Nghiên cứu kỹ thuật dán nhãn đối tượng 2d

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VŨ VĂN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT DÁN NHÃN ĐỐI TƢỢNG 2D LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Luận văn nghiên cứu kiến thức mà học viên thu thập, tìm hiểu đƣợc trình học tập Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin truyền thông- Đại học Thái Nguyên, dƣới hƣớng dẫn, giúp đỡ thầy cô bạn bè Đặc biệt hƣớng dẫn thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Văn Huân Học viên xin cam đoan nội dung luận văn sản phẩm chép tài liệu khoa học Thái Nguyên, ngày 12 tháng năm 2015 Học viên Vũ Văn Anh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Luận văn khơng thể hồn thành khơng có động viên, hỗ trợ nhiều ngƣời Trƣớc hết xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Huân ngƣời thầy bảo, giúp đỡ tận tình trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ thông tin truyền thông – Đại học Thái Nguyên, ngƣời trang bị kiến thức sở, tảng cho việc nghiên cứu, tiếp thu tri thức mới, mà từ tơi hồn thành tốt luận văn Q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi hi vọng đƣợc góp ý chân thành từ phía thầy, giáo, bạn bè, đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu đƣợc hoàn thiện Xin chân trọng cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU Chƣơng I TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN DÁN NHÃN 1.1 Giới thiệu toán 1.2 Định nghĩa toán 1.3 Tƣ tƣởng chung giải toán dán nhãn Chƣơng MỘT SỐ THUẬT TOÁN DÁN NHÃN ĐỐI TƢỢNG 2.1 Thuật toán dán nhãn điểm GFPL 2.2 Kỹ Thuật toán ELP 15 2.2.1 Thuật toán ELP 15 2.2.2 Thuật toán Fast ELP: 17 2.3 Giới thiệu kỹ thuật NLP (Node Label Placement) 23 2.4 Kỹ thuật MLP (Multiple Label Placement) 24 2.4.1 Giới thiệu kỹ thuật MLP 24 2.4.2.Thuật toán Iterative 29 2.4.3 Thuật toán Flow-based 32 2.5 Kỹ thuật dán nhãn dựa vào hiệu chỉnh đối tƣợng 36 2.6 Thuật toán dán nhãn đƣờng biên 37 2.6.1 Giới thiệu chung 37 2.6.2 Thuật toán 39 Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH CÀI ĐẶT ỨNG DỤNGError! Bookmark not defined.6 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 3.1 Đánh giá thuật toán 466 3.2 Yêu cầu toán dán nhãn 49 3.3 Chƣơng trình: 49 3.4 Kết thử nghiệm 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1 (a) Dán nhãn điểm, (b) Dán nhãn cạnh, (c) Dán nhãn vùng Hình 2.1 Bản vẽ hƣớng nơi nhãn đƣợc định vị kỹ thuật phù hợp cho kỹ thuật GFLP Các nhãn đƣợc đặt song song với trục ngang Hộp màu xám nút nhãn hộp trắng cạnh nhãn 12 Hình 2.2 Đồ thị với vị trí nhãn đƣợc dán cho cạnh 13 Hình 2.3 Vị trí nhãn cho điểm 13 Hình 2.4 Xác định vị trí nhãn cho cạnh 18 Hình 2.5 (a) Một vẽ đơn giản với vị trí nhãn cho cạnh (b) Các đồ thị phù hợp tƣơng ứng 19 Hình 2.6 Một kết dán nhãn thuật tốn Fast ELP 21 Hình 2.7 Kết dán nhãn cạnh cho vẽ trực giao