Đề tài biến đổi hình thái học

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN XỬ LÝ ẢNH TÊN ĐỀ TÀI: BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI HỌC Sinh viên thực Lớp Giảng viên : Nguyễn Thị Thanh Hậu : DK10-CNTT : Hoàng Thị An LỜI NĨI ĐẦU Xử lý ảnh mơn học quan tâm trở thành môn học chuyên ngành sinh viên ngành Công nghệ Thông tin ngành kỹ thuật trường Đại học Mơn học có liên quan đến nhiều ngành khác như: hệ thống tin học, lý thuyết thông tin, lý thuyết thống kê, nhận dạng Với mong muốn cung cấp tóm lược kiến thức xử lý ảnh, giảng tham khảo nhiều nguồn tài liệu khác nhằm cung cấp cho sinh viên có nhìn tổng qt lĩnh vực xử lý ảnh ứng dụng sống Xin chân thành cám ơn ý kiến đóng góp quý báu đồng nghiệp bạn sinh viên góp ý cho giảng hoàn thiện CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Một số khái niệm Trình bày kiến thức xử lý ảnh: Khái niệm ảnh số, ảnh màu, ảnh xám, ảnh nhị phân; không gian màu,…  Tổng quan hệ thống xử lý ảnh Xử lý ảnh khoa học tương đối mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, quy mô công nghiệp, song xử lý ảnh bắt đầu xuất máy tính chuyên dụng  Pixel (picture element): phần tử ảnh Ảnh thực tế ảnh liên tục không gian giá trị độ sáng Để xử lý ảnh máy tính cần thiết phải tiến hành số hố Trong q trình số hố người ta biến đổi tín hiệu liên tục sang tín hiệu rời rạc thơng qua q trình lấy mẫu(rời rạc hố khơng gian) lượng hoá thành phần giá trị, nguyên tắc mắt thường phân biệt hai điểm kề Trong trình này, người ta sử dụng khái niệm Picture element mà ta quen gọi hay viết tắc Pixel (phần tử ảnh) Như ảnh tập hợp pixel  Grey leval (mức xám) Mức xám kết mã hoá tương ứng cường độ điểm ảnh với giá trị số, kết q trình lượng hố Cách mã hố kinh điển thường dùng 16, 32, 64 mức Mã 256 phổ dụng nhất, pixel mã hoá bit  Giãn nở: Thêm pixel vào đường biên (boundaries) đối tượng ảnh  Xói mòn: Loại bỏ pixel đường biên đối tượng Số lượng pixel thêm/xóa phụ thuộc vào hình dạng kích thước phần tử cấu trúc Trạng thái pixel ảnh đầu vào xác định cách áp dụng quy tắc cho pixel tương ứng lân cận ảnh đầu vào Quy tắc sử dụng để xử lý pixel xác định hoạt động giãn nở hay xói mịn 1.2 Biến đổi hình thái học  Khái niệm Morphological Image Processing tập hợp phép toán phi tuyến tính (non-linear) tác động đến hình dạng hình thái điểm nhị phân ảnh Dựa phép toán AND OR XOR NOT để biến đổi điểm nhị phân  Morphological Operator sử dụng cấu trúc nhỏ quét qua áp dụng toàn ảnh gọi Structuring Element (SE) SE qt qua tồn vị trí hình ảnh so sánh với pixel lân cận nằm vùng tương ứng  Structuring Element ảnh nhị phân nhỏ Tức ma trận nhỏ gồm pixel mang giá trị 1:  Kích thước ma trận xác định kích thước SE  Pixel có giá trị bỏ qua q trình tính tốn  Ln có pixel làm mốc ma trận SE  Structuring Element hoạt động giống ma trận tích chập (convolution kernel) lọc ảnh tuyến tính (linear image filtering) SE dịch chuyển toàn ảnh với điểm mốc  Opening Closing  Opening thực phép co bắt đầu thực