Kỹ Thuật Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu Đáy Biển Tại Học Thái Nguyên

• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Tòa
• Trường học: Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Kỹ Thuật Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu Đáy Biển
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• PHỤ LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ TRA CỨU ẢNH VÀ BÀI TOÁN TRA CỨU TÀU CÁ TRÊN BIỂN
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TƯƠNG TỰ
• 3. CHƯƠNG 3: TRÌNH THỬ NGHIỆM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Kỹ Thuật Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu Đáy Biển

Trong những năm gần đây, vấn đề đánh giá độ tự tưởng tàu đáy biển nhận được sự quan tâm lớn. Nguyên nhân một phần là do sự phát triển của công nghệ chế tạo thiết bị thu nhận và lưu trữ ảnh số cũng như sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet. Người sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau có cơ hội để truy cập và sử dụng các kho lưu trữ ảnh thuộc đủ loại chủ đề và với nhiều kiểu định dạng ảnh khác nhau. Tuy nhiên người ta cũng nhận thấy rằng việc tìm được một bức ảnh mong muốn trong bộ sưu tập ảnh đa dạng có kích thước lớn là rất khó khăn. Đánh giá độ tự tưởng tàu là một quá trình tìm kiếm trong một cơ sở dữ liệu ảnh những ảnh thỏa mãn một yêu cầu nào đó. Ví dụ, người sử dụng có thể tìm kiếm tất cả các ảnh về chủ đề về “tàu cá” trong một cơ sở dữ liệu ảnh hoặc một người sử dụng khác lại muốn phân loại cơ sở ảnh của mình thành các bộ sưu tập có chủ đề khác nhau. Một ví dụ khác về đánh giá độ tự tưởng tàu là một người muốn tìm tất cả các ảnh tương tự với một bức ảnh mẫu nào đó trong một cơ sở dữ liệu ảnh.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu

Trước năm 1990, người ta thường sử dụng phương pháp tra cứu ảnh theo văn bản (Text Based Image Retrieval). Theo cách này người ta sẽ gán cho mỗi bức ảnh một lời chú thích phù hợp với nội dung hoặc một đặc điểm nào đó của ảnh, sau đó việc tra cứu ảnh được thực hiện dựa trên những lời chú thích này. Phương pháp tra cứu ảnh như trên còn được gọi là tra cứu ảnh theo từ khóa. Tuy nhiên, việc tra cứu chỉ dựa vào văn bản đi kèm còn có nhiều nhập nhằng giữa nội dung hiển thị ảnh và nội dung văn bản đi kèm ảnh trong quá trình tra cứu. Bên cạnh đó phương pháp tra cứu ảnh dựa theo văn bản không thể áp dụng để tra cứu các cơ sở dữ liệu ảnh có số lượng ảnh lớn và kết quả tra cứu thì mang tính chủ quan và cảm ngữ cảnh. Vấn đề đánh giá độ tự tưởng tàu đã được nhìn nhận rộng rãi và việc tìm kiếm các giải pháp cho vấn đề này trở thành một lĩnh vực rất sôi động, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và phát triển.

1.2. Phương Pháp Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu Dựa Trên Nội Dung

Một trong những phương pháp được nhiều người quan tâm nghiên cứu hiện nay là phương pháp “Tra cứu ảnh dựa theo nội dung” (Content Based Images Retrieval - CBIR). Phương pháp tra cứu ảnh theo nội dung ra đời đã khắc phục được những nhược điểm của phương pháp từ khóa. CBIR là một lĩnh vực khoa học được phát triển dựa trên cơ sở lý thuyết và ứng dụng của xử lý ảnh. Hệ thống cho phép người dùng tra cứu các ảnh tương tự trong một cơ sở dữ liệu hình ảnh. CBIR được thực hiện thông qua việc tính độ tương tự giữa hai bức ảnh được biểu diễn bởi một trong số các đặc trưng mức thấp của ảnh như: Màu sắc, hình dạng, kết cấu… Kết quả đưa ra là tập các bức ảnh tương tự với ảnh truy vấn được sắp xếp theo thứ tự giảm dần độ tương tự.