có nhiều cạnh nằm ngang, áp dụng Fast ELP 22 Hình 2.8 Bản vẽ hình trịn với nhãn cạnh, nơi nhãn đƣợc phép chồng lên đối tƣợng hình khác, đƣợc xây dựng kỹ thuật ELP 23 Hình 2.9 (a) Phân nhãn thích hợp (b) Đặt nhãn gây hiểu nhầm (c) Ràng buộc khoảng cách chặt chẽ (d) Xác định ràng buộc tự 27 Hình 2.10 (a) Gán nhãn thích hợp (b) Việc gán nhãn chấp nhận đƣợc (c) Việc gán nhãn gây hiểu nhầm 29 Hình 2.11 Một vẽ trực giao với vị trí hai nhãn cạnh dụng thuật toán Iterative 31 Hình 2.12 Một vẽ phân cấp với vị trí hai nhãn cạnh dụng thuật tốn Iterative 32 Hình 2.13 Đồ thị Flowbased 33 Hình 2.14 Bản vẽ với vị trí hai nhãn cạnh thuật tốn Flow-based 34 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii Hình 2.15 Một vẽ vòng tròn với ba nhãn cho cạnh nút đƣợc định vị thuật toán Flow-based Các ô màu trắng nhãn cạnh hộp đen nút nhãn 35 Hình 2.16 Bốn bƣớc kĩ thuật lần, đánh nhãn thành phần 40 Hình 2.17 P điểm đầu đƣờng biên ngoài,1 điểm đen chƣa đƣợc đánh nhãn 41 Hình 2.18 (A) P điểm khởi đầu đƣờng biên trong, nằm đƣờng biên (B) P điểm khởi đầu đƣờng biên nhƣng không nằm đƣờng biên 1: điểm đen chƣa đƣợc đánh nhãn, ∆: điểm đen đƣợc đánh nhãn 41 Hình 2.19 P điểm chƣa đƣợc đánh nhãn, điểm lân cận trái N đƣợc đánh nhãn 42 Hình 2.20 Các điểm trắng bao quanh đối tƣợng đƣợc đánh dấu số âm 43 Hình 2.21 Các điểm trắng quanh đối tƣợng đƣợc đánh dấu âm đƣờng biên đƣợc lần 43 Hình 2.22 Lần đƣờng biên đối tƣợng 44 Hình 2.23 (A) đánh số thứ tự điểm lân cận P từ tới 7; (B) Nếu điểm biên trƣớc P nằm bắt đầu tìm kiếm từ 44 Hình 2.24 Lần đƣờng biên trong, ngồi đồng thời đánh dấu điểm trắng bao quanh 45 Hình 2.25 Ví dụ điểm biên P nằm đƣờng biên 46 Hình 2.26 (A) Nếu P nằm đƣờng biên ∂, điểm lân cận trái Q điểm trắng ∂ phải có điểm U Q P (B) Ngoài ra, đƣờng kẻ dọc L qua Q khơng giao với phi Q Q điểm nằm thành phần (đối tƣợng xét) P điểm thuộc đƣờng biên 48 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT GFLP Graphical Feature Label Placement ELP Edge Label Placement MLP Multiple Label Placement NLP Node Label Placement Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài: Công nghệ thông tin bƣớc phát triển cao số hóa tất liệu thông tin, luân chuyển mạnh mẽ kết nối tất lại với Mọi loại thông tin, số liệu âm thanh, hình ảnh đƣợc đƣa dạng kỹ thuật số để máy tính lƣu trữ, xử lý chuyển tiếp cho nhiều ngƣời Những công cụ kết nối thời đại kỹ thuật số cho phép dễ dàng thu thập, chia sẻ thông tin hành động sở thông tin theo phƣơng thức hoàn toàn mới, kéo theo hàng loạt thay đổi quan niệm, tập tục, thói quen truyền thống, chí cách nhìn giá trị sống Công nghệ thông tin mang lại cho ngƣời thành tựu to lớn nhiều lĩnh vực đời sống nhƣ xây dựng kiến trúc, y tế, giáo dục, quảng cáo Đặc biệt lĩnh vực khoa học, nhiều ngành cần có hỗ trợ công nghệ thông tin Một ứng dụng quan trọng nghành công nghệ thơng tin, đặc