thực hiện trong quá khứ để rút ra bài học cho hiện tại và tương lai. - Dự đoán tương lai để có các hành động phù hợp trong hiện tại. Trình tự các bước cần tiến hành khi nghiên cứu khoa học Hình 0.2 Thứ tự các bước thực hiện khi tiến hành nghiên cứu khoa học Bước 1: Mô tả các khó khăn trên thực tế Trong thực tế khi gặp khó khăn thì lúc đó mới cần tiến hành nghiên cứu khoa học với mục đích là giải quyết các khó khăn đó. Vậy có thể nói việc mô tả các khó khăn đang gặp phải chính là sự mở đầu cho một nghiên cứu. Bước 2: Tổng quan về các nghiên cứu liên quan Đây là thời gian tìm hiểu xem vấn đề dự định nghiên cứu đã và đang được nghiên cứu bởi các học giả khác chưa, ở mức độ nào qua đó có thể học những điều hay và tránh được việc lặp lại trong nghiên cứu trước. Bước 3: Xác định mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu là những dự định đặt ra để giải quyết được các khó khăn đã chỉ ra ở bước 1. Nghiên cứu viên phải luôn bám theo các mục tiêu đã đề ra trong suốt quá trình và phải hoàn thành chúng trước khi nghiên cứu được khép lại. Các nghiên cứu hiện nay thường thể hiện rất rõ ràng phần này Bước 4: Phương pháp nghiên cứu Đây là phần chỉ ra hướng nghiên cứu mà nghiên cứu viên muốn tiến hành để đạt được mục tiêu đề ra trong bước 3. Thông thường, các phương pháp thu thập dữ liệu hay thí nghiệm và phân tích chúng phải được thể hiện rõ. Ngoài ra, các giả thuyết và phạm vi nghiên cứu, kinh phí và thời gian cần thiết, các đề xuất dự định, … cũng cần phải được chỉ ra một cách rõ ràng. Bước 5: Dữ liệu thực tế hoặc giả định cụ thể Dữ liệu là phần rất quan trọng trong nghiên cứu khoa học. Chúng có thể được thu thập qua quá trình điều tra tại hiện trường hoặc là dữ liệu giả định thu được từ thí nghiệm, mô phỏng. Những dữ liệu này có thể chỉ ra những phát triển của thực tế trong quá khứ và hiện tại, qua đó có thể dự đoán tương lai, so sánh với lý thuyết,…Thông thường, giai đoạn thu thập dữ liệu tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc của người nghiên cứu và sự chính xác của dữ liệu sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả cuối cùng của nghiên cứu. Bước 6: Phân tích dữ liệu hoặc chạy chương trình Đến đây nghiên cứu khoa học sẽ có 2 hướng đi. Một là phân tích các dữ liệu thu thập được để có các kết luận cho những điều đã và đang xẩy ra trong thực tế, từ đó có các đề xuất cho tương lai. Một cách khác là lập ra các chương trình máy tính để mô phỏng, tính toán lý thuyết dựa vào hoặc so sánh với các dữ liệu thực tế. Phần này thường liên quan tới các chuyên môn sâu nên chỉ có những người có cùng lĩnh vực nghiên cứu mới hiểu và quan tâm đến. Bước 7: Phát hiện hoặc đề xuất cái mới Thường mỗi nghiên cứu khoa học sẽ tiến đến kết thúc sau khi một vài phát hiện hoặc đề xuất mới được đưa ra. Những điều mới này chính là kết quả cuối cùng của nghiên cứu có thể áp dụng làm cho thực tế hiện tại và tương lai tốt hơn và phải thỏa mãn được các mục tiêu nghiên cứu đề ra trong bước 3. Bước 8: Kết luận Đây là phần cuối cùng và được độc giả chú ý đến trước tiên để xem kết quả của nghiên cứu rồi sau đó mới đến các phần khác nếu có quan tâm. Từ “kết luận” cũng đã thể hiện rõ ý nghĩa của nó. Từ “kết” có nghĩa là kết thúc, tổng kết. Người nghiên cứu phải đúc kết lại toàn bộ nghiên