II. Vấn Đề An Ninh Biển Thách Thức Đánh Giá Tàu Đáy Biển

Đối với lĩnh vực khoa học quân sự, trong những thập kỷ vừa qua, công nghệ xử lý ảnh đã thực sự trở thành một lĩnh vực mũi nhọn không thể thiếu. Thời gian gần đây, tình trạng tàu cá nước ngoài có những hành động xâm phạm chủ quyền vùng biển Việt Nam ngày càng nhiều và phức tạp. Tàu cá nước ngoài không chỉ khai thác trái phép hải sản, đưa phương tiện vào thăm dò tài nguyên biển nước ta, mà còn xuất hiện những hành động mang tính chất đặc biệt nguy hiểm, dễ gây xung đột vũ trang trên biển như uy hiếp, vô cớ trấn cướp tài sản của ngư dân Việt Nam. Một số hình ảnh tàu cá Việt Nam bị tàu cá nước ngoài uy hiếp trên biển. Trong các lực lượng thực thi pháp luật trên biển của Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung, bài toán nhận dạng các loại tàu cá trên biển luôn được đặt ra cấp thiết từ nhiều năm qua, giải quyết tốt bài toán này sẽ giúp cho việc quản lý tình hình an ninh mặt biển được nhanh chóng, chính xác, hiệu quả.

2.1. Tình Hình Xâm Phạm Chủ Quyền Biển Đông Hiện Nay

Tình hình xâm phạm chủ quyền biển đảo Việt Nam đang diễn biến phức tạp, đòi hỏi các giải pháp giám sát và nhận dạng tàu thuyền hiệu quả. Việc xác định chính xác loại tàu, quốc tịch và hành vi của chúng là vô cùng quan trọng để bảo vệ an ninh quốc gia và tài nguyên biển.

2.2. Yêu Cầu Cấp Thiết Về Nhận Dạng Tàu Cá Trên Biển

Bài toán nhận dạng tàu cá, đặc biệt là tàu đáy biển, trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Các lực lượng chức năng cần có công cụ và kỹ thuật để phân biệt tàu cá hợp pháp và tàu xâm phạm, từ đó có biện pháp xử lý phù hợp.

III. Kỹ Thuật Mô Hình Không Gian Vector VSM Đánh Giá Tàu

Trong một hệ thống tra cứu ảnh theo nội dung điển hình (hình vẽ 1.1) các nội dung trực quan của ảnh được trích chọn và mô tả bằng những vector đặc trưng nhiều chiều. Tập hợp các vector đặc trưng của các ảnh trong một cơ sở dữ liệu ảnh tạo thành cơ sở dữ liệu đặc trưng. Quá trình tra cứu ảnh được tiến hành như sau: người sử dụng cung cấp cho hệ thống tra cứu một ảnh mẫu cụ thể hoặc hình vẽ phác thảo của đối tượng ảnh cần tìm. Sau đó hệ thống sẽ chuyển những mẫu này thành các vector đặc trưng và tính toán sự giống nhau (hay độ tương tự) giữa vector đặc trưng của ảnh mẫu và vector đặc trưng của các ảnh trong cơ sở dữ liệu. Sau cùng việc tra cứu được tiến hành với sự trợ giúp của các sơ đồ đánh chỉ số. Sử dụng sơ đồ đánh chỉ số là cách hiệu quả để tìm kiếm trong các cơ sở dữ liệu ảnh.

3.1. Ứng Dụng VSM Trong Nhận Dạng Hình Ảnh Tàu Biển

Kỹ thuật VSM có thể được áp dụng để biểu diễn các đặc trưng hình ảnh của tàu biển, như hình dạng, kích thước và màu sắc. Bằng cách so sánh các vector đặc trưng này, hệ thống có thể xác định độ tương đồng giữa các tàu và phân loại chúng.

