
GIÁOTRÌNH
NHẬNDẠNGVÀXỬLÝẢNH
Biênsoạn:TS.HoàngVănDũng
Tháng5năm2018
Lờinóiđầu
Cùngvớisựpháttriểnnhanhchóngcủakhoahọccôngnghệ,cáckỹthuậtdựa
trêntrítuệnhântạovàthịgiácmáytínhứngdụngtrongcáchệthốngthôngminhđạt
đượcnhữngkếtquảvượtbậc,cónhiềutriểnvọng.Cuộccáchmạngcôngnghiệplần
thứ4(Industry4.0)hiệnđangdiễnratạitrênphạmvitoàncầu,đặcbiệtởcácnướccó
nền khoa học kỹ thuật phát triển…. Industry4.0 tập trung vào sảnxuất và dịch vụ
thôngminhchủyếudựatrêncáchệthốngtươngtácthựcảo,cáchệthốngthôngminh
dầnthaythếconngười.Nềntảngcủacáchệthốngthôngminhcóthểnóibắtnguồntừ
lĩnhvựctrítuệnhântạovàthịgiácmáy.Trongđó,thịgiácmáylàmộttrongnhững
giácquanmáyquantrọngnhấtgiúpchoquátrìnhthunhậntínhiệu,xửlý,phântích
nhằmđưaratrithứcphụcvụcáchệthốngraquyếtđịnh.
Trongthờigianqua,cáckỹthuậtmớitronglĩnhvựcthịgiácmáytính,màcụthể
hơnlàxửlýảnhvànhậndạngđãđượcnhiềunhàkhoahọc,tậpđoàncôngnghệchú
trọngnghiêncứu,pháttriển,làmthayđổihướngtiếpcậntruyềnthốngvídụnhưcác
kỹthuậthọcsâu.Vìthế,cáckiếnthứcvềxửlýảnh,nhậndạngmẫu,trítuệnhântạo,
học máy đã trở thành môn học quan trọngđốivớisinh viên các chuyên ngành liên
quanđếnkhoahọcmáytính,côngnghệthôngtin,tựđộnghóatrongcáctrườngđại
họcởViệtNamhiệnnay.Tuynhiên,tàiliệutiếngViệtchosinhviênvànhữngngười
quantâmlạicógiớihạnvềcậpnhậtcôngnghệ,kỹthuật.GiáotrìnhNhậndạngvàxử
lý ảnhnhằmcungcấpnhữngkiếnthứccơbảnvềkỹthuậtxửlýhìnhảnhcũngnhư
giớithiệumộtsốphươngpháptrítuệnhântạođượcápdụngphântíchhìnhảnhvà
nhậndạngmẫu.Kỹthuậthọcsâulàhướngtiếpcậnmớiđangđượcnhiềunhàkhoahọc
nghiêncứuvàcáccôngtycôngnghệquantâmvàkhảnăngứngdụngcaotrongthực
tếcũngđượctrìnhbàytrongtàiliệunày.
Nộidunggiáotrìnhgồm7chươnglầnlượttrìnhbàynhữngkiếnthứcnhậpmôn
vềxửlýảnh,cácphươngphápnângcaotrongphântích,nhậndạngmẫu,kỹthuậthọc
sâunhư:cácphépbiếnđổi,điềuchỉnhnângcaochấtlượngảnh;biếnđổiảnhmàu,ảnh
đamứcxám,toántửtíchchập,cácbộlọcảnhvàphépbiếnđổikhônggianảnh,biến
đổihình tháihọcứngdụngtrong phântích vùng ảnh,trích biênđốitượng;phương
phápphânđoạnảnhtheophânngưỡngthủcông,phânngưỡngtựđộng;phươngpháp
phân tích ảnh như phân đoạn ảnh bằng thuật toán phân cụm k-means, Meanshift,
Watershed, trích chọn đặc trưng cơ bản như kỹ thuật trích chọn cạnh, điểm chính
(keypoint) và mô tả vùng đặc trưng vùng ảnh. Giáo trình cũng giới thiệu một số
phươngpháptríchchọnđặctrưngnângcaonhưSIFT,SUFT,HOG,Haar-likefeature;
phươngphápsokhớpđặctrưnggiữacácảnhphụcvụpháthiệnđốitượngtươngđồng
vànhậndạngmẫucùngvớikỹthuậtlọcloạitrừnhiễutrongsokhớpảnh.Phầncuối
trìnhbàynhữngkỹthuậtnhậndạngmẫuvàphânloạiđốitượngtừcáchtiếpcậntruyền
thống như cây quyết định,rừngngẫu nhiên, boosting, máy phân loại hỗ trợ vector
SVM,mạngneuralnhântạovàđếnkỹthuậthọcsâu,mạngneuraltíchchậpnhưmạng
LeNet,AlexNet,ZFNet,GooLeNet,VGGNet,R-CNNvàkiếntrúcmạngmôtảngữ
nghĩaảnh.
