ỨNG DỤNG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO VÀO PHÁT HIỆN KHUÔN MẶT NGƯỜI TRONG ẢNH SỐ

Tuynhiên, do nhu cầu cải tiến sáng tạo trong công nghệ phục vụ cho cuộc sống ngày càng cao đòi hỏiphải có một môn khoa học chuyên nghiên cứu về phương pháp sáng tạo giúp cho công việc đư

MỤC LỤC

PHẦN MỘT: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

VÀ TƯ DUY SÁNG TẠO 5

1.KHOA HỌC VÀ SÁNG TẠO 5

1.1 Khoa học 5

1.2 Sáng tạo 5

1.3 Pháp luận sáng tạo 5

2 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5

2.1 Chức năng cơ bản của nghiên cứu khoa học 5

2.2 Các đặc điểm của nghiên cứu khoa học 5

2.3 Các loại hình nghiên cứu khoa học 6

2.4 Các bước nghiên cứu 7

3 VẤN ĐỀ KHOA HỌC 8

3.1 Khái niệm 8

3.2 Các tình huống vấn đề 8

3.3 Các phương pháp phát hiện vấn đề khoa học 8

4 MỘT SỐ NGUYÊN LÝ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN 8

5 PHƯƠNG PHÁP SCAMPER 8

6 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ-BÀI TOÁN PHÁT MINH, SÁNG CHẾ 11

6.1 Bốn mươi Nguyên tắc sáng tạo cơ bản 11

6.2 Nội dung một số Nguyên tắc sáng tạo 13

6.2 1 Nguyên tắc phân nhỏ 13

6.2.2 Nguyên tắc tách khỏi 14

6.2.3 Nguyên tắc vạn năng 14

6.2.4 Nguyên tắc chứa trong 15

6.2.5 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 15

6.2.6 Nguyên tắc dự phòng 15

6.2.7 Nguyên tắc đảo ngược 17

6.2.8 Nguyên tắc bộ xung chiều khác 17

6.2.9 Nguyên tắc quan hệ phản hồi 17

6.2.10 Nguyên tắc sử dụng trung gian 18

6.2.11 Nguyên tắc đổi màu 19

6.2.12 Nguyên tắc đồng nhất 19

7 SÁU MŨ TƯ DUY 19

7.1 Mũ trắng 19

7.2 Mũ đỏ 20

7.3 Mũ vàng 21

7.4 Mũ đen 21

7.5 Mũ xanh lục 21

7.6 Mũ xanh lam 21

PHẦN HAI: BÀI TOÁN “ỨNG DỤNG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO VÀO PHÁT HIỆN KHUÔN MẶT NGƯỜI TRONG ẢNH SỐ” 23

1 ĐẶT VẤT ĐỀ 23

2 BÀI TOÁN “ỨNG DỤNG MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO VÀO PHÁT HIỆN KHUÔN MẶT NGƯỜI TRONG ẢNH SỐ” 24

2.1.Các ứng dụng của nhận diện khuôn mặt 23

2.2 Giới thiệu hệ thống nhận diện khuôn mặt 25

2.3Bài toán dò tìm, phát hiện khuôn mặt người trong ảnh số 26

2.4 Các hướng tiếp cận 28

2.3.1 Hướng tiếp cận dựa trên tri thức 28

2.3.2 Hướng tiếp cận dựa trên những đặc trưng không thay đổi 28

2.3.3 Hướng tiếp cận dựa trên so khớp mẫu 28

2.3.4 Hướng tiếp cận dựa trên diện mạo (hướng tiếp cận theo phương pháp học)28 2.5.Ứng dụng các nguyên tắc sáng tạo vào bài toán phát hiện mặt người trong ảnh số 2.5.1.Nguyên tắc phân nhỏ 30

2.5.2.Nguyên tắc đổi màu 30

2.5.3.Nguyên tắc tách khỏi 31

2.5.4.Nguyên tắc thực hiện sơ bộ 32

2.5.5.Nguyên tắc quan hệ phản hồi 32

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển lịch sử xã hội loài người gắn liền với quá trình sáng tạo lâu dài và liên tục, từviệc chế tạo ra các công cụ thô sơ cho tới công cụ hiện đại hơn sử dụng nhiệt năng và tới sự phátminh ra điện đã đánh dấu một bước phát triển nhảy vọt trong sáng tạo, các máy tính khổng lồ chotới các máy tính cá nhân nhỏ gọn lần lượt xuất hiện

