Chương 1: Tổng quan đề tài. Chương 2: Nền tảng và cơ sở lý thuyết của xử lý ảnh. Chương 3: Hệ thống nhận dạng thứ tự màu cho cáp kết nối trong công nghiệp dùng xử lý ảnh. Chương 4: Kết quả thực nghiệm.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2 NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2 trình bày các bước cơ bản trong việc thu nhận, lưu trữ và xử lý ảnh. Ngoài ra còn tập trung giới thiệu cơ sở không gian màu khác nhau và các hàm hỗ trợ cho xử lý ảnh.1 Tổng quan về xử lý ảnh Xử lý ảnh là gì? Là 1 công nghệ ra đời từ những năm 1960, tuy nhiên thì vào thời điểm đó cấu hình của máy tính chưa đủ mạnh để hỗ trợ công nghệ xử lý ảnh đòi hỏi tốc độ phải cao và tốn nhiều bộ nhớ lưu trữ. Vào thời điểm đó thì đã có nhiều trường đại học lớn và các viện nghiên cứu trên thế giới như MIT đã trang bị những chiếc máy tính khổng lồ để nghiên cứu về công nghệ này.
Từ những năm 1970 trở đi, cấu hình máy tính đã mạnh mẽ hơn, các ứng dụng như cải thiện và nâng cao chất lượng ảnh, lưu trữ và truyền ảnh bắt đầu được phổ biến hơn. Còn ngày nay thì Xử lý ảnh đang là 1 công nghệ làm thay đổi cuộc sống giúp máy móc thay thế cho thị giác của con người. Xử lý ảnh có thể được chia ra làm 3 lĩnh vực: - Cải thiện chất lượng ảnh (Improvement of pictorial information): ví dụ việc làm cho chất lượng một hình ảnh đã cũ trở lên rõ, nét như khi nó được chụp cách đây nhiều năm. - Lưu trữ và Truyền ảnh (Efficient Storage and transmission): Các định dạng ảnh ra đời nhằm làm giảm dung lượng lưu trữ và tăng tốc độ truyền nhận hình ảnh khi băng thông có giới hạn.
Các nhà nghiên cứu đã cho ra đời các định dạng ảnh như. đã dần làm giảm đáng kể dung lượng của ảnh nhưng vẫn đảm bảo chất lượng của hình ảnh. - Nhận diện ảnh (Image processing for autonomous machine): đây là ứng dụng hay được sử dụng trong các dây truyền giám sát, đánh giá và kiểm tra chất lượng sản phẩm trong công nghiệp. Ví dụ như nhận diện biển số xe trong các bãi giữ xe, kiểm tra nhãn chai đã được dán đúng tiêu chuẩn hay chưa, kiểm tra các linh kiện điện tử đã được gắn đúng vị trí trên các bo mạch hay chưa, giúp robot phát hiện và chữa cháy kịp thời hay trong quân sự thì sử dụng công nghệ xử lý ảnh để giúp cho robot có thể theo dõi và bám đuổi mục tiêu.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thu nhận Tiền xử Phân Biểu diễn Nhận dạng ảnh lý ảnh đoạn ảnh và mô tả và nội suy Cơ sở tri thức Hình 2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh. Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition) Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh.
Camera thường dùng là loại quét dòng ; ảnh tạo ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh) Tiền xử lý (Image Processing) Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh Phân vùng ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Ví dụ: để nhận dạng chữ (hoặc mã vạch) trên phong bì thư cho mục đích phân loại bưu phẩm, cần chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, các chữ, các số (hoặc các vạch) riêng biệt để nhận dạng.
Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này. Biểu diễn ảnh (Image Representation) Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính.
Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác. Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation) Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước.
Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại. Có nhiều cách phân loai ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: - Nhận dạng theo tham số.
- Nhận dạng theo cấu trúc. Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụng trong khoa học và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch, nhận dạng mặt người… Trong phép nội suy tín hiệu, ta phục hồi tín hiệu liên tục từ các mẫu. Phép nội suy tín hiệu có nhiều ứng dụng, có thể sử dụng trong việc thay đổi kích cỡ của ảnh số để cải thiện thể hiện của ảnh khi xem trên thiết bị hiển thị. Xét ảnh số cỡ 64x64 pixel, nếu thiết bị hiển thị hiện hình bậc không, từng cá thể pixel đều được nhìn thấy, ảnh thể hiện thành các khối.
