Nghiên cứu một số kỹ thuật phục hồi ảnh và ứng dụng

0 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN CAO HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT PHỤC HỒI ẢNH VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Ngô Quốc Tạo Học viên thực hiện: Đào Minh Sang Lớp: Cao học K10E Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Thái nguyên, tháng 12 năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đề tài riêng Các kết số liệu luận văn trung thực chưa công bố công trinh khác Trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Nếu xẩy trường hợp liên quan đến quyền xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả Đào Minh Sang Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trên thực tế thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian học tập mái trường Đại Học Công nghệ thông tin truyền thông – Đại Học Thái Nguyên em nhận giúp đỡ thầy cô, bố mẹ bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông – Đại Học Thái Nguyên thầy Viện Công nghệ thông tin truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em Và đặc biệt kỳ học cuối này, Trường tạo điều kiện cho em làm luận văn tốt nghiệp với đề tài : “Nghiên cứu số kỹ thuật phục hồi ảnh ứng dụng ” Em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Quốc Tạo tận tâm giúp đỡ hướng dẫn em qua buổi học lớp buổi nói chuyện thảo luận nghiên cứu đề tài Nếu hướng dẫn, bảo tận tình thầy thiết nghĩ báo cáo khó hoàn thành Với đề tài mẻ vốn kiến thức hạn chế nên tiểu luận có nhiều sai sót trình tiếp cận đề tài Em mong góp ý thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy bạn Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC TỬ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Lý Do chọn đề tài Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Hƣớng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài CHƢƠNG I – KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ PHỤC HỒI ẢNH 1.1 Giới thiệu xử lý ảnh 1.2 Những vấn đề hệ thống xử lý ảnh 10 1.2.1 Những khái niệm 10 1.2.2 Thu nhận ảnh 14 1.2.3 Xử lý nâng cao chất lượng ảnh 14 1.3 Phục hồi ảnh 15 1.3.1 Giới thiệu phục hồi ảnh 15 CHƢƠNG II – MỘT SỐ KỸ THUẬT PHỤC HỒI ẢNH 17 2.1 Khái niệm phục hồi ảnh 17 2.2 Các vấn đề liên quan đến phục hồi ảnh 17 2.3 Một mô hình trình suy thoái 19 2.4 Nhiễu 20 2.4.1 Nhiễu muối, hạt tiêu 20 2.4.2 Nhiễu Gauss 22 2.4.3 Nhiễu đốm 22 2.4.4 Các tính chất không gian tần số nhiễu 23 2.4.5 Định kỳ nhiễu 23 2.5 Các kỹ thuật phục hồi ảnh 25 2.5.1 Bộ lọc trung bình 25 2.5.2 Bộ lọc thích nghi 27 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.5.3 Lọc cấp độ thấp 28 2.5.4 Lọc theo thứ tự 29 2.5.5 Lọc nghịch đảo 30 2.5.6 Sử dụng lọc Band Reject: 31 2.5.7 Sử dụng lọc Notch: 32 CHƢƠNG III – CHƢƠNG TRÌNH THỦ NGHIỆM 34 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 34 3.1 Tổng Quan MATLAB 34 3.1.1 Khái niệm MATLAB 34 3.1.2 Cấu trúc liệu MATLAB ứng dụng 34 3.1.3 Hệ thống MATLAB 36 3.1.4 MATLAB đơn giản 37 3.1.5 Các cửa sổ làm việc MATLAB 37 3.2 Các hàm chuyển đổi kiểu ảnh 41 3.3 Giao diện đồ hoạ GUI 42 3.3.1 Khái niệm 42 3.3.2 Cách tạo GUI 42 3.3.3 Tạo GUI công cụ đồ họa 43 3.4 Thử nghiệm chƣơng trình lọc nhiễu muối tiêu gauss 45 3.4.1 Đặt toán 45 3.4.2 Các hàm chức 46 a) Lọc cấp độ thấp 46 b) Lọc trung bình 47 c) Lọc theo thứ tự 49 3.5 Kết thử nghiệm 50 3.5.1 Giao diện chương trình 50 3.5.2 Thử nghiệm với lọc trung bình 50 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 1.Thƣ mục chƣơng trình 62 2.Chƣơng trình 62 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ROI Region Of Interest PEL Picture Element CGA Color Graphic Adaptor PSF Point-Spread Function GUI Graphic user interface Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lân cận điểm ảnh tọa độ (x,y) Hình Ảnh gốc (a) Hình Thêm nhiễu muối, tiêu (b) Hình Nhiễu Gauss Hình (a) Nhiễu Gauss Hình b) Nhiễu đốm, nhiễu Gauss Hình Nhiễu chu kì Hình Lấy trung bình 3×3 Hình Lấy trung bình 5×5 Cửa sổ desktop (cửa sổ lớn nhất), cửa sổ phụ Hình 2 Giao diện câu lệnh Hình Gọi câu lệnh Hình Xem liệu Hình Kết Hình Dạng hàm function : có biến liệu vào biến Hình Tạo giao diện GUI