biệt đối tƣợng đị họa 2D nhƣ đồ địa lí, hình ảnh việc dán nhãn cho đối tƣợng Tự động đặt vị trí nhãn lĩnh vực trực quan hóa thơng tin Nhãn đoạn văn nhằm truyền đạt thông tin, làm rõ ý nghĩa cấu trúc phức tạp đƣợc biểu diễn dạng đồ họa Bài toán tự động dán nhãn đƣợc xác định lĩnh vực nghiên cứu quan trọng Bài tốn có ứng dụng nhiều lĩnh vực bao gồm vẽ đồ, hệ thống thông tin địa lý vẽ đồ thị Hiện giới có nhiều cơng trình nghiên cứu tốn dán nhãn tự động Tuy nhiên Việt Nam, toán đƣợc đề cập đến cách hạn chế Từ định hƣớng cán hƣớng dẫn, vào phát triển ứng dụng tốn này, tơi định lựa chọn đề tài: “ Nghiên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn cứu kỹ thuật dán nhãn cho đối tƣợng 2D ”, đề tài có mang tính thực tiễn cao đồng thời mở nhiều hƣớng phát triển nghiên cứu 2.Lịch sử nghiên cứu Những tài liệu đƣợc công bố liên quan đến toán dán nhãn toán dán nhãn cho đồ địa lí, tốn đặc tả đồ có hai yếu tố cần phải đặc tả yếu tố hình chữ viết Một công bố liên quan đến toán dán nhãn Eduard Imhof[7] vào năm 1962, sau toán dán nhãn tự động đƣợc xây dựng số nhà khoa học nhƣ Pinhas Yoeli[5]…Vào thập niên 80 lƣợng nghiên cứu đến tốn dán nhãn tự động có tăng thể qua nhiều báo đƣợc công bố, nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực khác quan tâm đến chủ đề thuộc lớp tốn tối ƣu tổ hợp có độ phức tạp tính tốn cao 3.Mục đích đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Bài toán dán nhãn tự động cho đối tƣợng cụ thể nhƣ đồ, đối tƣợng 2D, đối tƣợng 3D… đƣợc nghiên cứu công bố giới Tuy nhiên Việt Nam chƣa quan tâm đến tốn cách mức Vì đề tài đƣợc xây dựng với mục đích: Tìm hiểu toán dán nhãn cho đối tƣợng, thực tiễn ứng dụng lĩnh vực, tìm hiểu số vấn đề đồ họa 2D, thuật toán liên quan từ đặt tảng nghiên cứu sâu vấn đề từ thiết kế chƣơng trình thử nghiệm dán nhãn cho số đối tƣợng 2D Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài tập chung vào đối tƣợng 2D thuật tốn dán nhãn tự động Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 40 - Bước (2.16C): Khi quét đến điểm thuộc đƣờng biên B’ đƣợc đánh nhãn, tiếp tục quét nốt dòng để tìm hết dãy điểm đen (nếu tồn tại), đánh dấu nhãn giá trị nhãn B’ Hình 2.16 Bốn bước kĩ thuật lần, đánh nhãn thành phần Theo thủ tục này, ta quét qua ảnh lần, đánh cho điểm nhãn trùng với nhãn điểm trƣớc đƣờng quét Chi tiết giải thuật nhƣ sau: Để đơn giản, ta coi điểm dòng trắng (nếu khơng, chèn thêm dịng trắng) Với ảnh nhị phân I cho trƣớc, ta gắn với ảnh L, L lƣu thơng tin nhãn Khởi tạo, tất điểm L đặt (chƣa đƣợc đánh nhãn) Bắt đầu quét I để tìm điểm đen Gọi C số nhãn cho đối tƣợng, khởi tạo C = Bốn bƣớc đƣợc giảm cịn ba bƣớc logic: Bƣớc đầu xử lí điểm thuộc đƣờng biên ngồi gặp, tìm điểm thuộc đƣờng biên Bƣớc hai xử lí điểm thuộc đƣờng biên gặp, tìm điểm thuộc đƣờng biên Bƣớc ba xử lí điểm chƣa gặp hai bƣớc Gọi P điểm thuật toán xử