xử lý ảnh chương 4 phân vùng ảnh, phát hiện biên, hoàng văn hiệp

10/26/2011 Xử lý ảnh Hồng Văn Hiệp Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Viện Cơng nghệ thơng tin Truyền thông Email: hiephv@soict.hut.edu.vn Nội dung Chương Chương Chương Chương Giới thiệu chung Thu nhận & số hóa ảnh Cải thiện & phục hồi ảnh Phát tách biên, phân vùng ảnh Chương Trích chọn đặc trưng ảnh Chương Nén ảnh Chương Lập trình xử lý ảnh Matlab C 10/26/2011 Chương Phân vùng ảnh Hai phương pháp áp dụng phân vùng ảnh  Phương pháp dựa biên: phát biên  Phương pháp dựa vùng ảnh Phương pháp phân vùng dựa biên Phát không liên tục (biến đổi bất thường)  Phát điểm ảnh  Phát đường thẳng  Phát biên Các phương pháp nối biên Các phương pháp làm mảnh đường biên đến pixel 10/26/2011 Phát điểm ảnh Phát điểm ảnh T = 90% giá trị max mức xám 10/26/2011 Phát đường thẳng Chọn mặt nạ thích hợp để phát Lấy ngưỡng (thresholding) Phát đường thẳng 10/26/2011 Phát đường thẳng Giả sử muốn tìm đường thẳng theo hướng -45 độ Phát biên Xấp xỉ đạo hàm cấp 1, cấp 10 10/26/2011 Phát biên (tiếp) 11 Phát biên (tiếp) Đạo hàm cấp 1:  Bằng điểm không đổi  Khác điểm bắt đầu, kết thúc thay đổi (bắt đầu, kết thúc dốc)  Khác điểm nằm dốc Đạo hàm cấp 2:  Bằng điểm không đổi  Khác điểm bắt đầu, kết thúc thay đổi (2 giá trị) o Một giá trị phía bên thấp (tối) o Một giá trị phía bên cao (sáng)  Bằng điểm dốc 12 10/26/2011 Phát biên (tiếp) 13 Phát biên (tiếp) 14 10/26/2011 Phát biên (tiếp) Nhận xét  Độ lớn đạo hàm cấp 1: xác định điểm có nằm biên hay khơng  Dấu đạo hàm cấp cho biết điểm ảnh nằm vùng sáng hay vùng tối biên o Đạo hàm cấp ln có giá trị khác dấu ứng với điểm biên o Điểm cắt có ý nghĩa việc tìm biên mỏng 15 Phát biên (tiếp) Ảnh hưởng nhiễu đến đạo hàm Ảnh gốc + nhiễu Gaussian (mean = 0, delta = 0, 0.1 1, 10) 16 10/26/2011 Phát biên (tiếp) Ảnh hưởng nhiễu  Nhận xét: o Nhiễu ảnh gốc nhỏ o Ảnh hưởng đạo hàm lớn o  Các phép lọc làm trơn ảnh (lọc nhiễu, làm mờ ảnh) thường áp dụng trước lấy đạo hàm  Phát biên o Đạo hàm cấp 1: toán tử gradient o Đạo hàm cấp 2: toán tử laplacian 17 Toán tử gradient Gradient ảnh f(x, y) vị trí (x, y) định nghĩa 18 10/26/2011 Toán tử gradient (tiếp) 19 Toán tử gradient (tiếp) Cài đặt thực tế 20 10 10/26/2011 Laplacian of Gaussian 33 Bộ dò biên Canny Là dò biên cho kết tốt (so với Prewitt, sobel, LoG…)  Tỷ lệ lỗi thấp  Phân vùng điểm biên  Trả biên mỏng (đơn điểm) 34 17 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Các bước thực  Bước Smoothing  Bước Tính Gradients  Bước Loại điểm khơng cực đại  Bước Dò điểm biên ngưỡng 35 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Smoothing  Sử dụng lọc Gaussian  Cài đặt 36 18 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Tính Gradient  Sử dụng mặt nạ Gradient  Cài đặt 37 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Loại điểm khơng cực đại  Tính độ lớn góc vector gradient  Quantize góc vector gradient góc 45 độ gần 38 19 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp) 39 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp)  So sánh M(x, y) với M(x’, y’) theo hướng dương âm hướng gradient o Nếu M(x, y) > M(x’, y’) theo hai hướng  giữ     nguyên: gN(x, y) = M(x, y) o Ngược lại:  loại bỏ: gN(x, y) = Nếu: xét điểm (x+1,y) (x-1, y) Nếu: xét điểm (x,y+1) (x,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y+1) (x-1,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y-1) (x-1,y+1) 40 20 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Dò biên  Lựa chọn giá trị ngưỡng (TH TL): TH=kTL  Tính ảnh dựa ngưỡng 41  Loại bỏ điểm nằm biên “mạnh” Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp)  Những điểm nằm biên “mạnh”, gNH đánh dấu  Những điểm biên “yếu”, gNL o Step1 Duyệt qua điểm p gNH o Step2 Đánh dấu điểm biên “hợp lệ” gNL điểm liên thơng với p (8 liên thông) o Step Nếu tất điểm khác 0, p gNH thăm  step 4, ngược lại  step o Step Gán tất điểm gNL không đánh dấu biên “hợp lệ” o Step Thêm điểm khác gNL vào kết biên 42 21 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 43 Bộ dò Canny (tiếp) 44 22 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 45 Bộ dò Canny (tiếp) 46 23 10/26/2011 Phương pháp phân vùng dựa biên Phát không liên tục (biến đổi bất thường)  Phát điểm ảnh  Phát đường thẳng  Phát biên Các phương pháp nối biên Các phương pháp làm mảnh đường biên đến pixel 47 Các phương pháp nối biên Phương pháp xử lý nối biên cục Phương pháp xử lý toàn cục 48 24 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục Tổng quát  Tính độ lớn góc vector gradient o M(x, y) 𝛼(𝑥, 𝑦) o Áp mặt nạ (3x 3, x 5) cho điểm ảnh (x, y) kiểm tra  Nếu điều kiện thỏa mãn  nối điểm với   Chi phí tính tốn lớn 49 Phương pháp xử lý nối biên cục (tiếp) Thuật toán đơn giản  Tính độ lớn góc vector gradient o M(x, y) 𝛼(𝑥, 𝑦)  Tạo ảnh nhị phân g(x, y)  Duyệt dòng g điền (nối liền) khoảng trắng có độ dài < K  Duyệt tất hướng 𝜃, cách 50 o Quay g góc 𝜃 áp dụng qt dịng o Quay g góc -𝜃 25 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục (tiếp) 51 Phương pháp xử lý nối biên toàn cục Tổng quát  Tìm tất đường thẳng tạo điểm  Tìm tất tập điểm nằm (gần nằm trên) đường thẳng  Độ phức tạp o n(n-1)/2 đường thẳng o Số pháp so sánh n(n(n-1)/2) ~ n3 52 26 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên toàn cục Biến đổi Hough (Hough transform)  Xét điểm (xi, yi), đường thẳng quay (xi, yi) có dạng: y = ax + b  yi = axi + b  Có thể viết dạng: 53 Biến đổi Hough Cách tính tốn  Với giá trị (x, y) miền không gian, quét điền giá trị miền tham số 54 27 10/26/2011 Biến đổi Hough (tiếp) Giá trị amin, amax, bmin, bmax tùy thuộc vào giá trị điểm (x, y) Thuật toán:  Bước Xây dựng mảng số tích lũy H[a, b] gán giá trị ban đầu  Bước Với giá trị (xi, yi), với a, tính b theo b = -xi * a + yi H[a, b] +=  Bước Tìm giá trị lớn max H[a, b], max/N > ngưỡng  kết luận N điểm cho nằm đường thẳng 55 Biến đổi Hough (tiếp) Ví dụ: cho điểm (0, 1); (1, 3); (2, 5); (3, 5); (4, 9), ngưỡng = 80% Kiểm tra xem điểm có nằm đường thẳng hay khơng? Pt đường thẳng có 56 28 10/26/2011 Biến đổi Hough hệ tọa độ cực 57 Biến đổi Hough (tiếp) Chú ý:  Biến đổi Hough cịn áp dụng cho hình trịn, elipse hay hàm có dạng o F(v, c) =  Trong đó: v vector tọa độ  c vector tham số 58 29 10/26/2011 Biến đổi Hough (tiếp) Áp dụng cho toán nối biên  Giả sử biên tìm cách tính tốn gradient lấy ngưỡng  Xây dựng mảng số tích lũy miền tham số [𝜌, 𝜃], thiết lập phần tử ban đầu  Với điểm miền khơng gian, cập nhật mảng tích lũy số miền tham số  Xác định mối quan hệ pixel ảnh biên (có thể liên kết với khơng?) o Liên kết nếu: pixel có giá trị mảng số tích lũy lớn o Giới hạn khoảng cách pixel 59 Biến đổi Hough (tiếp) 60 30 10/26/2011 Bài tập Sobel 16 Canny 61 31 ...10/26/2011 Chương Phân vùng ảnh Hai phương pháp áp dụng phân vùng ảnh  Phương pháp dựa biên: phát biên  Phương pháp dựa vùng ảnh Phương pháp phân vùng dựa biên ? ?Phát không liên tục... biên Các phương pháp làm mảnh đường biên đến pixel 47 Các phương pháp nối biên Phương pháp xử lý nối biên cục Phương pháp xử lý toàn cục 48 24 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục Tổng qt... 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 45 Bộ dò Canny (tiếp) 46 23 10/26/2011 Phương pháp phân vùng dựa biên ? ?Phát không liên tục (biến đổi bất thường)  Phát điểm ảnh  Phát đường thẳng  Phát biên Các phương