1.3. Trích chọn đặc trưng ảnh
1.3.2. Phương pháp trích chọn đặc trưng ảnh theo cấu trúc (structural)
Đặc trưng ảnh theo cấu trúc là những đặc trưng được tìm ra dựa trên một vài điểm ảnh lân cận nhau. Các đặc trưng này giúp chúng ta trả lời câu hỏi vùng ảnh đó có dạng một đường thẳng theo phương ngang, đứng, đường chéo đi lên hoặc đi xuống, hay là một góc (vuông hoặc gần vuông) hay không? Từ đó cho phép chúng ta xác định được các nét nhỏ, cục bộ có trong ảnh. Để tìm ra các đặc trưng theo cấu
trúc, trước hết ta bao ảnh bởi một hình bao như trong bước 1 mục 2.3.1 rồi thực hiện các bước theo tư tưởng sau:
Bước 1: Với mỗi điểm biên ảnh X, xét và tính giá trị hướng của điểm ảnh cho 8 điểm ảnh lân cận X theo các công thức trong bước 2 của thuật toán nêu trong mục 1.4.1. Gọi các điểm ảnh đó là N0, N1, N2, …, N7, vị trí tương đối của các điểm ảnh này với X được thể hiện trong bảng 1.4. Hướng của các điểm ảnh được lượng tử hoá thành các giá trị từ 0…11 như trong hình 1.7.
N3 N2 N1
N4 X N3
N5 N6 N7
Hình 1.7: Hướng được lượng tử thành 12 giá trị
Bảng 1.4: Vị trí tương đối của điểm ảnh X và tám điểm ảnh lân cận
Bước 2: Thiết lập 12 luật trên mỗi điểm biên ảnh để xác định xem điểm biên ảnh đó có xu hướng nằm trên các đường thẳng hay các góc. Luật được thoả mãn có nghĩa là điểm ảnh đang xét nằm trên đường thẳng hay góc do luật đó quy định. Chi tiết các luật này được thể hiện trong bảng 1.5:
Luật Kiểu của ảnh Điều kiện TM luật
Hình vẽ minh hoạ
Chú giải Luật 1 Đường thẳng
ngang loại 1
N0 (2,3,4) N4 (2,3,4)
N0, X, N4 tạo thành đường nằm ngang Luật 2 Đường thẳng
ngang loại 2
N0 (8, 9, 10) N4 (8, 9, 10)
N0, X, N4 tạo thành đường nằm ngang Luật 3 Đường thẳng
đứng loại 1
N2 (5, 6, 7) N6 (5, 6, 7)
N2, X, N6 tạo thành đường nằm đứng
Luật 4 Đường thẳng đứng loại 2
N2 (1, 0, 11) N6 (1, 0, 11)
N2, X, N6 tạo thành đường nằm đứng Luật 5 Đường chéo đi
lên loại 1
N5 (4, 5, 6) N1 (4, 5, 6)
N1, X, N5 tạo thành đường chéo đi lên Luật 6 Đường chéo đi
lên loại 2
N5 (0, 11, 10) N1 (0, 11, 10)
N1, X, N5 tạo thành đường chéo đi lên Luật 7 Đường chéo đi
xuống loại 1
N3 (3, 2, 1) N7 (3, 2, 1)
N3, X, N7 tạo thành đường chéo đi xuống Luật 8 Đường chéo đi
xuống loại 2
N3 (7, 8, 9) N7 (7, 8, 9)
N3, X, N7 tạo thành đường chéo đi xuống Luật 9 Góc loại 1 N2 (5, 6, 7)
N0 (8, 9, 10)
N2, X, N0 tạo thành góc vuông loại 1 Luật 10 Góc loại 2 N6 (5, 6, 7)
N0 (2, 3, 4)
N0, X, N6 tạo thành góc vuông loại 2 Luật 11 Góc loại 3 N4 (8, 9, 10)
N2 (1, 0, 11)
N2, X, N4 tạo thành góc vuông loại 3 Luật 12 Góc loại 4 N4 (4, 3, 2)
N6 (1, 0, 11)
N6, X, N4 tạo thành góc vuông loại 4 Bảng 1.5: Các luật về đặc trƣng theo cấu trúc của điểm ảnh
Lưu ý: Các luật trên chỉ được thoả mãn khi điểm X và các điểm lân cận X thỏa mãn luật đó là các điểm biên ảnh.
Trong bảng trên, luật 1 được diễn tả như sau: Nếu luật được thoả mãn thì điểm ảnh X có xu hướng nằm trên đường thẳng ngang loại 1. Luật 1 được thoả mãn khi giá trị đặc trưng về hướng của điểm ảnh N0 là 2, 3, hoặc 4 và của N4 cũng là 2, 3, hoặc 4. Các luật còn lại cũng được diễn tả tương tự như luật thứ nhất.
Bước 3: Chia ảnh thành 4*4 phần. Đối với mỗi phần ảnh ta làm như sau:
• Xét lần lượt từng luật (từ luật 1 đến luật 12) và tính tổng số điểm ảnh thoả mãn luật này. Giả sử thu được bộ 12 giá trị ai với i = 1…12 và ai là tổng số điểm ảnh thoả mãn luật thứ i. Với ngưỡng θ được chọn trước (áp dụng cho tất cả các phần của ảnh) ta xác định giá trị ai như sau: nếu ai > θ thì ai = 1; ngược lại ai = 0.
• Kết quả: mỗi phần ảnh sẽ được đặc trưng bởi 12 bit có giá trị 0 hoặc 1 thể hiện cấu trúc của phần ảnh này có bao nhiêu xu hướng là những đường thẳng hay góc được liệt kê trong bảng 1.5 Như vậy, sau khi thực hiện với 4*4 phần của ảnh đầu vào ta sẽ thu được 4*4*12 tức bằng 192 bit đặc trưng về cấu trúc cho toàn bộ ảnh.
Thuật toán miêu tả chi tiết phương pháp trích chọn đặc trưng theo cấu trúc được thể hiện như sau:
INPUT :Ảnh đầu vào, giá trị ngưỡng threshold OUTPUT : Vectơ đặc trưng của ảnh (192 bit) PROCESS :
1. Xác định hình bao ảnh
2. Tính ban đầu Gradient về biên độ và hướng tới mỗi điểm ảnh
3. Xác định các điểm biên và lượng tử hướng của chúng về 12 giá trị: 0…11 4. Chia ảnh làm 4*4 phần bằng nhau
5. Trong mỗi phần:
Tính 12 giá trị ai tương ứng là tổng số điểm biên thoả mãn lần lượt 12 luật:
luật 1…12.
Nếu ai > threshold thì ai = 1, ngược lại ai = 0
6. Xác định vectơ đặc trưng là tập hợp các giá trị ai (i = 0…11) trong tất cả các phần.
Thuật toán 1-4: Thuật toán trích chọn đặc trƣng theo cấu trúc
Nhận xét: Với phương pháp trích chọn đặc trưng theo cấu trúc ta chọn ra được những đặc trưng cho cấu trúc của ảnh. Trên quan điểm của nhận dạng chữ viết, phương pháp này giúp cho việc nhận dạng nhóm ký tự giống nhau trở nên hiệu quả vì nó làm nổi bật được sự khác nhau về cấu trúc giữa các ký tự này. Đặc biệt khi kết hợp với phương pháp trích chọn đặc trưng theo hướng, bộ trích chọn đặc trưng đã giúp cải thiện được rất nhiều kết quả nhận dạng đúng của bộ nhận dạng ký tự.