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

1 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 ban Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 11 năm 2010 Tác giả Hoàng Thị Vân Anh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “ Tìm hiểu số kỹ thuật phát góc nghiêng văn ứng dụng” tự tìm hiểu hoàn thành hướng dẫn thầy giáo PGS TS Ngô Quốc Tạo MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Hình 3.4: Sơ đồ phân bố histogram chu vi sau gom 56 PrmAvr 61 Hình 3.4: Sơ đồ phân bố histogram chu vi sau gom 61 4.1 Sơ đồ chức chương trình 64 4.2 Thiết kế Menu 65 4.3 Giao diện chương trình 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kết thực nghiệm phương 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 tượng .12 Hình 1.7: Hướng láng giềng điểm ảnh 13 Hình 1.8a: Hướng xác định cặp vùng xuất phát 14 Hình 1.8b: Hướng xác định cặp vùng .14 Hình 2.1: Biến đổi Hough cho đường thẳng 16 Hình 2.2: Tham số r – φ đường thẳng .16 Hình 2.3: Biến đổi Hough không gian r- φ 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 tượng rỗ ảnh sau quay 23 Hình 2.8 a Ảnh gốc 23 Hình 2.8b Ảnh bị nghiêng 50 23 Hình 2.8 Phương pháp hình chiếu tính từ ảnh hình 2.8a, 2.8b 24 Hình 2.9 Một ví dụ dòng văn có xu hướng dính lại với ảnh hưởng dấu .27 Hình 2.10: Các điểm left most bottom bottom most left 28 Hình 2.11: Những khoảng góc nghiêng khác sử dụng để ước lượng 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 hướng 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 hướng 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 tượng phức tạp ký tự 52 Hình 3.3: Sơ đồ phân bố histogram chu vi trước 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 tượng bao 57 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thông tin người thu nhận từ giới bên ngoài, đến 80% 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 vẽ đồ, lĩnh vực quảng cáo, siêu thị, quân sự… Các hệ thống xử lý ảnh cho phép người thu nhận lưu trữ, phân tích nhận dạng ảnh, phận quan trọng xử lý ảnh xử lý văn Một nhiệm vụ đối tượng xử lý ảnh văn tự động hóa công việc văn phòng Hiện phần lớn lượng thông tin lưu trữ, trình bày phân phối thông qua phương tiện chủ yếu giấy người tin tưởng nhận văn giấy Tuy nhiên có xu hướng 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 lưu trữ, khôi phục bảo trì ngày tăng lên Để chuyển đổi từ tài liệu giấy sang dạng điện tử kỹ thuật thường gồm ba bước: quét công nghệ kỹ thuật số, phân tích bố cục nhận dạng ký tự Khi văn quét vào máy, văn bị nghiêng tránh khỏi yếu tố khác đưa ảnh vào Hầu hết thuật toán nhận dạng ký tự, phân tích bố cục phổ biến 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 tương ứng Văn bị lệch có ảnh hưởng 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 phương pháp phát góc nghiêng văn Từ đưa nhận xét, so sánh phương pháp Lựa chọn công cụ phát triển phù hợp cài đặt ứng dụng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu vài kỹ thuật phát góc nghiêng văn mặt lý thuyết, từ lựa chọn phương 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 trường hợp như: xử lý ảnh ban đầu ảnh theo mong muốn người dùng (ví dụ ảnh bị nghiêng cần xử lý để thu ảnh xác hơn…) Phương 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 CHƯƠNG 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? Quá trình xử lý ảnh xem trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho kết mong muốn Kết đầu trình xử lý ảnh ảnh “tốt hơn” kết luận Ảnh “tốt hơn” Ảnh Xử lý ảnh Kết luận Hình 1.1 Quá trình xử lý ảnh Mục đích xử lý ảnh gồm: - Biến đổi ảnh, làm tăng chất lượng ảnh - Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá nội dung ảnh Nhận biết đánh giá nội dung ảnh để phân biệt đối tượng với đối tượng khác, từ ta mô tả ảnh ban đầu Có số phương pháp nhận dạng như: nhận dạng cạnh số đối tượng ảnh, tách cạnh, phân đoạn hình ảnh … Các kỹ thuật ứng dụng nhiều y học như: xử lý tế bào, nhiễm sắc thể; nhận dạng chữ viết văn bản… Thu nhận ảnh (Scanner, Camera, Senssor ) Tiền xử lý Trích chọn đặc điểm Hậu xử lý Hệ định Lưu trữ Đối sánh rút kết luận Hình 1.2: Các giai đoạn xử lý ảnh 1.1.2 Các vấn đề xử lý ảnh * Ảnh điểm ảnh: - Điểm ảnh xem dấu hiệu hay cường độ sáng tọa độ không gian đối tượng ảnh - Ảnh xem tập hợp điểm ảnh Ảnh biểu diễn mảng số thực hai chiều (Ii j) có kích thước (m x n), phần tử Ii j (i = 1…m; j = 1…n) biểu đồ mức xám ảnh vị trí (i, j) tương ứng Ảnh gọi ảnh nhị phân giá trị nhận * Mức xám: Mức xám kết mã hóa tương ứng cường độ sáng điểm ảnh với giá trị số - kết trình lượng hóa Cách mã hóa thường dùng 16, 32 hay 64 mức, mã hóa 256 mức phổ dụng * Đối tượng ảnh: Trong trình xử lý ảnh, ảnh thu nhận vào máy phải mã hóa, ảnh phải lưu trữ cho ứng dụng khác thao tác loại liệu Một số dạng ảnh chuẩn hóa như: GIF, BMP, PCX, ; kiểu lưu trữ ảnh có điểm riêng Tùy theo vùng giá trị xám điểm ảnh mà ảnh phân chia thành ảnh màu, ảnh xám, ảnh nhị phân Khi ảnh có giá trị ta nói ảnh nhị phân ảnh đen trắng điểm ảnh gọi điểm ảnh nhị phân Việc đếm điểm ảnh ảnh nhị phân qua biến đổi tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách đặc tính Để tạo ảnh nhị phân từ ảnh đa cấp xám ta dùng phương pháp tách ngưỡng Các giá trị nằm ngưỡng gán giá trị bên ngưỡng gán giá trị - Kỹ thuật tách ngưỡng: Ngưỡng θ kỹ thuật tách ngưỡng thường cho người sử dụng Kỹ thuật tìm, tách ngưỡng tự động nhằm tìm ngưỡng θ cách tự động dựa vào Histogram theo nguyên lý vật lý vật thể tách làm phần tổng độ lệch phần tối thiểu Giả sử ta có ảnh I ~ kích thước m x n; G ~ số mức xám ảnh kể khuyết thiếu; t(g) ~ số điểm ảnh có mức xám ≤ g m( g ) = g ∑ i.h(i) ~ mômen quán tính trung bình có mức xám ≤ g t ( g ) i =0 g a f (g) Hàm f: f ( g ) = t(g) [ m( g ) − m(G − 1)] m × n − t(g ) {f ( g )} Tìm θ cho: f ( g ) = 0≤mg