lí - Bước 1: Nếu P chƣa đƣợc đánh nhãn điểm thẳng P điểm trắng (Hình 2.17), P phải điểm thuộc đƣờng biên thành phần gặp Đánh nhãn C cho P, chạy thủ tục contour tracing (thủ tục lần đƣờng biên, đƣợc giải thích sau) để tìm đƣờng biên ngồi đánh nhãn C cho điểm Sau tăng C lên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 41 Hình 2.17 P điểm đầu đường biên ngoài,1 điểm đen chưa đánh nhãn - Bước 2: Nếu điểm thẳng dƣới P điểm trắng chưa đánh dấu (việc đánh dấu điểm trắng đƣợc làm thủ tục lần biên), P phải điểm thuộc đƣờng biên gặp Có hai khả năng: Nếu P đƣợc đánh nhãn (Hình 2.18A) P phải đồng thời điểm thuộc đƣờng biên ngồi Nếu P chƣa đƣợc đánh nhãn (Hình 2.18B), trƣờng hợp điểm N trƣớc P đƣờng quét (điểm lân cận trái P) phải đƣợc đánh nhãn, ta đánh nhãn cho P trùng với nhãn N Ở hai trƣờng hợp, thực thi thủ tục contour tracing tìm đƣờng biên có chứa P, đánh nhãn cho điểm nhãn với P Hình 2.18 (A) P điểm khởi đầu đường biên trong, nằm đường biên (B) P điểm khởi đầu đường biên không nằm đường biên 1: điểm đen chưa đánh nhãn, ∆: điểm đen đánh nhãn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 42 Hình 2.19 P điểm chưa đánh nhãn, điểm lân cận trái N đánh nhãn - Bước 3: Nếu P điểm bƣớc 1, (VD P khơng phải điểm thuộc đƣờng biên) điểm lân cận trái N P đƣợc đánh nhãn (Hình 2.19) Đánh nhãn cho P giá trị với nhãn N Nhƣ mơ tả hình 2.20, để tránh thực thủ tục Contour tracing điểm Q, ta đánh dấu điểm trắng bao quanh đối tƣợng số âm Vì vậy, đƣờng quét tới Q, điểm dƣới Q khơng cịn điểm trắng chƣa đƣợc đánh dấu, điểm trắng dƣới P chƣa đƣợc đánh dấu đƣờng biên P chƣa đƣợc lần Bằng cách đánh dấu điểm trắng bao quanh, ta chắn đƣờng biên đƣợc lần lần Trong Hình 2.21, đƣờng biên đƣợc lần, điểm trắng dƣới R đƣợc đánh dấu, quét tới R ta không cần lần đƣờng biên (chỉ thực lần đƣờng biên điểm lân cận dƣới điểm trắng chƣa đánh dấu) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 43 Hình 2.20 Các điểm trắng bao quanh đối tượng đánh dấu số âm Việc đánh dấu điểm trắng bao quanh đƣợc làm thủ tục Tracer, đƣợc gọi tới thủ tục lần biên Contour tracing Hai thủ tục đƣợc miêu tả dƣới Contour tracing: Mục tiêu thủ tục để tìm đƣờng biên hay từ điểm S Từ điểm S ta gọi thủ tục Tracer Nếu Tracer xác định S điểm cô tới cuối thủ tục Contour tracing Hình 2.21 Các điểm trắng quanh đối tượng đánh dấu âm đường biên lần Nếu không, Tracer trả điểm T thuộc đƣờng biên, nối tiếp S Ta tiếp tục thực thi thủ tục Tracer để tìm điểm biên P Lặp lại cho Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 44 tới gặp hai điều kiện sau: (1) Tracer trả S; (2) điểm biên lần đƣợc từ S trùng T Minh họa hình 2.22, S điểm bắt đầu, T điểm biên tiếp theo,đƣờng lần đƣợc Tracer STUTSVWVS Hình 2.22 Lần đường biên đối tượng Tracer: Với điểm biên P, mục tiêu Tracer tìm điểm biên P số điểm lân cận P Vị trí điểm lân cận P đƣợc đánh số nhƣ hình 2.23A Bắt đầu tìm kiếm theo chiều kim đồng hồ, từ “điểm khởi tạo” đƣợc xác định theo cách sau: Hình 2.23 (A) đánh số thứ tự điểm lân cận P từ tới 7; (B) Nếu điểm biên trước P nằm bắt đầu tìm kiếm từ Nếu P điểm khởi đầu đƣờng biên ngồi, bắt đầu tìm từ điểm vị trí số (do ta biết điểm P điểm trắng, điểm theo chiều kim đồng hồ số 7) Nếu P điểm khởi đầu đƣờng biên điểm bắt đầu tìm từ điểm số Nếu tồn điểm biên trƣớc P, ví dụ vị trí 3, điểm khởi tạo tìm kiếm điểm đƣợc quét qua (Hình 2.23B) Tổng quát, P điểm đầu đƣờng biên, với đƣờng biên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 45 biên ngoài, điểm khởi tạo tìm kiếm d + (mod 8), với d vị trí điểm biên trƣớc P Hình 2.24 Lần đường biên trong, ngồi đồng thời đánh dấu điểm trắng bao quanh Khi khởi tạo vị trí tìm kiếm, tiến hành tìm theo chiều kim đồng hồ Gặp điểm đen điểm biên từ P Nếu khơng tìm thấy điểm đen qt hết vịng P điểm lập Minh họa hình 2.24, A điểm biên tại, C điểm biên tiếp theo, lần từ A tới C ta đánh dấu điểm trắng B số âm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 46 Chƣơng ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN DÁN NHÃN THEO ĐƢỜNG BIÊN VÀ CHƢƠNG TRÌNH CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG 3.1 Đánh giá thuật tốn Tính đắn thuật tốn Bổ đề 2.1 Thuật tốn tốn dị biên qt qua điểm ảnh không số lần định Chứng minh: Do ảnh đƣợc quét lần, điểm không thuộc vào cạnh đƣợc quét qua lần Với điểm biên, số lần thủ tục Contour tracing quét qua số đƣờng biên chứa Một điểm biên nằm tối đa bốn đƣờng biên (hình 2.20) Vì vậy, thuật tốn qt qua điểm khơng thuộc biên lần, điểm biên khơng q bốn lần Hình 2.25 Ví dụ điểm biên P nằm đường biên Định lí 2.1 Thuật tốn dị biên chạy thời gian tuyến tính Contour tracing thủ tục phổ biến Điểm biên đụng phải trình quét điểm bên trái đƣờng biên (do chiều quét) Ta gọi điểm điểm biên mở (opening pixel) Điểm biên mở đƣờng biên thành phần (đối tƣợng) đƣợc gọi điểm mở đối tƣợng Với thuật toán này, đối tƣợng đƣợc gặp lần điểm mở đƣờng biên đƣợc lần từ điểm biên mở Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 47 Có thể thấy rõ ràng điểm đen đƣợc đánh nhãn theo thứ tự định thuật toán Để chứng minh tính xác thuật tốn, ta cần phải tất điểm đen thuộc thành phần đƣợc đánh nhãn mội điểm đen thuộc thành phần khác đƣợc đánh nhãn khác Bổ đề 2.2 Mội điểm thuộc thành phần đƣợc đánh nhãn Chứng minh: Giả sử điểm mở thành phần đƣợc đánh nhãn C Theo bƣớc thuật toán, điểm đƣờng biên đƣợc đánh nhãn C Ta dùng quy nạp chứng điểm cịn lại thành phần đƣợc đánh nhãn C Giả sử điểm P, điểm đen gặp trƣớc P trình quét đƣợc đánh nhãn C Ta cần phải chứng minh P đƣợc đánh nhãn C Khơng tính tổng qt, coi nhƣ P khơng phải điểm thuộc đƣờng biên ngồi Có ba trƣờng hợp xảy ra: Trường hợp 1: P không thuộc đƣờng biên P khơng thuộc đƣờng biên ngồi P phải điểm nằm đối tƣợng Lân cận trái