Nhận dạng biển số xe máy dựa trên phương pháp hình thái học (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Văn Huân NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE MÁY DỰA TRÊN PHƢƠNG PHÁP HÌNH THÁI HỌC Chun ngành: Khoa học máy tính TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2016 Luận văn đƣợc hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đình Hóa Phản biện 1: ……………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bƣu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thƣ viện Học viện Công nghệ Bƣu Viễn thơng MỞ ĐẦU Nhận dạng trình phân loại đối tƣợng đƣợc biểu diễn theo mơ hình gán cho chúng vào lớp (gán đối tƣợng tên gọi) dựa theo quy luật mẫu chuẩn Quá trình nhận dạng dựa vào mẫu học biết trƣớc gọi nhận dạng có giám sát (supervised learning); trƣờng hợp ngƣợc lại gọi học không giám sát (non supervised learning) Cùng với phát triển không ngừng kinh tế xã hội ngành kỹ thuật nói chung , địi hỏi ngƣời phải có cách xử lý thơng tin xác Việc xử lý vƣợt q sức ngƣời Vì cần phải có máy móc hoạt động làm giảm tải thay công việc nặng nhọc, hay cơng việc địi hỏi có xác cao thay cho ngƣời Việc giúp máy móc nhận dạng (thu thập , phân loại thông tin) nhƣ cịn ngƣời giúp máy móc hoạt động hiệu nhƣng với độ xác cao nhiều Hiện nay, với phát triển kinh tế xã hội bùng nổ số lƣợng phƣơng tiện giao thông, gây khó khăn cơng tác quản lý, xử lý vi phạm giao thông mà nguồn nhân lực ngƣời khó đảm đƣơng đƣợc Vì vần để cần thiết có hệ thống quản lý, xử lý vi phạm giao thông tự động Để xây dựng hệ thống quản lý giao thơng tự động “ Bài toán nhận dạng biển số xe” tiền đề để xây dựng mơ hình quản lý Chính tác giả chọn đề tài: “ Nhận dạng biển số xe máy dựa phương pháp hình thái học” đề tài cho Nội dung luận văn gồm chƣơng: - Chƣơng 1: Tổng quan toán nhận dạng biển số xe Giới thiệu toán nhận dạng biển số, phƣơng pháp kỹ thuật nhận dạng - Chƣơng 2: Nhận dạng biển số xe phƣơng pháp hình thái học Các lý thuyết thuật tốn dùng q trình nhận dạng biển số - Chƣơng 3: Thực nghiệm Ứng dụng thuật toán, lý thuyết kiểm nghiệm nhận dạng biển số xe theo kết khác CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE 1.1 Bài toán nhận dạng biển số xe 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Ứng dụng 1.1.3 Một số đặc điểm biển số xe máy Việt Nam 1.2 Các phƣơng pháp nhận dạng biển số xe Mục đích: Xác định xác vùng biển số có ảnh Phƣơng pháp: có nhiều phƣơng pháp khác để thực nhiệm vụ này, nhiên phƣơng pháp chủ yếu bao gồm bƣớc nhƣ minh họa hình 1.4 Ảnh đầu vào Nhận dạng vùng biển số Xử lý kết Tách ký tự Nhận dạng ký tự Hình 1.4 Sơ đồ nhận dạng biển số xe Luận văn tập trung vào phƣơng pháp sau đây: - Phƣơng pháp dùng chuyển đổi Hough [9]: dựa vào đặc trƣng cạnh biên trích đƣợc, áp dụng phƣơng pháp xác định đƣờng thẳng nhƣ phép biến đổi Hough để phát cặp đƣờng thẳng gần song song ghép thành ảnh biển số - Phƣơng pháp hình thái học [7]: dựa vào đặc trƣng hình thái biển số xe nhƣ màu sắc, độ sáng, đối xứng… để xác định trích ảnh biển số - Phƣơng pháp khớp mẫu [6]: xem biển số đối tƣợng có khung riêng sử dụng cửa sổ dị để trích đối tƣợng đƣa qua mạng noron (neural network), trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence) chẳng hạn để phân loại có phải vùng biển số hay khơng 1.2.1.Phương pháp hình thái học 1.2.2.Phương pháp biến đổi Hough 1.2.3.Phương pháp khớp mẫu CHƢƠNG 2: NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÌNH THÁI HỌC Phƣơng pháp hình thái học giúp nhận dạng biển số xe máy theo trình tự bƣớc nhƣ hình 2.1 Ảnh đầu vào Phát vùng chứa biển số Tách kí tự Nhận dạng ký tự SVM Hiển thị kết Hình 2.1: Qui trình nhận dạng biển số xe 2.1 Phát vùng chứa biển số Trong bƣớc thuật toán bao gồm bƣớc con: - Thay đổi kích thƣớc ảnh - Chuyển ảnh màu sang ảnh xám - Chuyển xám sang ảnh nhị phân - Xác định vùng biển số 2.1.1 Thay đổi kích thước ảnh Ta thay đổi kích thƣớc ảnh nhiều phƣơng pháp: Láng giềng gần nhất, nội suy tuyến tính, nội suy song tuyến tính… a) Phương pháp láng giềng gần Ý tƣởng phƣơng pháp láng giềng gần [10] điểm ảnh có giá trị màu màu điểm ảnh cũ gần (theo khoảng cách) b) Phương pháp nội suy tuyến tính Nội suy tuyến tính [11] phƣơng pháp ƣớc lƣợng giá trị màu điểm ảnh dựa giá trị màu hai điểm gần dịng c) Phương pháp nội suy song tuyến tính [11] Bản chất phƣơng pháp thực nội suy tuyến tính hai lần theo chiều ảnh Đánh giá phƣơng pháp thay đổi kích thƣớc ảnh:  Phƣơng pháp láng giềng gần nhất: - Thuật toán đơn giản, dễ thực => tốc độ tính tốn nhanh - Do điểm ảnh đƣợc suy cách chép giá trị điểm ảnh cũ nên ảnh thu đƣợc có cƣa - Phƣơng pháp nội suy tuyến tính: - Tính tốn phức tạp => tốc độ tính toán nhanh - Điểm ảnh đƣợc nội suy từ điểm ảnh lân cận nên ảnh tƣơng đối mịn khơng bị cƣa  Phƣơng pháp song tuyến tính: - Tính tốn phức tạp => tốc độ tính chậm thuật toán Láng giềng gần - Điểm ảnh đƣợc suy cách nội suy từ điểm ảnh lân cận nên ảnh thu đƣợc mịn, không bị cƣa 2.1.2 Chuyển ảnh màu sang ảnh xám [12] Một số công thức biến đổi điểm ảnh: Y(x,y) = 0.3086*Red P(x,y) + 0.6094*Green P(x,y) + 0.0820*Blue P(x,y) Y(x,y) = 0.299 * RedP(x,y) + 0.587 * GreenP(x,y) + 0.114 * BlueP(x,y) Với: Y(x,y): Điểm ảnh đầu P(x,y): Điểm ảnh đầu vào Trong luận văn tác giả sử dụng công thức: Y(x,y) = 0.299 * RedP(x,y) + 0.587 * GreenP(x,y) + 0.114 * BlueP(x,y) 2.1.3 Chuyển ảnh xám sang ảnh nhị phân [12] Ta nhị phân ảnh theo hai cách: Nhị phân ngƣỡng tĩnh nhị phân ngƣỡng động - Nhị phân ngƣỡng tĩnh (hay ngƣỡng cố định): tức lấy giá trị ngƣỡng để nhị phân ảnh (ngƣỡng lập trình viên tự đặt từ đến 255) - Nhị phân ngƣỡng động: phƣơng pháp khách quan nhị phân ngƣỡng tĩnh, ta lấy ngƣỡng nhị phân vùng cục cửa sổ phân ngƣỡng có kích thƣớc nxn Ngƣỡng cần xác định tâm cửa sổ trung bình cộng giá trị lân cận 2.1.4 Xác định vùng biển số Qui trình xác định vùng ảnh chứa biển số bao gồm: - Loại bỏ vùng khơng có khả biển số - Gắn nhãn cho đối tƣợng lại ảnh nhị phân thu đƣợc - Trích đối tƣợng ứng viên biển số theo tiêu chí cụ thể biển số xe chiều cao, chiều rộng, tỉ lệ cạnh, diện tích, trọng tâm …Từ thƣ viện ảnh đƣợc thu thập từ nguồn luận văn vùng ảnh chứa biển số có kích thƣớc nhƣ sau: 2000 pixel ≤ diện tích ≤ 30000 pixel 0,6 ≤ chiều cao/chiều rộng ≤ 0,8 a) Xác định vùng ứng viên biển số Bằng thực nghiệm ta thấy, chia vùng biển số thành hình chữ nhật đơn vị có kích thƣớc 16x8 số điểm trắng đơn vị lớn 15 điểm ảnh Khi ta trƣợt chữ nhật đơn vị toàn ảnh: Những vùng ảnh lớn 15 điểm ảnh ta đánh đấu, sau gộp tất vùng đánh dấu lại, ta đƣợc vùng có khả biển số Tiếp theo ta dựa vào đặc điểm hình thái để lọc xác vùng biển số b) Xác định xác vùng biển số Sau vùng ứng viên biển số đƣợc làm bật, ta dựa vào đặc điểm hình thái học biển số để xác định xác vùng biển số Cách làm nhƣ sau: Ta tìm đƣờng bao đối tƣợng đƣợc làm bật bƣớc sau vẽ hình chữ nhật bao đối tƣợng Ta dựa đặc điểm biển số nhƣ sau: 1/100 ảnh < S_vungBien