3.2. Ưu Điểm Của VSM So Với Các Phương Pháp Khác

VSM cho phép biểu diễn các đặc trưng phức tạp của hình ảnh một cách hiệu quả. Nó cũng có khả năng xử lý dữ liệu lớn và tìm kiếm các tàu tương tự một cách nhanh chóng.

3.3. Các Bước Triển Khai VSM Để Đánh Giá Tàu Đáy Biển

Việc triển khai VSM bao gồm các bước: trích xuất đặc trưng hình ảnh, xây dựng vector đặc trưng, tính toán độ tương đồng và sắp xếp kết quả. Mỗi bước đều cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả cao nhất.

IV. Phân Tích Yêu Cầu Bài Toán Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu Biển

Trong mô hình này, người sử dụng sẽ tạo truy vấn bằng cách chọn một ảnh mẫu trong một cơ sở dữ liệu ảnh cho trước hoặc phác thảo một hình vẽ mô tả đối tượng ảnh cần tìm bằng cách sử dụng một giao diện đồ họa của hệ thống. Ảnh mẫu đó được đưa qua khối mô tả nội dung trực quan, trong đó người ta sử dụng một phương pháp mô tả nội dung trực quan nào đó để trích chọn một đặc điểm nội dung trực quan để xây dựng thành một vector đặc trưng. Vector đặc trưng của ảnh mẫu sẽ được so sánh với vector đặc trưng tương ứng của các ảnh trong cơ sở dữ liệu ảnh. Kết quả của phép so sánh là một chỉ số đánh giá độ tương tự giữa ảnh mẫu và ảnh lấy ra để so sánh. Dựa vào chỉ số độ tương tự tính toán được ở trên, hệ thống sẽ sắp xếp các ảnh tìm được trong cơ sở dữ liệu ảnh theo một sơ đồ đánh chỉ số nào đó. Danh sách các ảnh tìm được (đã được sắp xếp) được đưa ra đầu ra của hệ thống.

4.1. Xác Định Các Tiêu Chí Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu

Các tiêu chí đánh giá bao gồm: hình dạng, kích thước, màu sắc, kết cấu và các đặc điểm nhận dạng khác của tàu. Việc xác định các tiêu chí này cần dựa trên yêu cầu cụ thể của bài toán và dữ liệu sẵn có.

4.2. Thu Thập Và Xử Lý Dữ Liệu Hình Ảnh Tàu Biển

Dữ liệu hình ảnh có thể được thu thập từ nhiều nguồn, như ảnh vệ tinh, ảnh chụp từ máy bay và ảnh chụp từ tàu thuyền. Dữ liệu cần được xử lý để loại bỏ nhiễu và chuẩn hóa trước khi sử dụng.

4.3. Xây Dựng Cơ Sở Dữ Liệu Đặc Trưng Cho Tàu Đáy Biển

Cơ sở dữ liệu đặc trưng chứa các vector đặc trưng của các tàu biển. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu này cần đảm bảo tính đầy đủ, chính xác và dễ dàng truy xuất.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Phần Mềm Quản Lý Ăn Mòn Tàu Biển

Các thứ năng chính của một hệ thống tra cứu ảnh dựa vào nội dung bao gồm: Phân tích nội dung của nguồn thông tin và biểu diễn nội dung của các nguồn thông tin được phân tích phù hợp với sự đối sánh truy vấn của người sử dụng (không gian của thông tin nguồn được chuyển đổi thành không gian đặc điểm với mục đích đối sánh nhanh trong bước tiếp theo). Bước này thường mất nhiều thời gian cho việc xử lý tuần tự các thông tin nguồn (ảnh) trong cơ sở dữ liệu. Nó chỉ phải làm một lần và có thể làm độc lập. Phân tích các truy vấn của người dùng và biểu diễn chúng thành các dạng phù hợp với việc đối sánh với cơ sở dữ liệu nguồn. Nhiệm vụ của bước này giống với bước trước nhưng chỉ được áp dụng với những ảnh truy vấn. Xác định chiến lược để đối sánh tìm kiếm truy vấn với thông tin được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Công nghệ đánh chỉ số có thể được sử dụng để nhận dạng không gian đặc điểm để tăng tốc độ xử lý đối sánh. Tạo ra sự điều chỉnh cần thiết trong hệ thống (thường là bằng cách đối chiếu các tham số trong công nghệ đối sánh) dựa trên phản hồi từ người sử dụng hoặc những hình ảnh được tra cứu.