Cùng với sự sáng tạo, con người ngày càng đạt được những thành tựu vượt bậc trong khoahọc công nghệ làm thay đổi thế giới, thay đổi cách thức làm việc và suy nghĩ của con người Tuynhiên, do nhu cầu cải tiến sáng tạo trong công nghệ phục vụ cho cuộc sống ngày càng cao đòi hỏiphải có một môn khoa học chuyên nghiên cứu về phương pháp sáng tạo giúp cho công việc được dễdàng và có cơ sở lý thuyết rõ ràng hơn Vì thế, phương pháp luận sáng tạo ra đời với mục đích trang

bị cho người học hệ thống các phương pháp, các kỹ năng thực hành về suy nghĩ để giải quyết cácvấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy Và trong đó

40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản được Alshuller G.S tổng hợp lại trở thành những nguyên tắc thủ thuật

cơ bản thiết thực nhất

Trong bài thu hoạch này, em sẽ trình bày hai phần chính:

- Phần một: Trình bày cơ sở lý thuyết Phương pháp nghiên cứu khoa học và tư

duy sáng tạo

- Phần hai: Vận dụng lý thuyết phương pháp nghiên cứu khoa học vào bài toán

“Ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo vào phát hiện khuôn mặt người trong ảnh số”

Qua đây, em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến GS.TSKH Hoàng Kiếm, người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức về môn học “PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ TƯ DUY SÁNG TẠO” để em có cơ sở tìm hiểu sâu hơn và làm nền tảng nghiên cứu sau này.

1.2 Sáng tạo: là hoạt động tạo ra bất cứ cái gì mới và các mới đó đem lại lợi ích.

1.3 Pháp luận sáng tạo: Là bộ môn khoa học có mục đích xây dựng và trang bị cho mọi

người hệ thống các phương pháp, các kỹ năng thực hành tiên tiến về suy nghĩ để giải quyếtvấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy

2 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC:

Là một họat động tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm Dựa trên những sốliệu, tài liệu, kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm nghiên cứu khoa học để phát hiện ranhững 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

2.1 Chức năng cơ bản của nghiên cứu khoa học

- Tính mới: Nghiên cứu khoa học là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà con

người chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo Đây là đặc điểm quan trọng nhất

- Tính tin cậy: Kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do nhiều

người khác nhau trong điều kiện giống nhau Do đó, một nguyên tắc mang tính phươngpháp luận của nghiên cứu khoa học là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, ngườinghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện

- Tính thông tin: là những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện tượng,

thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó

- Tính khách quan: Để đảm bảo tính khách quan, người nghiên cứu khoa học cần phải tự

trắc nghiệm lại những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận

- Tính rủi ro: Một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại Thất bại có thể do nhiều

nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả và mang ýnghĩa về một kết luận của nghiên cứu khoa học và được lưu giữ, tổng kết lại như một tàiliệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối mòn, tránhlãng phí các nguồn lực nghiên cứu

- Tính kế thừa: Có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu Ngày nay

không có một nghiên cứu khoa học nào bắt đầu từ chỗ hòan tòan trống không về kiếnthức, phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau

- Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện trong tư

duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân

- Tính phi kinh tế: Lao động nghiên cứu khoa học hầu như không thể định mức, thiết bị

chuyên dụng dùng trong nghiên cứu khoa học hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh

tế của nghiên cứu khoa học hầu như không thể xác định

2.3 Các loại hình nghiên cứu khoa học

- Nghiên cứu cơ bản: là những nghiên cứu nhằm phát hiện thuộc tính, cấu trúc, động

thái các sự vật, tương tác trong nội bộ sự vật và mối liên hệ giữa sư vật với các sư vậtkhác Sản phẩm nghiên cứu cơ bản có thể là các khám phá, phát hiện, phát minh, dẫn đến

viêc hình thành một hệ thống lý thuyết có giá trị tổng quát, ảnh hưởng đến một hoặcnhiều lĩng vực khoa học.