Tàiliệunàyđượcbiênsoạndựatrênkinhnghiệmtíchlũyquaquátrìnhnghiên
cứuvàgiảngdạycủatácgiảliênquanđếnlĩnhvựcthịgiácmáytính,trítuệnhântạo
vàcáchệthốngthôngminh.Hyvọng,giáotrìnhlàtàiliệuhữuíchphụcvụhọctập,
thamkhảochosinhviêncácngànhliênquanđếnkhoahọcmáytính,côngnghệthông
tin,cũngnhưđộcgiảquantâmđếnlĩnhvựcnhậndạngxửlýảnhvàứngdụngtrítuệ
nhântạotrongnhậndạngmẫu.
Tácgiảxinchânthànhcảmơncácýkiếnđónggóp,hỗtrợcủađồngnghiệpvà
đặcbiệtlàsựquantâmcủaLãnhđạoTrườngĐạihọcQuảngBìnhtrongquátrìnhbiên
soạntàiliệunày.
Trongquátrìnhbiênsoạn,giáotrìnhchắcchắnkhôngthểtránhkhỏinhữngthiếu
sót.Tácgiảrấtmongnhậnđượcnhữngýkiếnđónggópcủaquýthầycô,nhànghiên
cứu,sinhviênvàđộcgiảđểtácgiảcóthểđiềuchỉnhhợplý,kịpthời.
Gópýxingửivề: HoàngVănDũng
TrườngĐạihọcQuảngBình
312LýThườngKiệt,TP.ĐồngHới,QuảngBình
Email:zunghv@gmail.com
Ngườibiênsoạn:HoàngVănDũng

i
MỤCLỤC
CHƯƠNG1.NHẬPMÔNXỬLÝẢNH...............................................................1
1.1.Tổngquanvềxửlýảnh...................................................................................1
1.1.1.Cáckháiniệmvềảnhsố,điểmảnh..........................................................1
1.1.2.Cácthànhphầntronghệthốngxửlýảnh.................................................3
1.1.3.Cácứngdụng............................................................................................4
1.2.Hệmàuvàloạiảnh..........................................................................................4
1.2.1.Cáchệmàuthôngdụng............................................................................4
1.2.2.Mộtsốloạiảnhthôngdụng......................................................................7
1.3.Cấutrúcdữliệuảnh........................................................................................9
1.3.1.Cấutrúcảnhvector...................................................................................9
1.3.2.Cấutrúcảnhraster..................................................................................10
1.4.Mộtsốđịnhdạngảnhphổbiến.....................................................................10
1.4.1.ĐịnhdạngảnhTIFF...............................................................................11
1.4.2.ĐịnhdạngảnhGIF.................................................................................11
1.4.3.ĐịnhdạnghìnhảnhJPG.........................................................................12
1.4.4.ĐịnhdạngảnhBMP...............................................................................12
1.4.5.ĐịnhdạngảnhPNG................................................................................13
1.4.6.Sosánhcácchuẩnđịnhdạng..................................................................13
Câuhỏivàbàitập.................................................................................................13
CHƯƠNG2.BIẾNĐỔIXỬLÝẢNH.................................................................15
2.1.Kháiniệm......................................................................................................15
2.2.Cácphépbiếnđổitrênđiểmảnh...................................................................16
2.2.1.Lượcđồảnh............................................................................................16
2.2.2.Điềuchỉnhmứcsáng..............................................................................16
2.2.3.Điềuchỉnhđộtươngphản......................................................................17
2.2.4.Cânbằnglượcđồảnh.............................................................................18
2.2.5.Biếnđổiảnhmàuvàđamứcxám..........................................................20
2.3.Cácphươngphápxửlýảnhthôngdụng........................................................22
2.3.1.Phươngpháptíchchập...........................................................................22
2.3.2.Cáckỹthuậtlọcthôngdụng...................................................................23
2.4.Cácphépbiểnđổitoàncục............................................................................28
2.4.1.Biếnđổicosinrờirạc..............................................................................28
