Bài giảng "Xử lý ảnh - Chương 4: Phân vùng ảnh (p1)" cung cấp cho người học các kiến thức: Phương pháp phân vùng dựa trên biên (phát hiện sự không liên tục (biến đổi bất thường), các phương pháp nối biên, các phương pháp làm mảnh đường biên đến 1 pixel). Mời các bạn cùng tham khảo.
10/26/2011 Xử lý ảnh Hồng Văn Hiệp Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Viện Cơng nghệ thơng tin Truyền thông Email: hiephv@soict.hut.edu.vn Nội dung Chương Chương Chương Chương Giới thiệu chung Thu nhận & số hóa ảnh Cải thiện & phục hồi ảnh Phát tách biên, phân vùng ảnh Chương Trích chọn đặc trưng ảnh Chương Nén ảnh Chương Lập trình xử lý ảnh Matlab C 10/26/2011 Chương Phân vùng ảnh Hai phương pháp áp dụng phân vùng ảnh Phương pháp dựa biên: phát biên Phương pháp dựa vùng ảnh Phương pháp phân vùng dựa biên Phát không liên tục (biến đổi bất thường) Phát điểm ảnh Phát đường thẳng Phát biên Các phương pháp nối biên Các phương pháp làm mảnh đường biên đến pixel 10/26/2011 Phát điểm ảnh Phát điểm ảnh T = 90% giá trị max mức xám 10/26/2011 Phát đường thẳng Chọn mặt nạ thích hợp để phát Lấy ngưỡng (thresholding) Phát đường thẳng 10/26/2011 Phát đường thẳng Giả sử muốn tìm đường thẳng theo hướng -45 độ Phát biên Xấp xỉ đạo hàm cấp 1, cấp 10 10/26/2011 Phát biên (tiếp) 11 Phát biên (tiếp) Đạo hàm cấp 1: Bằng điểm không đổi Khác điểm bắt đầu, kết thúc thay đổi (bắt đầu, kết thúc dốc) Khác điểm nằm dốc Đạo hàm cấp 2: Bằng điểm không đổi Khác điểm bắt đầu, kết thúc thay đổi (2 giá trị) o Một giá trị phía bên thấp (tối) o Một giá trị phía bên cao (sáng) Bằng điểm dốc 12 10/26/2011 Phát biên (tiếp) 13 Phát biên (tiếp) 14 10/26/2011 Phát biên (tiếp) Nhận xét Độ lớn đạo hàm cấp 1: xác định điểm có nằm biên hay khơng Dấu đạo hàm cấp cho biết điểm ảnh nằm vùng sáng hay vùng tối biên o Đạo hàm cấp ln có giá trị khác dấu ứng với điểm biên o Điểm cắt có ý nghĩa việc tìm biên mỏng 15 Phát biên (tiếp) Ảnh hưởng nhiễu đến đạo hàm Ảnh gốc + nhiễu Gaussian (mean = 0, delta = 0, 0.1 1, 10) 16 10/26/2011 Phát biên (tiếp) Ảnh hưởng nhiễu Nhận xét: o Nhiễu ảnh gốc nhỏ o Ảnh hưởng đạo hàm lớn o Các phép lọc làm trơn ảnh (lọc nhiễu, làm mờ ảnh) thường áp dụng trước lấy đạo hàm Phát biên o Đạo hàm cấp 1: toán tử gradient o Đạo hàm cấp 2: toán tử laplacian 17 Toán tử gradient Gradient ảnh f(x, y) vị trí (x, y) định nghĩa 18 10/26/2011 Toán tử gradient (tiếp) 19 Toán tử gradient (tiếp) Cài đặt thực tế 20 10 10/26/2011 Laplacian of Gaussian 33 Bộ dò biên Canny Là dò biên cho kết tốt (so với Prewitt, sobel, LoG…) Tỷ lệ lỗi thấp Phân vùng điểm biên Trả biên mỏng (đơn điểm) 34 17 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Các bước thực Bước Smoothing Bước Tính Gradients Bước Loại điểm khơng cực đại Bước Dò điểm biên ngưỡng 35 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Smoothing Sử dụng lọc Gaussian Cài đặt 36 18 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Tính Gradient Sử dụng mặt nạ Gradient Cài đặt 37 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Loại điểm khơng cực đại Tính độ lớn góc vector gradient Quantize góc vector gradient góc 45 độ gần 38 19 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp) 39 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp) So sánh M(x, y) với M(x’, y’) theo hướng dương âm hướng gradient o Nếu M(x, y) > M(x’, y’) theo hai hướng giữ nguyên: gN(x, y) = M(x, y) o Ngược lại: loại bỏ: gN(x, y) = Nếu: xét điểm (x+1,y) (x-1, y) Nếu: xét điểm (x,y+1) (x,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y+1) (x-1,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y-1) (x-1,y+1) 40 20 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước Dò biên Lựa chọn giá trị ngưỡng (TH TL): TH=kTL Tính ảnh dựa ngưỡng 41 Loại