CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ NHẬN DẠNG KÝ TỰ 1.1 Khái quát về xử lý ảnh 1.1 Khái niệm Xử lý ảnh là một khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác, nhất là trên quy mô công nghiệp, song trong xử lý ảnh đã bắt đầu xuất hiện những máy tính chuyên dụng. Để có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lý ảnh chuyên dụng hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trước hết chúng ta sẽ xem xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh [1,2].1 Xử lý ảnh Trước hết là quá trình thu nhận ảnh. Ảnh có thể thu nhận qua camera. Thường ảnh thu nhận qua camera là tín hiệu tương tự (loại camera ống kiểu CCIR), nhưng cũng có thể là tín hiệu số hoá (loại CCD - Charge Coupled Device).
3 camera Lưu trữ Thu nhận Phân tích Số hóa Nhận Dạng ảnh ảnh SENSOR Hệ Q.Định Lưu trữ Hình 1. Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh Ảnh cũng có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor), hay ảnh, tranh được quét trên scanner. Chi tiết về quá trình thu nhận ảnh sẽ được mô tả trong chương 2. Tiếp theo là quá trình số hoá (Digitalizer) để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) và số hoá bằng lượng hoá, trước khi chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lưu trữ lại.
Quá trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ. Trước hết là công việc tăng cường ảnh để nâng cao chất lượng ảnh. Do những nguyên nhân khác nhau: có thể do chất lượng thiết bị thu nhận ảnh, do nguồn sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy biến. Do vậy cần phải tăng cường và khôi phục lại ảnh để làm nổi bật một số đặc tính chính của ảnh, hay làm cho ảnh gần giống nhất với trạng thái gốc- trạng thái trước khi ảnh bị biến dạng.
Giai đoạn tiếp theo là phát hiện các đặc tính như biên, phân vùng ảnh, trích chọn các đặc tính, v. Cuối cùng, tùy theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng, phân lớp. Đồ họa máy tính Đồ họa máy tính là một lĩnh vực của khoa học máy tính nghiên cứu về cơ sở toán học, các thuật toán cũng như các kĩ thuật để cho phép tạo, hiển thị và điều khiển hình ảnh trên màn hình máy tính. Đồ họa máy tính có liên quan ít nhiều đến một số lĩnh vực 4 như đại số, hình học giải tích, hình học họa hình, quang học,.
và kĩ thuật máy tính, đặc biệt là chế tạo phần cứng (các loại màn hình, các thiết bị xuất, nhập, các vỉ mạch đồ họa. Theo nghĩa rộng hơn, đồ họa máy tính là phương pháp và công nghệ dùng trong việc chuyển đổi qua lại giữa dữ liệu và hình ảnh trên màn hình bằng máy tính. Đồ họa máy tính hay kỹ thuật đồ họa máy tính còn được hiểu dưới dạng phương pháp và kĩ thuật tạo hình ảnh từ các mô hình toán học mô tả các đối tượng hay dữ liệu lấy được từ các đối tượng trong thực tế. Thuật ngữ "đồ họa máy tính" (computer graphics) được đề xuất bởi một chuyên gia người Mỹ tên là William Fetter vào năm 1960.
Khi đó ông đang nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing. William Fetter đã dựa trên các hình ảnh 3 chiều của mô hình người phi công trong buồng lái để xây dựng nên mô hình buồng lái tối ưu cho máy bay Boeing. Đây là phương pháp nghiên cứu rất mới vào thời kỳ đó. Phương pháp này cho phép các nhà thiết kế quan sát một cách trực quan vị trí của người lái trong khoang buồng lái.
William Fetter đã đặt tên cho phương pháp của mình là computer graphics.3 Đồ họa máy tính cho robot 1.3 Cấu trúc tập tin ảnh Hình 1.4 So sánh ảnh Vector với ảnh Bitmap 5 Ảnh Bitmap là một trong rất nhiều định dạng chuẩn thường gặp, có phần mở rộng là *.BMP, được Microsoft Corporation đưa ra lần đầu tiên trong phiên bản Windows 3. Mỗi ảnh Bitmap đều gồm 3 phần chính là : + Bitmap header + Palette màu + Bitmap data Trong đó phần Bitmap header chứa thông tin chung về file, và các thông tin về ảnh, khuôn dạng. Bits/pixel Số màu pixel thể hiện 1 2^1=2 2 2^2=4 4 2^4=16 8 2^8=256 16 2^16=65536 24 2^24 = 16, 777, 216 Bảng 1.1 Bits pixel và số màu pixel thể hiện Sau phần Header và bảng màu là phần chứa dữ liệu của file ảnh, phần này nằm ngay sau phần Palette, đây là phần chứa giá trị màu của điểm ảnh trong Bitmap. Các dòng ảnh được lưu trữ từ dưới lên trên, các điểm ảnh được lưu từ trái sang phải, trong đó giá trị của mỗi điểm ảnh là một số trỏ tới phần tử màu tương ứng của phần Palette ảnh.
Số bit dành cho riêng một pixel sẽ xác định số lượng màu cho pixel đó. Ví dụ như nếu mỗi pixel được thể hiện bởi 4 bits, thì khi đó số lượng màu mà pixel có thể xác định là 16 màu. Bảng sau thấy mối liên hệ giữa số bit trên một pixel với số màu mà pixel có thể thể hiện: Hình sau cho thấy các giá trị màu của một ảnh Bitmap mà 1 pixel được thể hiện bởi 24 bit (mỗi màu RGB được xác định bởi 8 bits) : 6 Hình 1.5 Bảng màu của ảnh Bitmap 24 bit/pixel Trên thực tế thường gặp nhất là loại ảnh bitmap với 24 bits/pixel, do định dạng của ảnh nhị phân không được nén nên nó không thích hợp cho việc truyền tải trên môi trường mạng. Một khái niệm khác liên quan đến định dạng file Bitmap không thể không nhắc đến là “Bitmap độc lập với thiết bị “ hay còn gọi là Device-Independent Bitmap (DIB).
