Đang tải... (xem toàn văn)
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học mang tính công nghệ, nó là nghành khoa học mới nhưng tốc độ phát triển khá nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng của nó.Trong các thông tin con người thu nhận từ bên ngoài có đến hơn 80% là dưới dạng hình ảnh, vì vậy xử lý ảnh là một ngành khoa học phát triển mạnh mẽ, được áp dụng vào thực tiễn đời sống. Nhận thấy tầm quan trọng của sử lý ảnh tôi xin chọn đề tài : Tìm hiểu ứng dụng phương pháp lọc Canny để phát hiện tách biên, Ứng dụng thực nghiệm của ph ương pháp lọc Canny so vơi phương pháp Prewittđể nghiên cứu.
MỤC LỤC TRANG LỜI MỞ ĐẦU .2 NỘI DUNG I TÌM HIỂU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LỌC CANNY ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ TÁCH BIÊN Giới thiệu chung Một số kiểu đường biên Các phương pháp phát biên 4 Các bước tách biên phương pháp Canny .5 4.1 Giới thiệu chung 4.2 Các bước tiến hành phương pháp Canny II ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM, SO SÁNH PHƯƠNG .12 PHÁP LỌC CANNY SO VỚI PHƯƠNG PHÁP LỌC PREWITT Đánh giá thực nghiệm phương pháp lọc Canny Ưu điểm phương pháp Canny 16 So sánh Canny Prewitt III TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 LỜI MỞ ĐẦU Xử lý ảnh lĩnh vực mang tính khoa học cơng nghệ Nó ngành khoa học mẻ so với nhiều ngành khoa học khác tốc độ phát triển nhanh, kích thích trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt máy tính chun dụng cho Trong thơng tin người thu nhận từ bên ngồi có đến 80% thu nhận mắt có nghĩa dạng hình ảnh Vì xử lý ảnh ngành khoa học phát triển mạnh áp dụng rộng rãi ngành khoa học khác đời sống thực tiễn Ứng dụng phương pháp lọc Canny để phát tách biên phần quan trọng xử lý ảnh ứng dụng hiệu nhiều lĩnh vực khác Nhận thấy tầm quan trọng ứng dụng phương pháp lọc Canny để phát tách biên với hướng dẫn từ thầy Đỗ Bảo Sơn – giảng viên khoa công nghệ thông tin – trường đại học Cơng Nghệ Giao Thơng Vận Tải Nhóm em định chọn đề tài: “Tìm hiểu ứng dụng phương pháp lọc Canny để phát tách biên Đánh giá thực nghiệm hiệu phương pháp lọc Canny so với phương pháp lọc Prewitt.” làm đề tài nghiên cứu báo cáo môn Xử lý ảnh Sau nghiên cứu xong đề tài, nhóm em nắm được: Những vấn đề nâng cao chất lượng ảnh Kỹ thuật phát biên theo phương pháp Canny Phương pháp lọc Canny, phương pháp lọc Prewitt NỘI DUNG I TÌM HIỂU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LỌC CANNY ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ TÁCH BIÊN 1.Giới thiệu chung Phát biên công cụ quan trọng xử lý ảnh số Nó làm giảm cách đáng kể khối lượng liệu cần tính tốn, giữ lại số thơng tin cần thiết đồng thời bảo toàn cấu trúc quan trọng ảnh -Biên ảnh: Là điểm mà cường độ sáng ảnh liên tục có bước nhảy biến thiên nhanh Một điểm ảnh coi điểm biên có thay đổi đột ngột mức độ xám, tập hợp điểm biên tạo thành đường biên(edge) hay đường bao(boundary) ảnh -Vùng ảnh: Là tất điểm ảnh thuộc đối tượng ảnh, ranh giới vùng ảnh gọi biên ảnh đường biên khép kín cho phép xác định vùng ảnh Một số kiểu đường biên: Đường biên nơi mà điểm ảnh lân cận có cường độ thay đổi mạnh cách đột ngột Một số kiểu đường biên hay gặp thực tế minh họa hình 3.Các phương pháp phát biên: +Trực tiếp: Phương pháp nhằm làm biên dựa vào biến thiên giá trị độ sáng điểm ảnh, kỹ thuật chủ yếu dùng để phát biên kỹ thuật đạo hàm.Nếu lấy đạo hàm bậc ảnh ta có phương pháp Gradient Nếu lấy đạo hàm bậc ta có phương pháp Laplace, hai kỹ thuật gọi phương pháp dò biên cục bộ, phương pháp dù biên trực tiếp hiệu chịu ảnh hưởng nhiễu +Gián tiếp: Nếu cách ta phân ảnh thành vùng đường phân cách vùng biên, nói cách khác viện xác định đường biên ảnh thực từ ảnh phân vùng, việc phân vùng ảnh thường dựa vào kết cấu bề mặt ảnh, phương pháp dò biên gián tiếp khó cài đặt áp dụng tốt độ biến thiên độ sáng nhỏ Các bước tách biên phương pháp Canny 4.1 Giới thiệu chung Kỹ thuật phát biên