Giáo trình xử lý ảnh chuẩn nhất từ ĐH Thái Nguyên

Đ I H C THÁI NGUYÊNẠ Ọ

KHOA CÔNG NGH THÔNG TINỆ

GIÁO TRÌNH MÔN H CỌ

X LÝ NHỬ Ả

Ng i so nườ ạ : PGS. TS. Đ NĂNG TOÀN, Ỗ

TS. PH M VI T BÌNHẠ Ệ

Thái Nguyên, Tháng 11 năm 2007

L I NÓI Đ UỜ Ầ

Kho ng h n m i năm tr l i đây, ph n c ng máy tính và các thi t bả ơ ườ ở ạ ầ ứ ế ị

liên quan đã có s ti n b v t b c v t c đ tính toán, dung l ng ch a,ự ế ộ ượ ậ ề ố ộ ượ ứ

kh năng x lý v.v.. và giá c đã gi m đ n m c máy tính và các thi t bả ử ả ả ế ứ ế ị

liên quan đ n x lý nh đã không còn là thi t b chuyên d ng n a. Kháiế ử ả ế ị ụ ữ

ni m nh s đã tr nên thông d ng v i h u h t m i ng i trong xã h i vàệ ả ố ở ụ ớ ầ ế ọ ườ ộ

vi c thu nh n nh s b ng các thi t b cá nhân hay chuyên d ng cùng v iệ ậ ả ố ằ ế ị ụ ớ

vi c đ a vào máy tính x lý đã tr nên đ n gi n.ệ ư ử ở ơ ả

Trong hoàn c nh đó, x lý nh là m t lĩnh v c đang đ c quan tâm vàả ử ả ộ ự ượ

đã tr thành môn h c chuyên ngành c a sinh viên ngành công ngh thông tinở ọ ủ ệ

trong nhi u tr ng đ i h c trên c n c. Tuy nhiên, tài li u giáo trình cònề ườ ạ ọ ả ướ ệ

là m t đi u khó khăn. Hi n t i ch có m t s ít tài li u b ng ti ng Anhộ ề ệ ạ ỉ ộ ố ệ ằ ế

ho c ti ng Pháp, tài li u b ng ti ng Vi t thì r t hi m. V i mong mu nặ ế ệ ằ ế ệ ấ ế ớ ố

đóng góp vào s nghi p đào t o và nghiên c u trong lĩnh v c này, chúng tôiự ệ ạ ứ ự

biên so n cu n giáo trình ạ ố X lý nhử ả d a trên đ c ng môn h c đã đ cự ề ươ ọ ượ

duy t. Cu n sách t p trung vào các v n đ c b n c a x lý nh nh mệ ố ậ ấ ề ơ ả ủ ử ả ằ

cung c p m t n n t ng ki n th c đ y đ và ch n l c nh m giúp ng iấ ộ ề ả ế ứ ầ ủ ọ ọ ằ ườ

đ c có th t tìm hi u và xây d ng các ch ng trình ng d ng liên quanọ ể ự ể ự ươ ứ ụ

đ n x lý nh.ế ử ả

Giáo trình đ c chia làm 5 ch ng và ph n ph l c: Ch ng 1, trìnhượ ươ ầ ụ ụ ươ

bày T ng quan v x lý nh, các khai ni m c b n, s đ t ng quát c aổ ề ử ả ệ ơ ả ơ ồ ổ ủ

m t h th ng x lý nh và các v n đ c b n trong x lý nh. Ch ng 2,ộ ệ ố ử ả ấ ề ơ ả ử ả ươ

trình bày các k thu t nâng cao ch t l ng nh d a vào các thao tác v iỹ ậ ấ ượ ả ự ớ

đi m nh, nâng cao ch t l ng nh thông qua vi c x lý các đi m nhể ả ấ ượ ả ệ ử ể ả

trong lân c n đi m nh đang xét. Ch ng này cũng trình bày các k thu tậ ể ả ươ ỹ ậ

nâng cao ch t l ng nh nh vào các phép toán hình thái. Ch ng 3, trìnhấ ượ ả ờ ươ

bày các k thu t c b n trong vi c phát hi n biên c a các đ i t ng nhỹ ậ ơ ả ệ ệ ủ ố ượ ả

theo c hai khuynh h ng: Phát hi n biên tr c ti p và phát hi n biên giánả ướ ệ ự ế ệ

ti p. Ch ng 4 th hi n cách k thu t tìm x ng theo khuynh h ng tínhế ươ ể ệ ỹ ậ ươ ướ

toán tr c trung v và h ng ti p c n x p x nh các thu t toán làm m nhụ ị ướ ế ậ ấ ỉ ờ ậ ả

song song và gián ti p. Và cu i cùng là Ch ng 5 v i các k thu t h u xế ố ươ ớ ỹ ậ ậ ử

lý.