Nếu tăng kích thước ảnh bằng nội suy và lấy mẫu lại trước khi hiển thị thì ảnh sẽ xuất hiện mịn và đẹp mắt hơn. Một dãy khung hình cũng có thể nội suy theo thứ nguyên thời gian. Ảnh động 24 khung/sec cũng có thể đổi thành tín hiệu truyền hình NTSC 60 mành/giây bằng phép nội suy. Cũng có thể dùng phép nội suy thời gian để cải thiện thể hiện ảnh video của ảnh chuyển động chậm.
Phép nội suy cũng có thể sử dụng trong các ứng dụng khác như mã hóa ảnh. Chẳn hạn, một cách tiếp cận đơn giản để làm giảm tốc độ bit là loại bỏ một số pixel hoặc một vài khung và tạo lại chúng từ pixel và khung đã mã hóa [1].1 Ảnh và điểm ảnh Ảnh là hình vẽ bao gồm vô số điểm ảnh tạo nên. Điểm ảnh là đơn vị nhỏ nhất tạo nên hình ảnh, thường mang một màu duy nhất (kết quả của sự pha trộn các màu cơ bản giữa các kênh màu). Để thông số điểm ảnh có ý nghĩa, người ta phải qui về một đơn vị kích thước nhất định, như inch hay cm/mm để tính và ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT điểm ảnh thường được diễn đạt theo số lượng điểm trên một inch/cm chiều dài.
giúp bạn có thể tưởng tượng được về điểm ảnh và số lượng điểm ảnh.2 (a) cho thấy trên cùng một đơn vị diện tích. Ví dụ, 4 điểm ảnh nên chỉ thể hiện được 4 màu sắc chi tiết. Trong khi hình 2.2 (b) có tới 16 điểm ảnh giúp thể hiện 16 màu sắc, và làm ảnh chi tiết hơn nhiều. Số lượng điểm ảnh trên cùng 1 ảnh.2 Độ phân giải của ảnh Định nghĩa: Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh được ấn định trên ảnh số được hiển thị.
Độ phân giải của màn hình càng lớn, ảnh có kích thước hiển thị càng nhỏ và ngược lại. Ví dụ: độ phân giải trên màn hình CGA (Color Graphic Adapter) là một lưới điểm theo chiều ngang màn hình 320 * điểm chiều dọc 200 điểm ảnh (320*200). Rõ ràng cùng một độ phân giải thì màn hình 12” mịn hơn màn hình 17”. Do cùng một mật độ điểm ảnh (độ phân giải), màn hình càng lớn thì độ mịn càng kém (độ liên tục giữa các điểm ảnh kém hơn).3 Mức xám và ảnh xám Định nghĩa: Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được gán bằng giá trị số tại điểm đó.
Các thang giá trị mức xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức 256 là mức phổ dụng. Lý do: từ kỹ thuật máy tính dùng 1 byte (8 bit) để biểu diễn mức xám: Mức xám dùng 1 byte biểu diễn: 28=256 mức, tức là từ 0 đến 255). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT (a) (b) Hình 2. (b) Giá trị pixel trên 1 vùng ảnh.
Ảnh nhị phân: ảnh chỉ có 2 mức đen trắng phân biệt tức dùng 1 bit mô tả 21 mức khác nhau. Nói cách khác: mỗi điểm ảnh của ảnh nhị phân chỉ có thể là 0 hoặc 1. Ảnh nhị phân (a) Ảnh đen trắng, (b) giá trị pixel trong 1 vùng ảnh. Ảnh đen trắng: là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau 2.4 Ảnh màu Định nghĩa: trong khuôn khổ lý thuyết ba màu (Red, Blue, Green) để tạo nên thế giới màu, người ta thường dùng 3 byte để mô tả mức màu, khi đó các giá trị màu: 3 * 28=224≈ 16,7 triệu màu.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 do an CHƯƠNG 2: NỀN TẢNG VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT (a) (b) (c) (d) Hình 2.5 Nén ảnh Từ lúc các bức ảnh điện tử ra đời, đã có rất nhiều định dạng cũng được khai sinh. Mỗi loại định dạng ảnh đều có những sắc thái và cách sử dụng hoàn toàn khác nhau. Trong đó, JPG, PNG và GIF là 3 loại định dạng ảnh số phổ biến nhất. Định dạng ảnh JPG JPG đã trở thành định dạng phổ biến nhất trên Internet bởi vì công nghệ nói trên có thể nén ảnh rất nhiều.