Q P điểm đen Do Q đƣợc gặp trƣớc đƣờng quét, theo giả thiết Q đƣợc đánh nhãn C Theo bƣớc thuật tốn P phải đƣợc đánh nhãn C Trường hợp 2: P nằm đƣờng biên ∂ nhƣng điểm mở ∂ Gọi Q điểm mở ∂, Q phải đƣợc quét qua trƣớc P Theo giả thiết quy nạp Q đƣợc đánh nhãn C, theo bƣớc thuật tốn P phải đƣợc đánh nhãn C Trường hợp 3: P điểm mở đƣờng biên Vậy điểm lân cận trái Q trƣớc P điểm đen vì: Nếu Q điểm trắng, P nằm đƣờng biên   phải có điểm U nằm dịng Q P (Hình 11) Điều trái giả thiết P điểm mở  Vậy Q điểm đen Q đƣợc quét tới trƣớc P nên Q đánh nhãn C theo giả thiết quy nạp Theo bƣớc thuật tốn P đƣợc đánh nhãn C Vậy trƣờng hợp P đƣợc đánh nhãn C Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 48 Hình 2.26 (A) Nếu P nằm đường biên ∂, điểm lân cận trái Q điểm trắng ∂ phải có điểm U Q P (B) Ngồi ra, đường kẻ dọc L qua Q không giao với phi Q Q điểm nằm ngồi thành phần (đối tượng xét) P điểm thuộc đường biên Bổ đề 2.3 Mọi điểm thuộc đối tƣợng khác đƣợc đánh nhãn khác Chứng minh: Từ bổ đề trƣớc, điểm thành phần đƣợc đánh nhãn với điểm mở thành phần Mặt khác, bƣớc thuật toán đảm bảo điểm mở thành phần đƣợc đánh nhãn Vậy thành phần khác có nhãn khác Từ bổ đề 2.2 2.3 ta có định lí sau: Định lí 2.2 Kết đánh nhãn cho đối tƣợng thuật tốn xác Tính hiệu thuật toán Thuật toán đƣợc đề cập có số ƣu Thứ nhất, thuật tốn cần lần quét qua ảnh Các điểm thuộc đƣờng biên đối tƣợng phải quét qua nhiều lần thủ tục lần đƣờng biên, nhiên không vƣợt số lần định Thứ hai, thuật tốn khơng địi hỏi cần bƣớc đánh nhãn lại Khi điểm ảnh đƣợc đánh số thứ tự, giá trị không đổi Thứ ba, kết ta thu đƣợc tất đƣờng biên thứ tự Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 49 điểm ảnh đƣờng biên Thứ tƣ, kết chạy thử nghiệm cho thấy thời gian chạy thuật toán nhanh so với thuật toán cổ điển Thuật toán áp dụng hiệu lĩnh vực mà ta cần phát đối tƣợng ảnh nhị phân phân loại chúng dựa đặc điểm đƣờng biên Ví dụ cụ thể lĩnh vực phân tích nhận dạng văn bản, thuật tốn có hiệu cao Công việc nhận dạng văn cần phát thành phần (ví dụ phân biệt chữ cái, kí tự), sau nhận dạng đối tƣợng tìm đƣợc Các đối tƣợng ảnh có tính thứ tự nhƣ ảnh đốt chấm (half-tone picture, ảnh tạo nên từ đốt chấm kích cỡ khác nhau), kí tự, dịng hay vùng text cần đƣợc phân loại trƣớc đƣa vào phân tích nhận dạng Có nhiều phƣơng pháp để phân loại đối tƣợng dựa đặc điểm đƣờng biên 3.2 Yêu cầu toán dán nhãn Luận văn tập trung vào vấn đề dán nhãn cho đối tƣợng 2D Để củng cố phần lý thuyết đề cập, chƣơng trình đƣợc cài đặt minh họa cho kỹ thuật dán nhãn lần theo đƣờng biên nêu chƣơng II, áp dụng cho đối tƣợng cụ thể, ảnh nhị phân dạng pcx Bài tốn đƣợc đặt nhƣ sau: - Đầu vào: Một ảnh đƣợc chuyển sang dạng nhị phân, đặt đuôi pcx - Đầu ra: Phân tách, xác định lần theo đƣờng biên đối tƣợng 3.3 Chƣơng trình: Về thuật tốn dò biên cho đối tƣợng 2D nhằm phát chu tuyến bao