bỏ điểm nằm biên “mạnh” Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước (tiếp) Những điểm nằm biên “mạnh”, gNH đánh dấu Những điểm biên “yếu”, gNL o Step1 Duyệt qua điểm p gNH o Step2 Đánh dấu điểm biên “hợp lệ” gNL điểm liên thơng với p (8 liên thông) o Step Nếu tất điểm khác 0, p gNH thăm step 4, ngược lại step o Step Gán tất điểm gNL không đánh dấu biên “hợp lệ” o Step Thêm điểm khác gNL vào kết biên 42 21 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 43 Bộ dò Canny (tiếp) 44 22 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 45 Bộ dò Canny (tiếp) 46 23 10/26/2011 Phương pháp phân vùng dựa biên Phát không liên tục (biến đổi bất thường) Phát điểm ảnh Phát đường thẳng Phát biên Các phương pháp nối biên Các phương pháp làm mảnh đường biên đến pixel 47 Các phương pháp nối biên Phương pháp xử lý nối biên cục Phương pháp xử lý toàn cục 48 24 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục Tổng quát Tính độ lớn góc vector gradient o M(x, y) 𝛼(𝑥, 𝑦) o Áp mặt nạ (3x 3, x 5) cho điểm ảnh (x, y) kiểm tra Nếu điều kiện thỏa mãn nối điểm với Chi phí tính tốn lớn 49 Phương pháp xử lý nối biên cục (tiếp) Thuật toán đơn giản Tính độ lớn góc vector gradient o M(x, y) 𝛼(𝑥, 𝑦) Tạo ảnh nhị phân g(x, y) Duyệt dòng g điền (nối liền) khoảng trắng có độ dài < K Duyệt tất hướng 𝜃, cách 50 o Quay g góc 𝜃 áp dụng qt dịng o Quay g góc -𝜃 25 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục (tiếp) 51 Phương pháp xử lý nối biên toàn cục Tổng quát Tìm tất đường thẳng tạo điểm Tìm tất tập điểm nằm (gần nằm trên) đường thẳng Độ phức tạp o n(n-1)/2 đường thẳng o Số pháp so sánh n(n(n-1)/2) ~ n3 52 26 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên toàn cục Biến đổi Hough (Hough transform) Xét điểm (xi, yi), đường thẳng quay (xi, yi) có dạng: y = ax + b yi = axi + b Có thể viết dạng: 53 Biến đổi Hough Cách tính tốn Với giá trị (x, y) miền không gian, quét điền giá trị miền tham số 54 27 10/26/2011 Biến đổi Hough (tiếp) Giá trị amin, amax, bmin, bmax tùy thuộc vào giá trị điểm (x, y) Thuật toán: Bước Xây dựng mảng số tích lũy H[a, b] gán giá trị ban đầu Bước Với giá trị (xi, yi), với a, tính b theo b = -xi * a + yi H[a, b] += Bước Tìm giá trị lớn max H[a, b], max/N > ngưỡng kết luận N điểm cho nằm đường thẳng 55 Biến đổi Hough (tiếp) Ví dụ: cho điểm (0, 1); (1, 3); (2, 5); (3, 5); (4, 9), ngưỡng = 80% Kiểm tra xem điểm có nằm đường thẳng hay khơng? Pt đường thẳng có 56 28 10/26/2011 Biến đổi Hough hệ tọa độ cực 57 Biến đổi Hough (tiếp) Chú ý: Biến đổi Hough cịn áp dụng cho hình trịn, elipse hay hàm có dạng o F(v, c) = Trong đó: v vector tọa độ c vector tham số 58 29 10/26/2011 Biến đổi Hough (tiếp) Áp dụng cho toán nối biên Giả sử biên tìm cách tính tốn gradient lấy ngưỡng Xây dựng mảng số tích lũy miền tham số [𝜌, 𝜃], thiết lập phần tử ban đầu Với điểm miền khơng gian, cập nhật mảng tích lũy số miền tham số Xác định mối quan hệ pixel ảnh biên (có thể liên kết với khơng?) o Liên kết nếu: pixel có giá trị mảng số tích lũy lớn o Giới hạn khoảng cách pixel 59 Biến đổi Hough (tiếp) 60 30 10/26/2011 Bài tập Sobel 16 Canny 61 31 ... pháp làm mảnh đường biên đến pixel 47 Các phương pháp nối biên Phương pháp xử lý nối biên cục Phương pháp xử lý toàn cục 48 24 10/26/2011 Phương pháp xử lý nối biên cục Tổng qt Tính độ lớn... loại bỏ: gN(x, y) = Nếu: xét điểm (x+1,y) (x-1, y) Nếu: xét điểm (x,y+1) (x,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y+1) (x-1,y-1) Nếu: xét điểm (x+1,y-1) (x-1,y+1) 40 20 10/26/2011 Bộ dò biên Canny (tiếp) Bước... thăm step 4, ngược lại step o Step Gán tất điểm gNL không đánh dấu biên “hợp lệ” o Step Thêm điểm khác gNL vào kết biên 42 21 10/26/2011 Bộ dò Canny (tiếp) 43 Bộ dò Canny (tiếp) 44 22 10/26/2011