Bài giảng Xử lý tín hiệu và mã hóa: Chương 4 - TS. Phạm Việt Hà

Chia sẻ: Vdgv Vdgv | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chính của chương 4 Phát hiện biên và phân vùng ảnh thuộc bài giảng xử lý tín hiệu và mã hóa nhằm trình bày về biên và kỹ thuật phát hiện biên, phương pháp phát hiện biên trực tiếp, phương pháp phát hiện biên gián tiếp, phân vùng ảnh và phương pháp phân vùng ảnh, phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ, phương pháp phân vùng ảnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Xử lý tín hiệu và mã hóa: Chương 4 - TS. Phạm Việt Hà

Xử lý tín hiệu và mã hóa (Master program) Giảng viên: TS. Phạm Việt Hà Email: phamvietha@gmail.com ĐT CQ: (04).37544486 Địa chỉ CQ: 122 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 1
Chương 4. Phát hiện biên và phân vùng ảnh 4.1 Biên và kỹ thuật phát hiện biên 4.1.1 Phương pháp phát hiện biên trực tiếp 4.1.2 Phương pháp phát hiện biên gián tiếp 4.2 Phân vùng ảnh và phương pháp phân vùng ảnh 4.2.1 Phân vùng ảnh dựa theo ngưỡng biên độ 4.2.2 Phương pháp phân vùng ảnh Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 2
4.1. Biên và kỹ thuật phát hiện biên Biên là vấn đề quan trọng trong trích chọn đặc điểm nhằm tiến tới hiểu ảnh. Cho đến nay chưa có định nghĩa chính xác về biên. Trong mỗi ứng dụng người ta đưa ra các độ đo khác nhau về biên. Một trong có độ đo đó là độ đo về sự thay đổi đột ngột cấp xám. Một số khái niệm cơ bản:  Điểm biên: Một điểm ảnh được coi là điểm biên nếu có sự thay đổi nhanh hoặc đột ngột về mức xám (hoặc màu). Ví dụ đối với ảnh đen trắng, một điểm được gọi là điểm biên nếu nó là điểm đen và có ít nhất một điểm trắng nằm bên cạnh.  Đường biên (đường bao): Tập hợp các điểm biên liên tiếp tạo thành một đường biên hay đường bao. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 3
4.1. Biên và kỹ thuật phát hiện biên  Ý nghĩa của đường biên trong xử lý ảnh:  Đường biên là một loại đặc trưng cục bộ tiêu biểu trong phân tích, nhận dạng ảnh.  Thứ hai, người ta sử dụng biên làm phân cách các vùng xám (màu) cách biệt. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 4
4.1. Biên và kỹ thuật phát hiện biên  Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên:  Phương pháp phát hiện biên trực tiếp: Phương pháp này nhằm làm nổi đường biên dựa vào biến thiên về giá trị độ sáng (mức xám) của điểm ảnh. Kỹ thuật chủ yếu là dùng kỹ thuật đạo hàm. Nếu lấy đạo hàm bậc nhất của ảnh ta có phương pháp Gradient, nếu lấy đạo hàm bậc hai ta có kỹ thuật Laplace.  Phương pháp gián tiếp: Nếu bằng cách nào đấy ta phân ảnh thành các vùng ảnh thì đường phân ranh giữa các vùng đó chính là biên. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 5
4.1. Biên và kỹ thuật phát hiện biên  Quy trình phát hiện biên:  B1. Khử nhiễu ảnh Vì ảnh thu nhận thường có nhiễu, nên bước đầu tiên là phải khử nhiễu. việc khử nhiễu được thực hiện bằng các kỹ thuật khử nhiễu khác nhau. B2. Làm nổi biên Tiếp theo là làm nổi biên bởi các toán tử đạo hàm. B3. Định vị điểm biên Vì các kỹ thuật làm nổi biên có hiệu ứng phụ là tăng nhiễu, do vậy sẽ có một số điểm biên giả cần loại bỏ. B4. Liên kết và trích chọn biên. Như đã nói, phát hiện biên và phân vùng ảnh là một bài toán đối ngẫu. Vì thế cũng có thể phát hiện biên thông qua việc phân vùng ảnh hoặc ngược lại . Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 6
4.1. Biên và kỹ thuật phát hiện biên  So sánh phương pháp xác định biên ảnh trực tiếp và gián tiếp:  Phương pháp phát hiện biên trực tiếp: Hiệu quả và ít chịu ảnh hưởng của nhiễu Ảnh có sự biến thiên độ sáng không đột ngột thì phương pháp tỏ ra kém hiệu quả Kết quả của phương pháp là đường biên  Phương pháp phát hiện biên gián tiếp: Khó cài đặt và sử dụng Ảnh có sự biến thiên độ sáng không đột ngột thì phương pháp áp dụng khá tốt Kết quả của phương pháp là ảnh biên Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 7