cứu theo một trình tự khoa học và ngắn nhất để người đọc có thể hình dung tổng thể toàn bộ quá trình. Từ “luận” là bình luận các kết quả thu được về thực tế nghiên cứu xem tốt hay xấu, thỏa mãn hay chưa thỏa mãn, … . Ngoài phần kết luận, các nghiên cứu nên có thêm các phần bổ trợ như đề xuất áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế, các nghiên cứu cần được tiến hành trong tương lai, những hạn chế của nghiên cứu, … . Các phần bổ trợ này dùng để nhấn mạnh phần nghiên cứu chính, thể hiện tính khả thi và khả năng áp dụng kết quả đạt được để củng cố, làm tốt hơn thực tế hiện tại và tương lai. Các khó khăn gặp phải và cách khắc phục Thông thường, mọi nghiên cứu đều có khó khăn trong quá trình thực hiện do nhiều nguyên nhân và người nghiên cứu phải nỗ lực giải quyết chúng để có được thành công cuối cùng. Sau đây là một số khó khăn điển hình trong nghiên cứu khoa học: Mối quan hệ với thầy giáo hướng dẫn Các giảngviên hướng dẫn thì mỗi người một tính, người thì khắt khe, người thì dễ dàng, người thì chẳng để tâm đến sinh viên,… Nói chung họ là những người cá tính và nhiều khi gây khó chịu cho sinh viên trong cuộc sống hàng ngày cũng như trong nghiên cứu. Thông thường các giáo viên thì cũng là con người và có các tính cách khác nhau, nhưng nói chung là họ luôn thương sinh viên, chỉ có cách dạy bảo là khác nhau thôi. Khi vượt qua được rào cản trong các yêu cầu và tính cách của giảng viên hướng dẫn cũng chính là lúc ta đã học được trường phái nghiên cứu của họ. Khó khăn trong thu thập dữ liệu thực tế Các dữ liệu thực tế trong quá khứ và hiện tại thường rất khó xin được, đặc biệt là các số liệu nhạy cảm, có liên quan tới các cơ quan khác. Để vượt qua khó khăn này, việc đầu tiên là phải nghĩ đến điều này ngay trong giai đoạn thiết kế cách thu thập dữ liệu để tránh các dữ liệu không thể có được. Nghĩa là nghiên cứu chỉ tập [...]... NGƯỜI Khái niệm hệ thống nhận dạng mặt người Hệ thống nhận dạng mặt người là một hệ thống nhận đầu vào là một ảnh hay một video (chuỗi các ảnh), qua quá trình xử lý, hệ thống xác định được người nào trong ảnh (nếu có) là người mà hệ thống đã biết hoặc người lạ Nhận dạng mặt người ngày càng được sử dụng rộng rãi Nếu cách đây khoản một thập kỷ chỉ thấy các kỹ thuật dò tìm khuôn mặt sử dụng trong các thiết... của người khác? Những hành vi đó không phải là các nghiên cứu khoa học vì những người đó không hề có nghiên cứu, không có mục tiêu rõ ràng và cũng không giải quyết được khó khăn của thực tế Những bài dịch đấy chỉ có tác dụng phổ biếnkiến thức và hướng vào những độc giả kém hiểu biết hơn ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI... trưng của ảnh người mà hệ thồng cần nhận dạng - Cơ sở lý thuyết và các thuật toán xử lý nhận dạng Thành phần này quyết định tốc độ và độ chính xác của hệ thống nhận dạng mặt người - Thiết bị hiển thị kết quả nhận dạng Cơ sở lý thuyết bài toàn nhận dạng mặt người Nhìn chung một hệ thống nhận dạng mặt người đều trải qua các bước - Phát hiện khuôn mặt (Face detection) - Phân đoạn khuôn mặt (Face alignment)... giải trí thì ngày nay nhiều hệ thống nhận dạng mặt người ra đời giữ vai trò quan trọng như: hệ thống chấm công bằng khuôn mặt (hệ thống FaceID), các hệ thống an ninh tự động cảnh báo khi có người lạ xâm