Hình Màn hình tạo giao diện Hình Các chức Hình 10 Cửa sổ thiết kế giao diện GUI Hình 11 Kết thu công cụ đồ họa Hình Lấy trung bình 3×3 Hình Lấy trung bình 5×5 Hinh 3 Xóa muối-hạt tiêu với hàm medfilt Hình Sử dụng ma trận 3×3 (a) : 20% muối tiêu; (b) sau lọc Hình Lọc Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Xử lý ảnh môn khoa học ứng dụng, chuyên ngành nghiên cứu ứng dụng rộng rãi với nhiều lĩnh vực khác vật lý, hóa học , y học Xử lý ảnh thường hướng tới mục đích sau : Xử lý ảnh ban đầu để có ảnh theo yêu cầu Phân tích ảnh để thu thông tin nhằm hỗ trợ cho việc phân loại nhận biết ảnh Phục hồi ảnh (Restore image) để tăng cường phục hồi lại ảnh để làm bật số đặc tính ảnh, hay làm cho ảnh gần giống với trạng thái gốc, trạng thái trước ảnh bị biến dạng Phục hồi ảnh không mang ý nghĩa khoa học mà mang đậm tính thực tiễn hoàn cảnh Việt Nam chưa có nhiều hệ thống xử lý ảnh thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Sau tiếp cận môn học Xử Lý ảnh cộng thêm động viên thầy hướng dẫn em định lựa chọn “Nghiên cứu số kỹ thuật phục hồi ảnh ứng dụng”làm đề tài luận văn Luận văn bố trí theo phần sau: Chƣơng 1: Khái quát xử lý ảnh phục hồi ảnh chương giới thiệu chung xử lý ảnh phục hồi ảnh Chƣơng 2: Một số kỹ thuật phục hồi ảnh Chương trình bày số kỹ thuật phục hồi ảnh nhằm làm cho ảnh tốt lên cho ảnh thu gần giống so với ảnh gốc Chƣơng 3: Chương trình thử nghiệm Em cố gắng để hoàn thành luận văn Tuy nhiên chắn nhiều thiếu sót chưa có thật nhiều thời gian nghiên cứu kiến thức Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ hạn hẹp Em mong nhận góp ý từ thầy cô giáo bạn để luận văn em hoàn thiện Lý chọn đề tài Trong năm gần công nghệ thông tin phát triển với tốc độ nhanh chóng phần cứng phần mềm Sự phát triển công nghệ thông tin thúc đẩy phát triển nhiều lĩnh vực xã hội khác như: y học, giáo dục, giải trí, kinh tế vv…Sự phát triển phần cứng phương diện thu nhận, hiển thị, với tốc độ xử lý mở nhiều hướng cho phát triển phần mềm, đặc biệt lĩnh vực xử lý ảnh công nghệ thực ảo đời thâm nhập mạnh mẽ vào đời sống người Ảnh thu sau trình thu nhận ảnh phép biến đổi không tránh khỏi nhiễu khuyết thiếu Sự sai sót phần thiết bị quang học điện tử, phần khác thân phép biến đổi toàn ánh, nên có ánh xạ thiếu hụt đến điểm ảnh kết Việc khắc phục nhược điểm vấn đề đặt cho hệ thống xử lý ảnh Các hệ thống xử lý ảnh trình phân tích ảnh, tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Do nguyên nhân khác chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, nguồn sáng hay nhiễu, ảnh bị suy biến, cần phải tăng cường phục hồi lại ảnh để làm bật số đặc tính ảnh, hay làm cho ảnh gần giống với trạng thái gốc, trạng thái trước ảnh bị biến dạng Xuất phát hoàn cảnh “Nghiên cứu số kỹ thuật phục hồi ảnh ứng dụng” em chọn làm đề tài Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Về lý thuyết: Tìm hiểu khái quát xử lý ảnh, nghiên cứu kỹ thuật phục hồi ảnh Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Về thực tiễn: Trên sở kiến thức thu thập nghiên cứu, tổng hợp kỹ thuật để hướng đến ứng dụng thực tế cho kỹ thuật tìm hiểu Hƣớng nghiên cứu Nắm kiến thức xử lý ảnh phục hồi ảnh Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp kỹ thuật phục hồi ảnh để nâng cao chất lượng ảnh Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài không mang ý nghĩa khoa học mà mang đậm tính thực tiễn hoàn cảnh Việt Nam chưa có nhiều hệ thống xử lý ảnh thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Số hóa trung tâm học liệu 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 ... hoàn cảnh Nghiên cứu số kỹ thuật phục hồi ảnh ứng dụng em chọn làm đề tài Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Về lý thuyết: Tìm hiểu khái quát xử lý ảnh, nghiên cứu kỹ thuật phục hồi ảnh Số. .. thập nghiên cứu, tổng hợp kỹ thuật để hướng đến ứng dụng thực tế cho kỹ thuật tìm hiểu Hƣớng nghiên cứu Nắm kiến thức xử lý ảnh phục hồi ảnh Nghiên cứu, tìm hiểu phương pháp kỹ thuật phục hồi ảnh. .. thiệu phục hồi ảnh 15 CHƢƠNG II – MỘT SỐ KỸ THUẬT PHỤC HỒI ẢNH 17 2.1 Khái niệm phục hồi ảnh 17 2.2 Các vấn đề liên quan đến phục hồi ảnh 17 2.3 Một mô