2.4.2.BiếnđổiFourierrờirạc..........................................................................31
2.5.Biếnđổihìnhtháihọc....................................................................................34
2.5.1.Phầntửcấutrúc......................................................................................34
2.5.2.Phépcoảnh–Erosion............................................................................35
ii
2.5.3.Phépgiãnảnh–Dilation........................................................................36
2.5.4.Phépmởảnh–Openning.......................................................................36
2.5.5.Phépđóngảnh-Closing..........................................................................37
2.5.6.Phépbiếnđổi"Hitormiss"....................................................................37
2.5.7.Ứngdụngcủakỹthuậthìnhtháihọc.....................................................39
Câuhỏivàbàitập.................................................................................................43
CHƯƠNG3.PHƯƠNGPHÁPPHÂNĐOẠNẢNH...........................................46
3.1.Tổngquanvềphânđoạnảnh.........................................................................46
3.2.Phânđoạnbằngngưỡng................................................................................47
3.2.1.Phânngưỡngthủcông............................................................................48
3.2.2.Phânđoạnngưỡngtựđộng.....................................................................48
3.2.3.PhânđoạnbằngkỹthuậtOtsu................................................................53
3.3.Phânđoạnbằngk-means...............................................................................55
3.4.KỹthuậtphânđoạnMeanShift......................................................................58
3.5.PhânđoạnbằngkỹthuậtWatershed.............................................................59
3.6.Phânđoạnphâncấp.......................................................................................62
Câuhỏivàbàitập.................................................................................................63
CHƯƠNG4.TRÍCHCHỌNĐẶCTRƯNGCƠBẢN........................................65
4.1.Cáckháiniệm................................................................................................65
4.1.1.Đặctrưngvàtríchchọnđặctrưngảnh...................................................65
4.1.2.Đặctrưngmứcthấp................................................................................66
4.1.3.Đặctrưngmứccao.................................................................................67
4.2.Kỹthuậttríchchọnđặctrưngcạnh...............................................................67
4.2.1.TríchchọnbiênbằngtoántửSobel........................................................68
4.2.2.TríchchọnbiênbằngtoántửPrewitt.....................................................69
4.2.3.TríchchọnbiênbằngtoántửRobert......................................................70
4.2.4.TríchchọnbiênbằngphươngphápCanny............................................70
4.3.Kỹthuậttríchchọnđặctrưngđiểmchính.....................................................72
4.3.1.Tríchxuấtđiểmgóc................................................................................72
4.3.2.Tríchxuấtđặctrưngđốm.......................................................................77
Câuhỏivàbàitập.................................................................................................80
CHƯƠNG5.ĐẶCTRƯNGNÂNGCAOVÀSOKHỚPẢNH.........................83
5.1.Giớithiệuchung............................................................................................83
5.2.MôtảđặctrưngSIFT....................................................................................83
5.2.1.ĐặctrưngSIFT.......................................................................................83
5.2.2.QuátrìnhxửlýSIFT..............................................................................84
5.3.MôtảđặctrưngSURF..................................................................................89