Giáo trình đ c biên so n d a trên kinh nghi m gi ng d y c a tácượ ạ ự ệ ả ạ ủ

gi trong nhi u năm t i các khóa đ i h c và cao h c c a ĐH Công ngh -ả ề ạ ạ ọ ọ ủ ệ

ĐHQG Hà N i, ĐH Khoa h c t nhiên – ĐHQG Hà N i, Khoa Công nghộ ọ ự ộ ệ

thông tin – ĐH Thái Nguyên v.v.. Cu n sách có th làm tài li u tham kh oố ể ệ ả

cho sinh viên các h k s , c nhân và các b n quan tâm đ n v n đ nh nệ ỹ ư ử ạ ế ấ ề ậ

d ng và x lý nh.ạ ử ả

Các tác gi bày t lòng bi t n chân thành t i các b n đ ng nghi pả ỏ ế ơ ớ ạ ồ ệ

trong Phòng Nh n d ng và công ngh tri th c, Vi n Công ngh thông tin,ậ ạ ệ ứ ệ ệ

B môn H th ng thông tin, Khoa Công ngh thông tin, ĐH Thái Nguyên,ộ ệ ố ệ

Khoa Công ngh thông tin, ĐH Công ngh , ĐHQG Hà N i, Khoa Toán –ệ ệ ộ

C – Tin, ĐH Khoa h c t nhiên, ĐHQG Hà N i đã đ ng viên, góp ý vàơ ọ ự ộ ộ

giúp đ đ hoàn ch nh n i dung cu n sách này. Xin cám n Lãnh đ o Khoaỡ ể ỉ ộ ố ơ ạ

Công ngh thông tin, ĐH Thái Nguyên, Ban Giám đ c ĐH Thái Nguyên đãệ ố

h tr và t o đi u ki n đ cho ra đ i giáo trình này.ỗ ợ ạ ề ệ ể ờ

M c dù r t c g ng nh ng tài li u này ch c ch n không tránh kh iặ ấ ố ắ ư ệ ắ ắ ỏ

nh ng sai sót. Chúng tôi xin trân tr ng ti p thu t t c nh ng ý ki n đóngữ ọ ế ấ ả ữ ế

góp c a b n đ c cũng nh các b n đ ng nghi p đ có ch nh lý k p th i.ủ ạ ọ ư ạ ồ ệ ể ỉ ị ờ

Th góp ý xin g i v :ư ử ề Ph m Vi t Bình,ạ ệ

Khoa Công ngh thông tin – ĐH Thái nguyên.ệ

Xã Quy t Th ng, Tp. Thái Nguyênế ắ

Đi n tho i: 0280.846506ệ ạ Email: pvbinh@ictu.edu.vn

Thái Nguyên, ngày 22 tháng 11 năm 2007

CÁC TÁC GIẢ

M C L CỤ Ụ

L I NÓI Đ UỜ Ầ ...............................................................................................................................................................................2

M C L CỤ Ụ ...........................................................................................................................................................................................4

Ch ng 1: T NG QUAN V X LÝ NHươ Ổ Ề Ử Ả ..........................................................................................9

1.1. X LÝ NH, CÁC V N Đ C B N TRONG X LÝ NHỬ Ả Ấ Ề Ơ Ả Ử Ả .....................9

1.1.1. X lý nh là gì?ử ả ..................................................................................................................................................9

1.1.2. Các v n đ c b n trong x lý nhấ ề ơ ả ử ả ......................................................................................10

1.1.2.1. M t s khái ni m c b nộ ố ệ ơ ả ......................................................................................................10

1.1.2.2. N n ch nh bi n d ngắ ỉ ế ạ ...................................................................................................................10