gồm bƣớc sau: Bƣớc : Xác định điểm xuất phát b0 Bƣớc : Dựa vào điểm biên bn+1 Bƣớc 3: lặp lại bƣớc hai gặp điểm biên xuất phát Do xuất phát từ tiêu chuẩn định nghĩa khác điểm biên quan hệ liên thơng ,nên tốn tử dị biên thƣờng cho hình thức sắc thái khác Kết tác động tốn tử dị biên lên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 50 điểm biên bn điểm biên bn+1 láng giềng bn Thông thƣờng toán tử đƣợc xây dựng nhƣ hàm đại số Bool Trên tám láng giềng bn cách xây dựng toán tử phụ thuộc vào định nghĩa quan hệ liên thông điểm biên có khó khăn tƣơng ứng cho việc khảo sát tính chất đƣờng biên Ngồi bƣớc vào biên phải kiểm tra láng giềng điểm nên thuật toán thƣờng hiệu qủa để khắc phục hạn chế ta tách thuật tốn dị biên thành hai bƣớc Bƣớc 1: Xác định cặp vùng xuất phát Bƣớc : lựa chon điểm biên Trong bƣớc thực chức ánh xạ tập vùng lên tập vùng ,bƣớc thực chức chọn điểm biên Do thuật toán tổng quát nhƣ sau: Bƣớc 1: Xác định cặp vùng xuất phát Bƣớc : Xác địng cặp vùng Bƣớc 3: Lựa chọn điểm biên Bƣớc 4: Nếu gặp cặp xuất phát dừng ,nếu khơng quay lại bƣớc 3.4 Kết thử nghiệm Dƣới kết chạy thử nghiệm thuật toán lần theo đƣờng biên Hình ảnh tự vẽ ảnh nhị phân kết trả đường biên đối tượng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 51 KẾT LUẬN Dán nhãn cho đối tƣợng 2D chủ đề rộng lớn có tính thực tiễn cao Đề tài nêu, mô tả so sánh số kỹ thuật khác việc dán nhãn đối tƣợng đồ họa Xây dựng hệ thống tự động dán nhãn có nhiều ứng dụng lĩnh vực nhƣ: nghiên cứu, vẽ đồ địa lí, đồ thị, nhận dạng chữ Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu, đề xuất thuật tốn xây dựng hệ thống đƣa vào ứng dụng thực tế Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề đƣợc nghiên cứu, nhiều vấn đề cần quan tâm Với mục tiêu nghiên cứu số kỹ thuật toán dán nhãn, luận văn đạt đƣợc số kết sau : - Trình bày số tƣ tƣởng để giải toán dán nhãn tổng quát, áp dụng cho dán nhãn riêng cho đối tƣợng 2D - Trình bày thuật toán tách thành phần ảnh nhị phân cách xác định đƣờng biên chúng đánh nhãn; đánh giá tính đắn hiệu thuật tốn - Cài đặt thử nghiệm chƣơng trình cho thuật toán tách thành phần ảnh nhị phân - Thiết kế chƣơng trình demo sử dụng kĩ thuật nghiên cứu để kiểm chứng thể kiến thức nghiên cứu Kiến nghị hƣớng nghiên cứu Trên sở lí thuyết tìm hiểu, nghiên cứu trình chạy thử nhiệm chƣơng trình minh họa cho thuật tốn lần theo đƣờng biên để dán nhãn đối tƣợng, luận văn đạt đƣợc số kết định Tuy nhiên để đáp ứng đƣợc yêu cầu đƣa vào ứng dụng, thuật toán lần theo biên để dán nhãn đối tƣợng đƣợc trình bày luận văn cịn cần nhiều cải tiến để xử lí ảnh thực tế Do đó, tơi có số kiến nghị hƣớng nghiên cứu nhƣ: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 52 - Phát triển thuật toán để xử lí đƣợc ảnh màu Chƣơng trình cịn gặp nhiều khó khăn qt, xử lí ảnh có chất lƣợng, độ phân giải không tốt Ảnh nguồn