nhập vào khu vực cấm (hệ thống SmartHD của Panasonic), hệ thống nhận dạng tội phạm (các thiết bị thu hình lấp đặt ở nơi công cộng truyền hình ảnh về trung tâm xử lý, hệ thống sẽ đưa ra thông báo khi... phân lớp, ngoài ra người ta cũng có thể dùng kết hợp PCA, LDA và độ đo Mean-KNN để tính khoảng cách kết hợp, từ đó cho ra kết quả PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO KHOA HỌC ĐƯỢC ÁP DỤNG TRONG HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI Nguyên lý phân nhỏ Các hệ thống luôn luôn sử dụng nguyên lý phân nhỏ, nhận dạng mặt người cũng không ngoại lệ Hai thách thức lớn nhất của một hệ thống nhận dạng mặt người là độ chính... toán trên ma trận số này Nguyên tắc tách khỏi Một hệ thống nhận dạng mặt người trên thực tế luôn nhận đầu vào là hình ảnh không chỉ có mặt người mà còn rất nhiều hình ảnh nền khác Các chi tiết nền này sẽ làm độ chính xác nhận dạng giảm đáng kể Các hệ thống nhận dạng mặt người tốt là các hệ thống tách hoàn toàn ảnh nền ra khỏi ảnh khuôn mặt cần nhận dạng TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu tiếng Anh: [1]... xác của hệ thống Thực chất các hệ thống nhận dạng mặt người phần lớn đều chuyển ảnh màu về ảnh trắng đen trong cả giai đoạn huấn luyện và nhận dạng Nguyên tắc chuyển sang chiều khác Thị giác con người có thể nhận diện mặt người dựa vào vị trí, màu sắc của ảnh, máy tính không hiểu các thông tin này, đối với máy tính chỉ có những con số mới có ý nghĩa do đó tất cả các hệ thống nhận dạng mặt người trước... đưa ra thông báo khi phát hiện đối tượng là tội phạm cần truy tìm) (ví dụ như hệ thống nhận dạng tội phạm sử dụng ở Lodon, Chicago, hệ thống nhận diện tội phạm sử dụng tại Oly mpic Bắc), và gần đây là nhận dạng khuôn mặt trong các hệ thống nhà thông minh hứa hẹn nhiều tiềm năng trong tương lai gần … Hệ thống nhận dạng mặt người cơ bản gồm có các thành phần: - Thiết bị thu hình: Thu thập hình ảnh đưa... toàn nhận dạng mặt người và cải tiến bài toán nhận dạng mặt người Nguyên tắc kết hợp Thời gian ban đầu, các phân hệ của bài toàn nhận dạng mặt người có độ chính xác rất thấp, bên cạnh việc tìm kiếm các lý thuyết mới người ta kết hợp nhiều lý thuyết hiện có lại với nhau và kết quả là làm tăng đáng kể độ chính xác của nhận dạng Ở giai đoạn phát hiện khuôn mặt nếu chỉ dùng phương pháp phát hiện khuân mặt. .. tiếng Việt: [11] Slide _ Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học _ GS.TSKH Hoàng Kiếm [12] Phương pháp luận sáng tạo khoa học – kỹ thuật giải quyết vấn đề và ra quyết định (giáo trình tóm tắt) _ Phan Dũng [13] Phương pháp nghiên cứu khoa học _ TS Đinh Tuấn Hải [14] Lương Quý Tịnh Hà, “Xây dựng công cụ tìm kiếm tài liệu học tập bằng các truy vấn ngôn ngữ tự nhiên trên kho học liệu mở Tiếng Việt”, . THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI Khái niệm hệ thống nhận dạng mặt người Hệ thống nhận dạng mặt người là một hệ thống nhận. cứu khoa học 11 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHO HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 1 I. HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 1 1.1. Khái niệm hệ thống nhận dạng mặt người. ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ________________ BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA