Tìm hiểu một số kỹ thuật phát hiện góc nghiêng văn bản và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hoàng Thị Vân Anh TÌM HIỂU MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGÔ QUỐC TẠO Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo Viện Công nghệ thông tin, Khoa Công nghệ thông tin Đại học Thái Nguyên nhiệt tình giảng dạy hết lòng giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu đề tài Luận văn hoàn thành Khoa Công nghệ thông tin hướng dẫn PGS.TS Ngô Quốc Tạo Em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy Em xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp phòng Khảo thí & Đảm bảo chất lượng trường Đại học Hải Phòng tạo điều kiện giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Sự quan tâm, giúp đỡ gia đình bạn bè, đặc biệt lớp Cao học K7 Khoa Công nghệ thông tin cổ vũ, động viên em suốt thời gian học tập thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng song luận văn tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2010 Tác giả Hoàng Thị Vân Anh Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Tìm hiểu số kỹ thuật phát góc nghiêng văn ứng dụng” tự tìm hiểu đƣợc hoàn thành dƣới hƣớng dẫn thầy giáo PGS TS Ngô Quốc Tạo Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục i Danh mục bảng iv Danh mục hình vẽ iv MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN 1.1 Xử lý ảnh vấn đề xử lý ảnh 1.1.1 Xử lý ảnh gì? Hình 1.2: Các giai đoạn xử lý ảnh 1.1.2 Các vấn đề xử lý ảnh 1.1.2.1 Nắn chỉnh biến dạng 1.1.2.2 Khử nhiễu 1.1.2.3 Chỉnh mức xám 1.1.2.4 Phân tích ảnh 1.1.2.5 Nhận dạng ảnh 1.1.2.6 Nén ảnh 1.2 Bài toán phát góc nghiêng văn 1.2.1 Giới thiệu toán phát góc nghiêng văn 1.2.2 Biên phƣơng pháp phát biên 1.2.2.1 Biên đối tƣợng ảnh 1.2.2.2 Phƣơng pháp phát biên trực tiếp 1.2.2.3 Phƣơng pháp phát biên gián tiếp 11 1.2.2.4 Thuật toán dò biên tổng quát 12 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii CHƢƠNG II 15 MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG VĂN BẢN 15 2.1 Biến đổi Hough 15 2.1.1 Đƣờng thẳng Hough 15 2.1.2 Áp dụng biến đổi Hough xác định góc nghiêng văn .19 2.1.3 Thuật toán phát góc nghiêng văn 20 2.1.4 Chỉnh sửa góc nghiêng văn 22 2.2 Phƣơng pháp hình chiếu 23 2.2.1 Thuật toán Postl 25 2.2.2 Thuật toán Baird 25 2.2.3 Thuật toán Nakano 26 2.3 Phép toán hình thái - Morphology 26 2.3.1 Phƣơng pháp .26 2.3.2 Bƣớc tiền xử lý .28 2.4 Phƣơng pháp phân tích láng giềng 35 2.4.1 Phƣơng pháp .35 2.4.2 Thuật toán Yue Lu Chew Lim Tan 37 2.5 Phƣơng pháp đƣờng thẳng 38 2.5.1 Tƣ tƣởng thuật toán phát góc nghiêng văn .39 2.5.1.1 Chọn miền xác định đối tƣợng 39 2.5.1.2 Lựa chọn đối tƣợng 40 2.5.2 Bó cụm điểm chủ đạo 41 2.5.2.1 Định nghĩa 41 2.5.2.2 Phân cụm điểm chủ đạo 42 2.5.3 Lựa chọn đƣờng sở 42 2.5.3.1 Phân loại điểm chủ đạo 42 2.5.3.2 Xác định đƣờng thẳng sử dụng phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ 44 2.5.4 Thuật toán phát góc nghiêng .45 2.5.4.1 Thuật toán định hƣớng góc nghiêng đơn giản 45 2.5.4.2 Thuật toán 46 2.5.5 Thuật toán sửa góc nghiêng 47 2.5.5.1 Mô hình quét dòng văn 47 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii 2.5.5.2 Thuật toán chỉnh sửa góc nghiêng 48 2.5.5.3 Kết thử nghiệm 49 Bảng 1: Kết thực nghiệm phƣơng pháp phát góc nghiêng 49 2.6 Một vài phƣơng pháp khác 50 CHƢƠNG 51 NÂNG CAO TỐC ĐỘ VÀ CHẤT LƢỢNG 51 PHÁT HIỆN GÓC NGHIÊNG 51 3.1 Xử lý ảnh có độ phân giải thấp 51 3.2 Tự động xác định ngƣỡng phân loại 52 3.2.1 Mục đích ý nghĩa việc dùng ngƣỡng 52 3.2.2 Ý tƣởng xuất phát 53 3.2.3 Phƣơng pháp thực .53 3.3 Một vài trƣờng hợp ngoại lệ 56 CHƢƠNG 59 CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 59 4.1 Sơ đồ chức chƣơng trình 59 4.2 Thiết kế Menu 60 4.3 Giao diện chƣơng trình 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kết thực nghiệm phƣơng pháp phát góc nghiêng………………………………………………………………… 49 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá trình xử lý ảnh Hình 1.2: Các giai đoạn xử lý ảnh Hình 1.3a Hình 1.3b Hình 1.4a: Các 4- láng giềng điểm ảnh P 11 Hình 1.4b: Các 8- láng giềng điểm ảnh P 11 Hình 1.5a.Chu tuyến 12 Hình 1.5b Chu tuyến 12 Hình 1.6: Chu tuyến chu tuyến đối tƣợng 12 Hình 1.7: Hƣớng láng giềng điểm ảnh 13 Hình 1.8a: Hƣớng xác định cặp vùng xuất phát 14 Hình 1.8b: Hƣớng xác định cặp vùng 14 Hình 2.1: Biến đổi Hough cho đƣờng thẳng 16 Hình 2.2: Tham số r – φ đƣờng thẳng 16 Hình 2.3: Biến đổi Hough không gian r-  17 Hình 2.4: Các hình chữ nhật ngoại tiếp 18 Hình 2.5 : Áp dụng biến đổi Hough phát góc nghiêng văn 19 Hình 2.6 Quay điểm ảnh quanh gốc tọa độ 22 Hình 2.7 Hiện tƣợng rỗ ảnh sau quay 23 Hình 2.8 a Ảnh gốc 23 Hình 2.8b Ảnh bị nghiêng 50 23 Hình 2.8 Phƣơng pháp hình chiếu đƣợc tính từ ảnh hình 2.8a, 2.8b 24 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v Hình 2.9 Một ví dụ dòng văn có xu hƣớng dính lại với ảnh hƣởng dấu 27 Hình 2.10: Các điểm left most bottom bottom most left 28 Hình 2.11: Những khoảng góc nghiêng khác đƣợc sử dụng để ƣớc lƣợng góc nghiêng phù hợp cho phần tử cấu trúc 31 Hình 2.12: Một vài ví dụ việc sử dụng phép đóng mở với phần tử cấu trúc nghiêng 32 Hình 2.13: Một thành phần liên thông dài với hệ tọa độ ảnh 33 Hình 2.14a Định nghĩa điểm chủ đạo 41 Hình 2.14b Định hƣớng góc nghiêng 41 Hình 2.15: Điểm chủ đạo dòng văn 43 Hình 2.16: Quan hệ láng giềng điểm chủ đạo 43 Hình 2.17: Định hƣớng thuật toán phát góc nghiêng 45 Hình 2.18: Mô hình quét dòng văn 47 Hình 3.1 Một ảnh văn nghiêng có độ phân giải thấp 51 Hình 3.2: Ví dụ ảnh văn nghiêng với nhiều đối tƣợng phức tạp ký tự 52 Hình 3.3: Sơ đồ phân bố histogram chu vi trƣớc gom 55 Hình 3.4: Sơ đồ phân bố histogram chu vi sau gom 56 Hình 3.5 Ví dụ ảnh nghiêng có ký tự chữ 56 Hình 3.6 : Ví dụ văn nghiêng có đối tƣợng bao 57 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thông tin ngƣời thu nhận từ giới bên ngoài, đến 80% đƣợc ghi nhận mắt tức dạng ảnh Vì xử lý ảnh ngành khoa học đã, phát triển mạnh có ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống thực tiễn nhƣ vẽ đồ, lĩnh vực quảng cáo, siêu thị, quân sự… Các hệ thống xử lý ảnh cho phép ngƣời thu nhận lƣu trữ, phân tích nhận dạng ảnh, phận quan trọng xử lý ảnh xử lý văn Một nhiệm vụ đối tƣợng xử lý ảnh văn tự động hóa công việc văn phòng Hiện phần lớn lƣợng thông tin đƣợc lƣu trữ, trình bày phân phối thông qua phƣơng tiện chủ yếu giấy ngƣời tin tƣởng nhận đƣợc văn giấy Tuy nhiên có xu hƣớng phát triển để chia sẻ trao đổi thông tin điện tử, cần thiết để chuyển đổi từ tài liệu giấy sang tài liệu điện tử để lƣu trữ, khôi phục bảo trì ngày tăng lên Để chuyển đổi từ tài liệu giấy sang dạng điện tử kỹ thuật thƣờng gồm ba bƣớc: quét công nghệ kỹ thuật số, phân tích bố cục nhận dạng ký tự Khi văn đƣợc quét vào máy, văn bị nghiêng tránh khỏi yếu tố khác đƣa ảnh vào Hầu hết thuật toán nhận dạng ký tự, phân tích bố cục phổ biến nhƣng lại nhạy cảm biến dạng ảnh văn văn bị nghiêng gây lỗi nghiêm trọng cho việc phân tích văn Do phát chỉnh sửa ảnh văn bị nghiêng cần thiết giai đoạn tiền xử lý để tránh nhiễu trình xử lý nghiêng Một vấn đề xử lý ảnh văn toán góc nghiêng văn Nguyên nhân dẫn đến văn bị nghiêng góc xuất phát từ trình quét ảnh copy ảnh, dẫn đến ảnh bị lệch góc tƣơng Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ứng Văn bị lệch có ảnh hƣởng lớn đến trình xử lý ảnh tiếp theo, việc phát chỉnh sửa góc nghiêng văn nhiệm vụ quan trọng xử lý ảnh văn Với lý nên em chọn đề tài: “Tìm hiểu số kỹ thuật phát góc nghiêng văn ứng dụng” Mục tiêu nghiên cứu Hiểu đƣợc phƣơng pháp phát góc nghiêng văn Từ đƣa nhận xét, so sánh phƣơng pháp Lựa chọn công cụ phát triển phù hợp cài đặt ứng dụng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu vài kỹ thuật phát góc nghiêng văn mặt lý thuyết, từ lựa chọn phƣơng pháp cài đặt ứng dụng vào thực tế Áp dụng ảnh văn đen trắng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống hoá kiến thức kỹ thuật phát góc nghiêng văn Việc tìm hiểu phát triển ứng dụng thành công giúp cho việc xử lý ảnh trở nên đơn giản dễ dàng số trƣờng hợp nhƣ: xử lý ảnh ban đầu ảnh theo mong muốn ngƣời dùng (ví dụ nhƣ ảnh bị nghiêng cần xử lý để thu đƣợc ảnh xác hơn…) Phƣơng pháp nghiên cứu 5.1 Dựa tài liệu - Tìm hiểu lý thuyết liên quan đến xử lý ảnh - Tìm hiểu lý thuyết kỹ thuật phát góc nghiêng văn chỉnh sửa 5.2 Phương pháp toán học - Xử lý số liệu thống kê Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Thị Vân Anh Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn Tìm hiểu số kỹ thuật phát góc nghiêng văn ứng dụng tự tìm hiểu đƣợc... http://www.lrc-tnu.edu.vn ứng Văn bị lệch có ảnh hƣởng lớn đến trình xử lý ảnh tiếp theo, việc phát chỉnh sửa góc nghiêng văn nhiệm vụ quan trọng xử lý ảnh văn Với lý nên em chọn đề tài: Tìm hiểu số kỹ thuật phát góc. .. dụng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu vài kỹ thuật phát góc nghiêng văn mặt lý thuyết, từ lựa chọn phƣơng pháp cài đặt ứng dụng vào thực tế Áp dụng ảnh văn đen trắng Ý nghĩa khoa học thực