5.1. Giám Sát Ăn Mòn Vỏ Tàu Bằng Kỹ Thuật Siêu Âm

Kỹ thuật siêu âm có thể được sử dụng để đo độ dày của vỏ tàu và phát hiện các vết ăn mòn. Dữ liệu siêu âm có thể được tích hợp vào phần mềm quản lý ăn mòn để theo dõi tình trạng của tàu theo thời gian.

5.2. Sử Dụng Cảm Biến Ăn Mòn Để Phát Hiện Sớm Rủi Ro

Cảm biến ăn mòn có thể được lắp đặt trên vỏ tàu để theo dõi tốc độ ăn mòn và cảnh báo sớm về các rủi ro tiềm ẩn. Dữ liệu từ cảm biến có thể được truyền về trung tâm điều khiển để phân tích và đưa ra quyết định.

5.3. Phần Mềm Quản Lý Ăn Mòn Giải Pháp Toàn Diện

Phần mềm quản lý ăn mòn tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn, như dữ liệu siêu âm, dữ liệu cảm biến và dữ liệu kiểm tra trực quan. Phần mềm này cung cấp các công cụ để phân tích dữ liệu, dự đoán rủi ro và lên kế hoạch bảo trì.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Kỹ Thuật Đánh Giá Tàu Biển

Một hệ thống tra cứu ảnh dựa trên nội dung tiêu biểu không chỉ liên quan tới các nguồn thông tin trong những dạng khác nhau (ví dụ như văn bản, ảnh và video) mà còn liên quan đến nhu cầu của người sử dụng. Về cơ bản nó phân tích cả nội dung của nguồn thông tin cũng như truy vấn của người sử dụng và sau đó đối sánh chúng để tìm ra những tiêu chí có liên quan này. Các phương pháp truy vấn dưới đây được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu tra cứu ảnh dựa vào nội dung: + Truy vấn người sử dụng + Truy vấn bởi ảnh mẫu (QBE) + Truy vấn bởi đặc trưng (QBF) + Các truy vấn dựa vào thuộc tính Một người sử dụng tiêu biểu chắc chắn thích truy vấn các hệ thống tra cứu ảnh dựa vào nội dung bằng việc yêu cầu các câu hỏi tự nhiên như “Đưa cho tôi tất cả các bức ảnh có hình ảnh của tàu cá” hoặc “Tìm tất cả các ảnh có tàu”. Ánh xạ truy vấn ngôn ngữ tự nhiên này đến một truy vấn trên cơ sở dữ liệu ảnh là vô cùng khó so với việc sử dụng các phương pháp chú thích. Khả năng của các máy tính để thực hiện nhận dạng đối tượng tự động trên các ảnh chung vẫn là một vấn đề nghiên cứu mở. Do đó hầu hết các nỗ lực nghiên cứu và thương mại tập trung vào xây dựng các hệ thống thực hiện tốt với các phương pháp QBE.

6.1. Tổng Kết Các Kỹ Thuật Đánh Giá Độ Tự Tưởng Tàu

Các kỹ thuật đánh giá độ tự tưởng tàu đã được trình bày trong bài viết này cung cấp các công cụ hữu ích để giám sát và bảo trì tàu biển. Việc lựa chọn kỹ thuật phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của bài toán và dữ liệu sẵn có.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Trong Tương Lai

Các hướng nghiên cứu phát triển bao gồm: tích hợp các kỹ thuật đánh giá khác nhau, sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu và dự đoán rủi ro, và phát triển các hệ thống giám sát từ xa.