phép giãn với cấu trúc Giúp làm mượt đường viền, phá vỡ khe nhỏ, loại bỏ đối tượng nhỏ, làm mượt đỉnh lồi  Closing thực phép giãn bắt đầu thực phép co với cấu trúc Giúp làm mượt đường viền, loại bỏ lỗ nhỏ, làm mượt đỉnh khe hẹp  Trình bày kiến thức liên quan đến đề tài Ví dụ đề tài làm khử nhiễu cho ảnh, trình bày nhiễu, loại nhiễu, cách tạo nhiễu Các phương pháp khử nhiễu (chia mục cho phù hợp với đề tài) – tham khảo giáo trình cách trình bày kiến thức liên quan đến đề tài  Phép dãn  Phép dãn ảnh A phần tử cấu trúc B cho ảnh G Mỗi vị trí cấu trúc B quét qua chọn giá trị lớn trả điểm mốc tương ứng ảnh G     Phép giãn ảnh sửa chữa chỗ nứt Phép giãn ảnh làm giãn đối tượng Phép giãn ảnh làm cho vật thể rõ lấp đầy lỗ nhỏ vật thể Imdilate(image,SE)  Phép co  Phép co ảnh A phần tử cấu trúc B cho ảnh G Mỗi vị trí cấu trúc B quét qua chọn giá trị nhỏ trả điểm mốc tương ứng ảnh G  Phép co ảnh loại bỏ đối tượng nhỏ, đối tượng tách biệt để lại đối tượng đáng kể Imerode(image,SE)  Một số phép biến đổi dựa phép giãn ảnh co ảnh: Function Define imopen Perform morphological opening imclose Perform morphological closing bwskel Skeletonize objects in a binary image bwperim Find perimeter of objects in a binary image bwhitmiss Perform binary hit-miss transform imtophat Perform a morphological top-hat transform imbothat Perform morphological bottomhat transform  Phép mở ảnh (imopen)  Là kết hợp phép co ảnh giãn ảnh với phần tử cấu trúc  Thực phép co ảnh trước, sau thực giãn ảnh  Phép mở ảnh hữu ích loại bỏ đối tượng nhỏ ảnh giữ hình dạng kích thước vật thể lớn ảnh   Thực mở hình thái Thao tác mở xóa hình ảnh sau làm giãn hình ảnh bị xói mịn, sử dụng thành phần cấu trúc cho hai thao tác Mở hình thái hữu ích để loại bỏ vật thể nhỏ khỏi hình ảnh giữ hình dạng kích thước vật thể lớn hình ảnh  Phép đóng ảnh (imclose)  Là kết hợp phép co ảnh giãn ảnh với phần tử cấu trúc  Thực phép giãn ảnh trước, sau thực co ảnh   Thực đóng hình thái Thao tác đóng làm giãn hình ảnh sau làm xói mịn hình ảnh bị giãn, sử dụng yếu tố cấu trúc cho hai hoạt động Đóng hình thái hữu ích để lấp đầy lỗ nhỏ từ hình ảnh giữ hình dạng kích thước đối tượng hình ảnh CHƯƠNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 2.1 Mơ tả tốn Mơ tả tốn, chức toán (Sử dụng phần mềm Eclipse phiên bao nhiêu? SQL Server phiên bao nhiêu? ) 2.2 Công cụ  Giới thiệu tổng quan Matlab  Matlab ngơn ngữ lập trình thực hành bậc cao sử dụng để giải tốn kỹ thuật Matlab tích hợp việc tính tốn, thể kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc dễ dàng cho người 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 mơ mơ hình thực tế  Phân tích, khảo sát hiển thị liệu  Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh  Cho phép phát triển, giao tiếp với số phần mềm khác C++, Fortran  Tổng quan cấu trúc liệu Matlab, ứng dụng  Matlab hệ thống tương giao, phần tử liệu mảng (mảng khơng địi hỏi kích thước) Chúng cho phép giải vấn đề liên quan đến lập trình máy