cần đƣợc chuyển qua dạng nhị phân trƣớc xử lí quét Do bƣớc chuyển định dạng ảnh này, đối tƣợng ảnh bị biến dạng, phân tách hay thay đổi đƣờng biên Vì vậy, ta sử dụng số giải pháp không làm biến dạng ảnh nhƣ phân cụm màu - Xử lí nhiễu ảnh Ảnh đƣợc scan hay ảnh chụp bị nhiễu hay xoay ảnh Tuy nhiên thuật tốn chƣa tính tốn tới nhiễu ảnh nhƣ chƣa xác định đƣợc hƣớng xoay ảnh - Phát triển thuật toán dán nhãn biên để xây dựng ứng dụng cho vẽ đồ, đồ thị, tính tốn đến trƣờng hợp nhƣ dán đa nhãn cho đối tƣợng đồ họa đặc biệt đối tƣợng 2D Mặc dù có nhiều cố gắng nghiên cứu thực luận văn, đƣợc bảo nhiệt tình thầy giáo hƣớng dẫn, động viên giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp nhƣng luận văn tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc góp ý bổ sung thầy giáo, cô giáo ngƣời để luận văn đƣợc hồn thiện Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt : [1] Một số kỹ thuật phát bám sát đối tƣợng - Trần Thanh Việt, Trần Công Chiến, Huỳnh Cao Tuấn, Nguyễn Hữu Nam, Đỗ Năng Toàn [2] Frank A.Netter - Dịch giả: Nguyễn Quang Quyền, Phạm Đăng Diệu, 2012 Atlas giải phẫu ngƣời, NXB Y học [3] Đỗ Năng Toàn, 2002 Biên ảnh số tính chất, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 40, Số ĐB, 41-48 Tài liệu tiếng Anh : [4] R.H Haralick, 1981 Some neighborhood operations, in: M Onoe, K Preston, A Rosenfeld (Eds.), RealTime/Parallel Computing Image Analysis, Plenum Press, New York [5] K G Kakoulis and I G Tollis, 2006 Algorithms for the Multiple Label Placement Problem Computational Geometry, 35(3):143–161… [6] A Rosenfeld, P Pfaltz, 1966 Sequential operations in digital picture processing, J Assoc Comput Mach 12, 471–494 [7] E Imhof, 1975 Positioning names on maps The American Cartographer, 2(2):128–144 [8] A Rosenfeld, P Pfaltz, 1966 Sequential operations in digital picture processing, J Assoc Comput Mach 12, 471–494 [9] F Chang, Y.C Lu, T Pavlidis, 1999 Feature analysis using line sweep thinning algorithm, IEEE Trans Pattern Anal Mach Intell 21, 145–158 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 54 Thái Nguyên, ngày 15 tháng năm 2015 Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn Học viên Vũ Văn Anh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... SỐ THUẬT TOÁN DÁN NHÃN ĐỐI TƢỢNG 2.1 Thuật toán dán nhãn điểm GFPL Giới thiệu Các nghiên cứu giải toán dán nhãn đƣợc tập trung vào việc dán nhãn nhãn cho đối tƣợng 2D tập thành phần đối tƣợng 2D. Thành... chung giải toán dán nhãn Hầu hết nghiên cứu toán dán nhãn gần tập trung vào dán nhãn cho đối tƣợng đồ vật lý đồ kỹ thuật Bài tốn vị trí nhãn thƣờng chia làm ba loại: (a) dán nhãn điểm (VD : thành... theo yêu cầu dán nhãn cụ thể Khái quát thuật toán Kỹ thuật dán nhãn đƣợc chuyển thành toán tổng hợp Nội dung kỹ thuật linh hoạt tùy chỉnh cho yêu cầu dán nhãn cụ thể Trong phần kỹ thuật đƣợc trình