phương pháp canny phương pháp dò biên trực tiếp hiệu áp dụng cho loại ảnh nhiễu.Phương pháp John Canny phòng thí nghiệm MIT khởi xướng năm 1986 Bộ tách biên Canny tách biên mạnh cung cấp hàm edge Canny xây dựng phuỷong pháp dựa theo ba ràng buộc: -Mức lỗi: có ý nghĩa phương pháp phát biên phải tìm tất biên, khơng biên tìm bị lỗi - Định vị: Điều nói đến độ chênh lệch cấp xám điểm biên phải nhỏ tốt - Hiệu suất: cho tách biên không nhận nhiều biên có biên tồn Canny giả thiết nhiễu ảnh tuân theo phân bố Gauss đồng thời ông cho phương pháp phát biên thực chất lọc nhân chập có khả làm mịn nhiễu định vị cạnh.Vấn đề để có lọc tối ưu Ba rang buộc cụ thể hóa thành lý thuyết tốn học: Trong hàm SNR nhằm tím hàm cho tỉ số tín hiệu nhiễu cực đại,Localization đặc trưng cho nghịch đảo tỉ lệ chênh lệch mức xám điểm biên,giá trị lớn tốt.Canny tìm kiếm lọc f cho giá trị SNR * Localization cực đại cuối ông phát giá trị xấp xỉ đạo hàm bậc hàm Gauss.Khi G có đạo hàm theo hai hướng x y Sự xấp xỉ với lọc tối ưu thuật toán phát biên Canny G’ vậy, phép nhân chập ảnh vào với G’ ta thu ảnh E tách biên trường hợp ảnh có nhiều nhiễu Phép nhân xoắn thực cách dễ dàng việc tính tốn phức tạp, đặc biệt nhân xoắn với mảng hai chiều Tuy nhiên phép nhân xoắn với mảng hai chiều Gauss chia thành hai phép nhân xoắn với mặt nạ Gauss chiều Việc vi phân thực phép nhân xoắn mảng chiều tạo nên hai ảnh: ảnh việc nhân xoắn thành phần x với mảng chiều, ảnh hai việc nhân xoắn thành phần y 4.2 Các bước tiến hành phương pháp Canny Bước 1: Làm trơn ảnh cách nhân chập với lọc Gauss.Sau tiến hành nhân chập có đầu liệu ảnh S nhân chập Bước2: Lấy đạo hàm bậc kết qả bước1 Tac có: S = (g * I) = (g ) * I Như vậy, kết ảnh bước hai tổng hợp đạo hàm Gauss theo hướng x nhân với ảnh I đạo hàm Gauss theo hướng y nhân với ảnh I.Nghĩa ta đạo hàm hàm Gauss theo hai hướng tiến hành nhân xoắn với ảnh thay nhân xoắn ảnh với hàm Gauss đạo hàm.Có thể minh hoạ sau đạo hàm hàm Gauss theo hai hướng x y sau: Như cách thức thực bước thứ hai sau: Sau tiến hành nhân xoắn ảnh I với lọc Gauss bước ta có ảnh S làm trơn Tiến hành thực bước hai cách lấy đạo hàm ảnh theo hai hướng x y tổng hợp kết lại Như biết, phương pháp Gradient phương pháp dò biên cục dựa vào cực đại đạo hàm, phương pháp đạo hàm bậc Chính ta thực việc đạo hàm bước cách nhân ảnh kết S bước với mặt nạ phương pháp Gradient dựa theo toán tử như: Sobel, Pixel ,Difference Ở ta tiến hành nhân xoắn ảnh S với hai mặt nạ phương pháp Sobel theo hai hướng x y sau: Sau tiến hành nhân xoắn ảnh theo hai hướng x y ta hai ảnh theo hai hướng Sx Sy, ta tiến hành tổng hợp hai kết kết cuối S': Bước 3: loại bỏ số điểm dư thừa: Đối với điểm ảnh ảnh S’ ta tiến hành so sánh giá trị điểm với giá trị hai điểm lân cận điểm Hai điểm lân cận hai điểm nằm đường thẳng chứa hướng đường biên θ.Cơng thức tính hướng đường biên θ nằm bước Giả sử ta có điểm biên xét vị trí (x,y), ta có điểm biên lân cận điểm biên hình dưới: Tại điểm biên ta tiến hành tính giá trị góc hướng đường biên θ, hướng đường biên θ157.50 đạt giá trị θ=00 hai điểm biên lân cận điểm biên vị trí (x-1,y) (x+1,y) Tại điểm ảnh ta tiến hành tính tốn hướng đường biên, sau so sánh kết tìm hai điểm biên lân cận So sánh giá trị điểm ảnh xét với hai điểm biên trên: Nếu điểm ảnh lớn giữ lại điểm biên ( đánh dấu điểm biên này) ngược lại nhỏ hai điểm biên lân cận điểm biên bị loại ( cho giá trị điểm biên 0) Ta kết ảnh sau loại số điểm biên không phù hợp, lúc số lượng biên ảnh nhìn thấy đi, điều đặc biệt có giá trị tốt để loại bỏ số biên dư thừa đặc biệt với ảnh có nhiễu nhiều Bước 4: Ap dụng ngưỡng Sau tiến hành bước ta tiến hành áp dụng ngưỡng, sử dụng hai ngưỡng ngưỡng cao Th thấp Tl Những điểm biên đánh dấu(không bị loại) ta tiếp tục tiến hành áp ngưỡng cao thấp -Xét điểm ảnh I vị trí (x, y) -So sánh I(x,y) với hai ngưỡng cao thấp +Nếu I(x,y)>=Th: đánh dấu giữ lại điểm biên này(đặt giá trị 1) + Nếu I(x,y)