tính, đặc biệt sử dụng phép tính ma trận hay vectơ sử dụng ngơn ngữ C học Fortran lập trình thực ứng dụng lập trình câu lệnh gọi từ Matlab Matlab viết tắt từ chữ “MATrix LABoratory” tức thư viện ma trận, từ phần mềm Matlab viết nhằm cung cấp cho việc truy cập vào phần mềm ma trận cách dễ dàng, phần mềm ma trận phát triển cơng trình Linpack Eispack Ngày Matlab phát triển Lapack Artpack tạo nên nghệ thuật phần mềm cho ma trận  Dữ liệu  Dữ liệu Matlab thể dạng ma trận (hoặc mảng - tổng quát), có kiểu liệu liệt kê sau đây:  Kiểu đơn single, kiểu có lợi nhớ liệu địi hỏi byte nhớ hơn, kiểu liệu không sử dụng phép tính tốn học, độ xác  Kiểu double kiểu kiểu thông dụng biến Matlab  Kiểu Sparse  Kiểu uint8, uint8, uint16, uint64  Kiểu char ví dụ “Hello”  Kiểu cell  Kiểu Structure  Trong Matlab kiểu liệu double kiểu mặc định sử dụng phép tính số học  Ứng dụng    Các khoá học toán học Các kỹ sư, nhà nghiên cứu khoa học Dùng Matlab để tính tốn, nghiên cứu tạo sản phẩm tốt sản xuất  Toolbox công cụ quan trọng Matlab  Công cụ Matlab cung cấp cho phép bạn ứng dụng kỹ thuật để phân tích, thiết kế, mơ mơ hình  Ta tìm thấy toolbox mô trường làm việc    Mạng nơron Logic mờ Simulink  Hệ thống Matlab            Hệ thống giao diện Matlab chia thành phần: Môi trường phát triển Đây nơi đặt công cụ, phương tiện giúp sử dụng lệnh file, ta liệt kê số sau Desktop Command Window Command History Browsers for viewinghelp Thư viện, hàm toán học bao gồm cấu trúc tính tổng, sin cosin atan, atan2 etc , phép tính đơn giản đến phép tính phức tạp tính ma trận nghich đảo, trị riêng, chuyển đổi fourier, laplace, symbolic library Ngơn ngữ Matlab Đó ngôn ngữ cao ma trận mảng, với dòng lệnh, hàm, cấu trúc liệu vào, lập trình hướng đối tượng Đồ hoạ Matlab Bao gồm câu lệnh thể đồ họa mơi trường 2D 3D, tạo hình ảnh chuyển động, cung cấp giao diện tương tác người sử dụng máy tính Giao tiếp với ngôn ngữ khác Matlab cho phép tương tác với ngôn ngữ khác C, Fortran …  Giới thiệu công cụ sử dụng để thiết kế ứng dụng (VD: Matlab 2019b; OpenCV, Python, thư viện cần cho ứng dụng (nếu có) 2.3 Thiết kế ứng dụng 2.3.1 Giao diện 2.3.2 Các chức  LOAD  XĨI MỊN  GIÃN NỞ  IMOPEN  IMCLOSE 2.4 Kết chương trình  Chương trình Load ảnh gốc  Ảnh kết “ Giãn nở”  Ảnh kết “Xói mịn”  Ảnh kết “Imopen”  Ảnh kết “Imclose” KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận  Đã hoàn thành chương trình chạy biến đổi hình thái học với hình thái bản:  Giãn nở  Xói mịn  Imopen  Imclose  Một số tài liệu tham khảo  Giáo trình “Xử lý ảnh”  Tài liệu internet “https://tapit.vn/xu-ly-anh-hinh-thai-hoc-morphologicalimage-processing/”  “https://www.slideshare.net/phamngoclong33/2-9-27278324” Hướng phát triển Để đề tài tốt hơn, em đề xuất hướng phát triển đề tài (bổ sung chức năng, sử dụng công cụ thiết kế giao diện đẹp như…) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trường Đại học Sao Đỏ (2022), Giáo trình Xử lý ảnh [2] Trần Văn A (2018), Xử lý ảnh, NXB KH&KT [3] website:…