1.1.2.3. Kh nhi uử ễ .................................................................................................................................................11

1.1.2.4. Ch nh m c xámỉ ứ ...................................................................................................................................11

1.1.2.5. Phân tích nhả..........................................................................................................................................11

1.1.2.6. Nh n d ngậ ạ ................................................................................................................................................12

1.1.2.7. Nén nhả........................................................................................................................................................13

1.2. THU NH N VÀ BI U DI N NHẬ Ể Ễ Ả ..................................................................................................14

1.2.1. Màu s cắ.....................................................................................................................................................................14

1.2.1.1. Mô hình màu RGB (Red, Green, Bule)..................................................................14

1.2.1.2. Mô hình màu CMY (Cyan, Magenta, Yellow)..............................................15

1.2.1.3. Mô hình màu HSV (Hue, Saturation, Value)..................................................16

1.2.1.4. Mô hình màu HLS............................................................................................................................19

1.2.2. Thu nh n, các thi t b thu nh n nhậ ế ị ậ ả .....................................................................................22

1.2.2.1. Giai đo n l y m uạ ấ ẫ .........................................................................................................................23

1.2.2.2. L ng t hóaượ ử .........................................................................................................................................24

1.2.3. Bi u di n nhể ễ ả ...................................................................................................................................................24

1.2.3.1. Mô hình Raster.....................................................................................................................................24

1.2.3.2. Mô hình Vector....................................................................................................................................25

Ch ng 2: CÁC K THU T NÂNG CAO CH T L NG NHươ Ỹ Ậ Ấ ƯỢ Ả .......................26

2.1. CÁC K THU T KHÔNG PH THU C KHÔNG GIANỸ Ậ Ụ Ộ .................................26

2.1.1. Gi i thi uớ ệ ................................................................................................................................................................26

2.1.2. Tăng gi m đ sángả ộ ......................................................................................................................................26

2.1.3. Tách ng ngưỡ .......................................................................................................................................................27

2.1.4. Bó c mụ.......................................................................................................................................................................27

2.1.5. Cân b ng histogramằ....................................................................................................................................28

2.1.6. K thu t tìm tách ng ng t đ ngỹ ậ ưỡ ự ộ ........................................................................................29

2.1.7. Bi n đ i c p xám t ng thế ổ ấ ổ ể.............................................................................................................30

2.2. CÁC K THU T PH THU C KHÔNG GIANỸ Ậ Ụ Ộ .............................................................31

2.2.1. Phép nhân ch p và m uậ ẫ ........................................................................................................................31

2.2.2. M t s m u thông d ngộ ố ẫ ụ ......................................................................................................................33

2.2.3. L c trung vọ ị..........................................................................................................................................................34

2.2.4. L c trung bìnhọ...................................................................................................................................................36

2.2.5. L c trung bình theo k giá tr g n nh tọ ị ầ ấ ................................................................................37

2.3. CÁC PHÉP TOÁN HÌNH THÁI H CỌ............................................................................................38

2.3.1. Các phép toán hình thái c b nơ ả ....................................................................................................38

2.3.2. M t s tính ch t c a phép toán hình tháiộ ố ấ ủ ........................................................................39

Ch ng 3: BIÊN VÀ CÁC PH NG PHÁP PHÁT HI N BIÊNươ ƯƠ Ệ ........................44

3.1. GI I THI UỚ Ệ ...................................................................................................................................................................44

3.2. CÁC PH NG PHÁP PHÁT HI N BIÊN TR C TI PƯƠ Ệ Ự Ế .....................................44

3.2.1. K thu t phát hi n biên Gradientỹ ậ ệ ..............................................................................................44

3.2.1.1. K thu t Prewittỹ ậ ................................................................................................................................46

3.2.1.2. K thu t Sobelỹ ậ .....................................................................................................................................47

3.2.1.3. K thu t la bànỹ ậ ....................................................................................................................................47

3.2.2. K thu t phát hi n biên Laplaceỹ ậ ệ ................................................................................................48

3.2.3. K thu t Cannyỹ ậ ...............................................................................................................................................49

3.3. PHÁT HI N BIÊN GIÁN TI PỆ Ế ..............................................................................................................50

3.3.1 M t s khái ni m c b nộ ố ệ ơ ả ....................................................................................................................50