4.1.1. Phương pháp phát hiện biên trực tiếp 4.1.1.1. Phương pháp Gradient Phương pháp gradient là phương pháp dò biên cục bộ dựa vào giá trị cực đại của đạo hàm. Gradient là vector cho thấy tốc độ thay đổi giá trị độ chói của các điểm ảnh theo hướng nhất định. dx và dy là khoảng cách giữa các điểm theo hướng x và y. Trên thực tế thường dùng dx=1, dy=1. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 8
4.1.1.1. Phương pháp Gradient Nhận xét: Tuy nói là lấy đạo hàm nhưng thực chất chỉ là mô phỏng và xấp xỉ đạo hàm bằng các kỹ thuật nhân chập vì ảnh số là tín hiệu rời rạc nên đạo hàm không tồn tại Khi ảnh số được biểu diễn như ma trận các điểm ảnh phân bố theo dòng và cột, gradient rời rạc theo hướng x sẽ là: Mặt nạ nhân chập theo hướng x là Hx = Gradient theo hướng y sẽ là: Mặt nạ nhân chập theo hướng y là Hy = Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 9
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Ví dụ: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 10
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Ví dụ: Làm nổi đường biên sử dụng phương pháp gradient: a- ảnh gốc; b- lấy đạo hàm riêng theo hướng y; c- lấy đạo hàm riêng theo hướng x; Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 11
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật Prewitt Kỹ thuật sử dụng 2 mặt nạ chập xấp xỉ đạo hàm theo 2 hướng x và y: Các bước tính toán: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 12
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật Prewitt Ví dụ: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 13
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật Sobel Kỹ thuật sử dụng 2 mặt nạ chập xấp xỉ đạo hàm theo 2 hướng x và y: Các bước tính toán tương tự như Prewitt + Bước 1: + Bước 2: + Bước 3: Tách ngưỡng theo θ 1 nếu ≥θ I(x, y) = 0 nếu ngược lại Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 14
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật Sobel 7 6 5 4 3 2 1   0 7 6 5 4 3 2  17 0 8 8  8 0    17 0 8 8  8 0 7 6 5 4 3  20 17 0 8  8      20 17 0 8  8 0 0 0 7 6 5 4 7 20 17 0  8    7 20 17 0  8 0 0 0 0 7 6 5    0 7 20 17 0   0      7 20 17 0   0 0 0 0 0 7 6     0 0 0 0 0 0 7 | |+| |= θ =34  34 0 16 16 16  1 0 0 0 0      40 34 0 16 16  0 1 0 0 0  14 40 34 0 16  0 0 1 0 0      0 14 40 34 0  0 0 0 1 0     Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 15
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật la bàn  Toán tử la bàn đo gradient theo một số hướng đã chọn. Ta kí hiệu gk là gradient la bàn theo hướng θk=π/2 +2kπ với k=0,1, 2,…7.  Như vậy ta có gradient E theo 8 hướng ngược chiều kim đồng hồ.  Bộ lọc H1, H2, H3,…, H8 tương ứng với 8 hướng: 0o, 45o, 90o, 135o, 180o,225o,315o.  Nếu ta kí hiệu , i=1, 2, …8 là gradient thu được theo 8 hướng bởi 8 mặt nạ, biên độ gradient tại (x, y) được tính như sau: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 16
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật la bàn  Toán tử Kirsh: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 17
4.1.1.1. Phương pháp Gradient  Kỹ thuật la bàn Đáp ứng của mặt nạ tại vùng ảnh có độ màu không đổi sẽ bằng 0. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 18
4.1.1.1. Phương pháp Gradient Nhận xét:  Phương pháp gradient tốt cho các ảnh có độ xám biến đổi nhiều. Khi ảnh có độ xám biến đổi chậm thì dùng phương pháp Laplace.  Phương pháp Sobel lấy xấp xỉ đạo hàm theo các trục, căn cứ vào điều kiện để xác định một điểm có phải là biên không. Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 19
4.1.1.2. Phương pháp Laplace Khi mức xám thay đổi chậm, các đường biên không rõ nét, miền chuyển tiếp tương đối rộng, phương pháp hiệu quả hơn là dùng đạo hàm bậc hai mà ta gọi là phương pháp Laplace. Việc xấp xỉ đạo hàm bậc hai cho tín hiệu rời rạc (tạm thời xét từng chiều) được thực hiện như sau: Tương tự: Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 20