Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHÁT HIỆN MẪU CHẤT LIỆU TRONG ẢNH
1.1. Chất liệu và bài toán phát hiện mẫu chất liệu trong ảnh
1.1.3. Các thách thức của phát hiện mẫu chất liệu trong ảnh
Khó khăn lớn nhất trong bài tốn phát hiện mẫu chất liệu trong ảnh đó là việc mơ hình hóa hay biểu diễn mẫu chất liệu sao cho có thể phát hiện được vùng chất liệu trong vô vàn các thể hiện khác nhau do bản chất bề mặt cấu tạo, thuộc tính phản xạ của bề mặt, ánh sáng và hướng thu nhận ảnh. Thể hiện của chất liệu phụ thuộc vào bề mặt chất liệu cấu tạo, ánh sáng và hướng thu nhận ảnh. Mẫu chất liệu chỉ thể hiện trên mặt phẳng ảnh 2D, trong khi chất liệu thực tế lại trong khơng gian 3D, do đó mẫu chất liệu khơng thể phản ánh được tồn bộ các thuộc tính của chất liệu thực tế.
Thuộc tính phản xạ bề mặt của chất liệu: Bề mặt chất liệu cấu tạo phản
ánh thuộc tính phản xạ của bề mặt chất liệu, nhưng thực tế thuộc tính phản xạ của bề mặt khơng đủ để xác định chất liệu ví dụ một bề mặt trong suốt có thể là kính, nhựa dẻo hay sáp ong v.v.
Ánh sáng, hướng thu nhận và cấu trúc hình học của bề mặt: Thể hiện của
khác nhau của cùng một chất liệu. Hướng thu nhận ảnh tạo ra các sự thay đổi hình học như: bị quay, bị thay đổi tỉ lệ, bị bóng do thay đổi hướng ánh sáng v.v.
Hình 1.5.Các thể hiện khác nhau của cùng một mẫu chất liệu
Thiếu mơ hình tốn học: Khi mơ hình hóa một vấn đề chúng ta luôn phải
tạo các giả thiết cho một số điều kiện để đảm bảo vấn đề tính tốn là khả thi. Nhưng trong thực tế, rất nhiều điều kiện như phi tuyến, không phẳng, hoặc các phụ thuộc thống kê khơng giả thiết được.
Do đó, để giải quyết khó khăn này người ta phải xây dựng được mơ hình 3D [82,84], hoặc cần phải lấy đầy đủ tất cả các mơ hình 2D đặt vào một quan hệ nào đó như Thomas Leung và các cộng sự năm 2003. Đơn giản hơn có thể giả sử các mẫu chất liệu phải phẳng hoặc ít nhất các phần của mẫu chất liệu phải phẳng. Nếu chỉ xét các vùng nhỏ trên bề mặt mẫu chất liệu là trơn thì giả thiết này gần xấp xỉ đúng. Các phần của mẫu chất liệu có thể chịu một số phép biến đổi giữa các ảnh. Để đơn giản giả sử các camera là vô hạn (phép chiếu song song từ camerra đến đối tượng) khi đó các phép biến đổi chỉ là các phép biến đổi afin và như thế chúng ta có thể thực hiện mơ tả được bằng tốn học. Tiếp theo có thể biểu diễn mối quan hệ các tọa độ của một điểm 𝑥 = (𝑥, 𝑦)𝑇 ∈ ℝ2 trong ảnh và được biến đổi thành 𝑥′ trong ảnh khác bởi 𝑥′ = Τ𝑥 + 𝑡. Trong đó 𝑡 ∈ ℝ2 là phép dịch chuyển. Ma trận 𝑇 ∈ ℝ2 × 2 miêu tả các kiểu biến đổi:
Τ = 12 Phép dịch chuyển ΤΤΤ = 12 Phép biến đổi Euclid ΤΤΤ = 𝜅12 Phép biến đổi tương tự det (Τ) ≠ 0 Phép biến đổi afin
1𝑛 kí hiệu ma trận đơn vị n chiều. Sự thay đổi hình học làm cho việc so sánh các ảnh thậm chí giống nhau cũng trở nên rất khó vì các tham số phép biến đổi khơng được biết.
Hình 1.6. Các phép biến đổi hình học trong quá trình thu nhận ảnh
Tỉ lệ giữa mẫu chất liệu và ảnh vào khơng tương thích: Mẫu chất liệu xuất
hiện trong ảnh vào quá nhỏ trong khi ảnh vào chứa nhiều mẫu chất liệu khác nổi trội hơn. Điều này làm cho việc phát hiện rất khó khăn vì chúng ta khơng biết được tỉ lệ thu nhận của mẫu chất liệu và ảnh vào.