- Nghiên cứu ứng dụng: là sự vận dụng quy luật được phát hiện từ nghiên cứu cơ bản để

giải thích một sự vật, tạo ra những nguyên lý mới về các giải pháp và áp dụng chúng vàosản xúât và đời sống Giải pháp được hiểu theo nghĩa rộng có thể là một giải pháp vềcông nghệ, về vật liệu, về tổ chức và quản lý

- Nghiên cứu triển khai: là sự vận dụng các quy luật (thu được từ nghiên cứu cơ bản) và

các nguyên lý (thu được từ nghiên cứu ứng dụng) để đưa ra các hình mẫu với nhữngtham số khả thi về kỹ thuật

2.4 Các bước nghiên cứu

- Xác lập vấn đề nghiên cứu:

+ Chọn và cụ thể hóa đề tài+ Xác định cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu+ Nghiên cứu lịch sử vấn đề

- Giai đọan chuẩn bị nghiên cứu:

+ Chuẩn bị điều kiện nghiên cứu+ Thiết lập danh mục tư liệu

- Lựa chọn và nghiên cứu thông tin:

+ Thu thập và xử lý thông tin+ Nghiên cứu tư liệu

+ Thâm nhập thực tế+ Tiếp xúc cá nhân + Xử lý thông tin

- Xây dựng giả thuyết, lựa chọn phương pháp và lập kế hoạch:

+ Xây dựng giả thuyết

+ Xác định phương pháp luận nghiên cứu

+ Lập kế hoạch

- Hoàn tất nghiên cứu:

+ Đề xuất và xử lý thông tin+ Xây dựng kết luận và khuyến nghị

- Viết báo cáo hòan tất công trình:

+ Sắp xếp tư liệu+ Viết báo cáo

Vấn đề khoa học cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu hoặc câu hỏi nghiên cứu,

là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chếcủa tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn

Không có nghiên cứu

Nảy sinh vấn đề khác

Không có nghiên cứu

Nghiên cứu theo một hướng khác

- Tìm những kẻ hở, phát hiện những vấn đề mới

- Tìm những bất đồng

- Nghĩ ngược lại quan niệm thông thường

- Quan sát những vướng mắc trong thực tiễn

- Lắng nghe lời kêu ca phàn nàn

- Cảm hứng: những câu hỏi bất chợt xuất hiện khi quan sát sự kiện nào đó

4 MỘT SỐ NGUYÊN LÝ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ THỰC TIỄN

- Đơn giản hóa – Loại bỏ

- Thay đổi – Hoán vị - Sắp xếp lại

- Thay thế bằng cái tương đương

- Kết hợp, tích hợp

- Gia tăng, Thu nhỏ

- Nghịch đảo – Đối ngẫu

5 PHƯƠNG PHÁP SCAMPER

SCAMPER là 1 kỹ năng tư duy tổng hợp do Michael Mikalko sáng tạo nên Đó là

một công cụ tư duy khá hiệu quả, trợ giúp đắc lực trong quá trình tìm ra các phát kiến nhằmthay đổi sản phẩm hoặc tiến trình công việc

SCAMPER là ghép các chữ cái đầu của nhóm từ sau: Substitute ( thay thế), Combine (kết hợp), Adapt (thích nghi), Modify (hiệu chỉnh), Put (thêm vào), Eliminate (loại bỏ) và Reverse (đảo ngược).

 Substitute: Với 1 sản phẩm, bạn hãy quan sát thành phần tạo nên chúng và thử suy

nghĩ xem liệu các thành phẩm này có thể được thay thế bằng nguyên vật liệu nàokhác? Trong một quá trình làm việc, liệu vấn đề nhân lực thay thế sẽ là ai? Có nên

Các câu hỏi có thể đặt ra: Thay đổi cái gì để nâng cao chất lượng? Chuyện gì xảy ra

nếu tôi thay cái này bằng cái khác? Làm cách nào để đổi địa điểm, thời gian, nguyên

vật liệu, vấn đề nhân lực ?

Vắ dụ: Hạt nêm: thay thế các gia vị khác

 Combine: Bạn hãy quan sát xem có thể biến tấu thêm gì, kết hợp thêm được gì để tạo

ra 1 sản phẩm mới, đề cao khả năng hợp lực của từng tắnh năng

Các câu hỏi có thể đặt ra: Nguyên vật liệu cần là gì? Các tắnh năng? Quy trình? Nhân

lực? Cái gì có thể kết hợp lại? Sẽ kết hợp khâu nào? Ở đâu?

Vắ dụ: Tạo ra máy in tắch hợp: in, scan, copy, fax.

