LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Tô Hồng Quân, học viên khóa 2019B, ngành Máy tính, chuyên ngành Hệ
Thống Thông Tin. Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu một số tính chất nội suy
ảnh số sử dụng phép toán hình thái để nâng cao chất lượng ảnh” là do tôi nghiên
cứu, tìm hiểu và phát triển dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Ngô Quốc Tạo và TS.
Nguyễn Hoàng Hà, không phải sự sao chép từ các tài liệu, công trình nghiên cứu của
người khác mà không ghi rõ trong tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu trách nhiệm về lời
cam đoan này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Tác giả
Tô Hồng Quân
LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn trân trọng đầu tiên em muốn dành tới các thầy cô Học viện khoa học
và công nghệ Việt Nam, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam nói chung và các thầy cô trong bộ môn Hệ thống thông tin cũng như
khoa Công nghệ thông tin nói riêng đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức
quý báu trong suốt khoá cao học vừa qua, giúp em có những kiến thức chuyên môn nền
tảng để làm cơ sở lý luận khoa học cho luận văn này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Ngô Quốc Tạo và thầy TS.
Nguyễn Hoàng Hà đã dìu dắt và hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn, sự chỉ
bảo và định hướng của các thầy đã giúp em nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Học viện khoa học công nghệ Việt Nam
- Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã tạo các điều kiện cho em được học
tập và làm luận văn một cách thuận lợi.
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến người thân trong gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã luôn động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành
việc học tập và thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng nỗ lực, nhưng chắc chắn trong quá trình học tập cũng như
thực hiện luận văn, em không tránh khỏi những thiếu xót. Em rất mong nhận được sự
thông cảm và chỉ bảo tận tình của các thầy cô và các bạn.
Nội dung nghiên cứu của luận văn này nằm trong đề tài khoa học mã số
VAST01.01/19-20 tiêu đề “Nghiên cứu phát triển phương pháp phát hiện tự động các
điểm mốc hình thái trên ảnh cánh côn trùng”.
Bản luận văn này của em được sự hỗ trợ bởi đề tài CS21.04 của Viện Công nghệ
thông tin(IOIT), Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST).
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
. Tác giả
Tô Hồng Quân
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... i
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................................ ii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Động lực nghiên cứu................................................................................................ 1
2. Mục tiêu luận văn .................................................................................................... 1
3. Cấu trúc luận văn ..................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ PHÉP TOÁN HÌNH
THÁI ................................................................................................................................ 3
1.1. Giới thiệu về xử lý ảnh .................................................................................... 3
1.1.1 Xử lý ảnh ..................................................................................................... 3
1.1.2 Giới thiệu về hệ thống xử lý ảnh ................................................................. 4
1.1.3 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh .............................................................. 5
1.1.3.1 Một số khái niệm cơ bản ......................................................................... 5
1.1.3.2 Biểu diễn ảnh ........................................................................................... 7
1.1.3.3 Tăng cường ảnh – khôi phục ảnh ............................................................ 8
1.1.3.4 Biến đổi ảnh ............................................................................................. 8
1.1.3.5 Phân tích ảnh ........................................................................................... 8
1.1.3.6 Nhận dạng ảnh ......................................................................................... 9
1.1.3.7 Nén ảnh .................................................................................................. 10
1.1.4 Một số phương pháp nâng cao chất lượng ảnh.......................................... 11
1.2. Các khái niệm về phép toán hình thái Morphology ...................................... 13
1.2.1. Một số khái niệm cơ bản về tập hợp.......................................................... 14
1.2.1.1. Một số phép toán trên ảnh nhị phân .................................................. 14
1.2.1.2. Các phép toán logic trên ảnh nhị phân .............................................. 15
1.2.2. Các khái niệm hình thái cơ bản ................................................................. 16
1.2.3. Bốn nguyên tắc hình thái ........................................................................... 19
1.3. Kết luận.......................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2. PHÉP TOÁN HÌNH THÁI HỌC TRONG XỬ LÝ ẢNH ...................... 21
2.1. Các phép toán hình thái học .......................................................................... 21
2.1.1. Phần tử cấu trúc ......................................................................................... 21
2.1.2. Các phép toán hình thái học trên ảnh nhị phân ......................................... 22
2.1.2.1. Phép giãn nở trên ảnh nhị phân ......................................................... 22
2.1.2.2. Phép co trên ảnh nhị phân ................................................................. 25
2.1.2.3. Phép mở ảnh (Opening) và phép đóng ảnh (Closing) ....................... 28
2.1.2.4. Phép biến đổi trúng hay trượt (Hit-or- miss transformation) ............ 32
2.1.2.5. Phép toán dãn nở có điều kiện ........................................................... 34
2.1.3. Các phép toán hình thái học trên ảnh xám ................................................ 35
2.1.3.1. Phép giãn ........................................................................................... 35
2.1.3.2. Phép co .............................................................................................. 36
2.1.3.3. Phép toán đóng mở ảnh ..................................................................... 37
2.2. Các tính chất nội suy của phép toán hình thái học ........................................ 37
2.3. Ứng dụng của phép toán hình thái ................................................................. 38
2.3.1. Ứng dụng làm trơn ảnh .............................................................................. 38
2.3.2. Trích biên (Boundary Extraction) ............................................................. 39
2.3.3. Tô đầy vùng (Region Filling) .................................................................... 41
2.3.4. Trích chọn các thành phần liên thông (Extraction of Connected
Components) .......................................................................................................... 42
2.3.5. Làm mảnh ảnh (Thinning) ......................................................................... 43
2.3.6. Làm dày đối tượng trong ảnh (Thickening) .............................................. 46
2.3.7. Tìm khung xương (Skeletonization) ......................................................... 46
2.3.8. Phép toán hình thái Gradient (Morphology Gradient Operator) ............... 47
2.4. Các phép lọc hình thái học ứng dụng cho ảnh OCR ..................................... 48
2.4.1. Mô hình ảnh tài liệu kém chất lượng ......................................................... 48
2.4.2. Lọc hình thái học ....................................................................................... 49
2.4.2.1. Toán tử hình thái trên không gian đồ thị ........................................... 49
2.4.2.2. Toán tử hình thái trên các phức hợp đơn giản ................................... 50
2.4.2.3. Bộ lọc đóng và mở khu vực hình thái ............................................... 53
2.5. Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh .......................................................... 53
2.5.1. Sai số bình phương trung bình (MSE) ...................................................... 53
2.5.2. Tỷ số tín hiệu cực đại/ nhiễu (PSNR) ........................................................ 54
2.5.3. Chỉ số tương đồng về cấu trúc SSIM ........................................................ 54
2.6. Kết luận.......................................................................................................... 55
CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM PHÉP LỌC HÌNH THÁI HỌC ..................................... 57
3.1. Thiết kế mô hình thử nghiệm ........................................................................ 57
3.1.1. Công cụ ...................................................................................................... 57
3.1.2. Tập dữ liệu thử nghiệm ............................................................................. 57
3.2. Phép toán hình thái cơ bản ............................................................................ 57
3.3. Làm rõ đối tượng ảnh. ................................................................................... 58
3.4. Kết hợp các phép toán hình thái để khử nhiễu ảnh. ...................................... 60
3.5. Kết luận.......................................................................................................... 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 63