 Adapt: Nghĩ xem khi thay đổi, các tắnh nãng này có phù hợp không?

Các câu hỏi có thể đặt ra: chúng ta có thể bắt chýớc cái gì? Mô phỏng cái gì?

Vắ dụ: Gýờng cho trẻ em cấu tạo nhý 1 chiếc xe đua.

 Modify: tãng và giảm kắch cỡ, thay đổi hình dáng, thuộc tắnh Màu sắc, âm thanh,

hýõng vị, hình thức mẫu mã,Ầ Nó có thể mạnh lên, cao lên, to lên hoặc ngýợc lại:nhẹ hõn, nhỏ hõn,Ầ

Vắ dụ: Công ty gốm sứ Minh Long liên tục đýa ra mẫu mã.

 Put: Có thể áp dụng cho cách dùng khác? Mục đắch khác? Lĩnh vực khác?

Các câu hỏi đặt ra: Tôi có thể lấn sân sang thị trýờng nào? Thị trýờng nào có thể tiêu

Vắ dụ: Xe bay nhý trực thãng, lội nýớc nhý thuyền

 Eliminate: loại bỏ và đõn giản hoá các thành phần, nghĩ xem chuyện gì xảy ra nếu bạn

loại đi hàng loạt các quy trình, sản phẩm, vấn đề và cõ hội, nghĩ xem bạn sẽ làm gì với

Câu hỏi có thể đặt ra: chuyện gì xảy ra nếu tôi loại bỏ 1 số thành phần của sản phẩm?

Hýớng giải quyết không theo cách thông thýờng?

Vắ dụ:Xe moto thể thao loại bỏ phụ tùng không cần thiết.

 Reverse: Bạn có thể lật ngựợc vấn đề? Cách suy nghĩ này sẽ giúp bạn nhìn rõ mọi góc

cạnh của vấn đề cũng nhý nhý cõ hội thấy điểm mới cho vấn đề (tham khảo thêm

Câu hỏi có thể đặt ra: Chuyện gì xảy ra nếu tôi làm theo theo hýớng khác? Nếu tôi lật

ngýợc trât tự cách làm cũng nhý cách sử dụng?

Ví dụ: Cho ra loại vải không phân biệt mặt phải hay trái.

Ví dụ minh họa: Hãy týởng týợng bạn là một nhà sản xuất về máy tính và máy in, bạn ðang

cần tìm ra những sản phẩm mới, SCAMPER có thể cho bạn những hýớng ði nhý sau:

 Substitute: Dùng nguyên vật liệu công nghệ cao làm thành phần tạo ra sản

phẩm

 Combine: Tích hợp máy tính với máy in, máy in với máy quét.

 Adapt: Ðặt mực in chất lýợng cao và loại giấy thật tốt.

 Modify: Ða dạng hóa về hình dáng, kích thýớc và thiết của máy in cũng nhý

máy tính

 Put: Nghĩ cách dùng khác cho sản phẩm: có thể tích hợp thành máy photo,

máy fax

 Eliminate:Loại bỏ âm thanh, màn hình màu, mực màu…

 Reverse: Chế tạo thêm bàn kê máy cũng nhý ghế ngồi…

Các bước tư duy sáng tạo :

- Bước 1: Viết ra vấn đề ban đầu, càng cụ thể càng tốt

- Bước 2: Tạo một vấn đề mới, hoàn toàn không liên hoan đến vấn đề ban đầu

- Bước 3: Giải quyết vấn đề mới

- Bước 4: Mượn những ý tưởng từ giải pháp cho vấn đề mới để liên hệ với vấn đề ban đầu

- Bước 5: Nghỉ ra những giải pháp cho vấn đề ban đầu

- Bước 6: Để nghỉ ra giải pháp cho vấn đề ban đầu, sử dụng phương pháp SCAMPER

6 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ-BÀI TOÁN PHÁT MINH, SÁNG CHẾ

6.1 Bốn mươi Nguyên tắc sáng tạo cơ bản

Phương pháp TRIZ là phát minh của Genrich S Altshuller (1926-1998) Đó là mộtphương pháp rất hữu hiệu có thể áp dụng được trong nhiều tình huống cần giải pháp mới

9 Nguyên lý gây ứng suất sơ bộ

10 Nguyên lý thực hiện sơ bộ

11 Nguyên lý dự phòng

12 Nguyên lý đẳng thế

13 Nguyên lý đảo ngược

14 Nguyên lý cầu (tròn) hóa

15 Nguyên lý năng động

16 Nguyên lý tác động bộ phận và dư thừa

17 Nguyên lý bộ xung chiều khác

18 Sự dao động cơ học

19 Nguyên lý tác đông theo chu kỳ

20 Nguyên lý tác đông liên tục hữu hiệu

21 Nguyên lý vượt nhanh

22 Nguyên lý chuyển hại thành thắng

23 Nguyên lý quan hệ phản hồi

24 Nguyên lý sử dụng trung gian

25 Nguyên lý tự phục vụ

26 Nguyên lý sao chép (copy)

27 Nguyên lý rẻ thay cho đắt

28 Nguyên lý thay thế sơ đồ cơ học

29 Nguyên lý sử dụng các kết cấu thủy và khí

30 Sử dụng bao mềm dẻo và mềm mỏng

31 Sử dụng vật liệu nhiều lỗ

32 Nguyên lý đổi màu

33 Nguyên lý đồng nhất

34 Nguyên lý loại bỏ và tái sinh từng phần

35 Đổi các thông số hóa lý của đối tượng

- Chia đối tượng thành những phần độc lập

- Tạo một đối tượng lắp ghép

- Tăng mức độ phân chia của đối tượng.

Ứng dụng

Trong bộ Office 2010, với thanh menu theo giao diện Ribbon, các chức năng được chia theo từng tab riêng biệt để thuận tiện hơn cho người dùng Ngoài ra, ta cũng có thể thêm các tab mới để chứa các chức năng riêng của mình

Một chương trình thường có nhiều module: giao diện, tác vụ xử lý và cơ sở dữ liệu

Do đó, người ta thường tách phần cơ sở dữ liệu ra khỏi chương trình nhằm dễ dàngcho việc thao tác, quản lý và bảo mật

- WPF cung cấp nhiều tính năng lập trình giao diện trong cùng một công nghệ đơnnhất: Windows Forms, PDF, Windows Forms/ GDI +, Windows Media Player,Direct3D

- WPF đưa ra ngôn ngữ đặc tả eXtensible Markup Language (XAML) XAML hỗtrợ designer và developer làm việc chung với nhau

- Công nghệ chung cho giao diện trên Windows và trên trình duyệt Web: Ta có thểtạo ra một ứng dụng trình duyệt XAML (XBAP) sử dụng WPF chạy trên InternetExplore Trên thực tế, cùng đoạn code này có thể được dùng để sinh ứng dụngWPF chạy độc lập trên Windows

6.2.4 Nguyên tắc chứa trong

Lớp (Class) là một kiểu dữ liệu được định nghĩa trong chương trình, ngoài các thành

phần là dữ liệu (thuộc tính) nó còn có các thành phần hàm (phương thức)

6.2.5 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ

Nội dung

- Thực hiện tất cả hoặc một phần các thao tác cần thiết trước khi thực hiện

- Sắp xếp các đối tượng sao cho chúng có thể đi vào hoạt động trong một khoảng thờigian hợp lí và từ một vị trí thích hợp

6.2.6 Nguyên tắc dự phòng

Nội dung

Dự trù cho tính không tin cậy của đối tượng bằng biện pháp phòng chống

Ứng dụng

Phiên bản Office 2010 đã cung cấp cơ chế bảo mật mạnh mẽ, cho phé hạn chếnhững thay đổi mà không có sự cho phép của tác giả, ngoài ra còn cung cấp thêm vào một

“chế độ bảo vệ” (protection mode) để tránh việc chúng ta vô tình sửa nội dung của một filengoài ý muốn Office 2010 cho phép chúng ta lựa chọn ai trong số những người nhận đượctài liệu của chúng ta chỉnh sửa, hoặc chỉ được phép xem mà không có quyền chỉnh sửa

Giảm thiểu khả năng mất dữ liệu khi chương trình đóng bất ngờ

Để đề phòng trường hợp treo máy, cúp điện hay làm mất điện, chúng ta nên bậttính năng sao lưu tự động theo định kỳ

6.2.7 Nguyên tắc đảo ngược

6.2.8 Nguyên tắc bộ xung chiều khác

Nội dung

- Loại bỏ các bài toán bằng cách dịch chuyển một đối tượng trong một chuyển độnghai chiều (tức là dọc theo mặt phẳng)