DIB bao gồm một bảng màu mô tả làm sao để các giá trị điểm ảnh có thể tương ứng những giá trị màu RGB, điều đó cũng mô tả màu sắc được tạo ra từ sự phát sáng. Vì vậy DIB có thể thể hiện được màu sắc thích hợp trên bất kỳ thiết bị nào, DIB bao gồm những thông tin về màu sắc và kích thước như sau: + Khuôn dạng màu sắc của thiết bị mà trên đó ảnh được tạo ra + Độ phân giải của thiết bị tạo ra ảnh + Bảng màu cho thiết bị tạo ra ảnh + Một mảng những bit ánh xạ bộ màu red, green, blue tới những pixel trong khung ảnh hình chữ nhật. Xác định chế độ nén dữ liệu được thể hiện bởi lược đồ nén (nếu có ) để giảm bớt kích thước của mảng bit. Thông tin về kích thước và màu sắc được lưu trữ trong cấu trúc BitmapInfor, trong đó cũng chứa đựng cấu trúc BitmapInforHeader theo sau bởi hai hay nhiều cấu trúc RGBQuad.
Cấu trúc BitmapInforHeader chỉ ra kích thước của khung pixel hình chữ nhật, kỹ thuật màu sắc của thiết bị và lược đồ nén được sử dụng để giảm bớt kích thước 7 của ảnh bitmap. Cũng cấu trúc RGBQuad lại xác định những màu xuất hiện trên các pixel đó. Có hai sự khác biệt của DIB đó là: + DIB từ dưới lên, tức là dòng ảnh đầu tiên sẽ là ở dưới cùng bắt đầu từ bên trái. + DIB từ trên xuống, dòng ảnh đầu tiên ở trên cùng bên trái.
Bài toán nhận dạng ký tự tiếng Việt 1. Đặc trưng của tiếng Việt Tiếng Việt thuộc ngôn ngữ đơn lập, tức là mỗi một tiếng (âm tiết) được phát âm tách rời nhau và được thể hiện bằng một chữ viết. Đặc điểm này thể hiện rõ rệt ở tất cả các mặt ngữ âm, từ vựng, ngữ pháp. Đặc điểm ngữ âm Trong tiếng Việt có một loại đơn vị đặc biệt gọi là tiếng.
Về mặt ngữ âm, mỗi tiếng là một âm tiết. Hệ thống âm vị tiếng Việt phong phú và có tính cân đối, tạo ra tiềm năng của ngữ âm tiếng Việt trong việc thể hiện các đơn vị có nghĩa. Nhiều từ tượng hình, tượng thanh có giá trị gợi tả đặc sắc. Khi tạo câu, tạo lời, người Việt rất chú ý đến sự hài hoà về ngữ âm, đến nhạc điệu của câu văn.
Đặc điểm từ vựng Mỗi tiếng, nói chung, là một yếu tố có nghĩa. Tiếng là đơn vị cơ sở của hệ thống các đơn vị có nghĩa của tiếng Việt. Từ tiếng, người ta tạo ra các đơn vị từ vựng khác để định danh sự vật, hiện tượng,… chủ yếu nhờ phương thức ghép và phương thức láy. Việc tạo ra các đơn vị từ vựng ở phương thức ghép luôn chịu sự chi phối của quy luật kết hợp ngữ nghĩa, ví dụ: đất nước, máy bay, nhà lầu xe hơi, nhà tan cửa nát,… Hiện nay, đây là phương thức chủ yếu để sản sinh ra các đơn vị từ vựng.
Theo phương thức này, tiếng Việt triệt để sử dụng các yếu tố cấu tạo từ thuần Việt hay vay mượn từ các ngôn ngữ khác để tạo ra các từ, ngữ mới, ví dụ: tiếp thị, karaoke, thư điện tử (e- mail), thư thoại (voice mail), phiên bản (version), xa lộ thông tin, siêu liên kết văn bản, truy cập ngẫu nhiên, v.v… Việc tạo ra các đơn vị từ vựng ở phương thức láy thì quy luật phối hợp ngữ âm chi phối chủ yếu việc tạo ra các đơn vị từ vựng, chẳng hạn: chôm chỉa, chỏng chơ, đỏng đa đỏng đảnh, thơ thẩn, lúng lá lúng liếng, v.v… Vốn từ vựng tối thiểu của tiếng Việt phần lớn là các từ đơn tiết (một âm tiết, một tiếng). Sự linh hoạt trong sử dụng, việc tạo ra các từ ngữ mới một cách dễ dàng đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển vốn từ, vừa phong phú về số lượng, vừa đa dạng trong hoạt động. Cùng một sự vật, hiện tượng, một hoạt động hay một đặc trưng, có thể có nhiều từ ngữ khác nhau biểu thị. Tiềm năng của vốn từ ngữ tiếng Việt được phát huy cao độ trong các phong cách chức năng ngôn ngữ, đặc biệt là trong phong cách ngôn 8 ngữ nghệ thuật.
Hiện nay, do sự phát triển vượt bậc của khoa học-kĩ thuật, đặc biệt là công nghệ thông tin, thì tiềm năng đó còn được phát huy mạnh mẽ hơn. Đặc điểm ngữ pháp Từ của tiếng Việt không biến đổi hình thái. Đặc điểm này sẽ chi phối các đặc điểm ngữ pháp khác. Khi từ kết hợp từ thành các kết cấu như ngữ, câu, tiếng Việt rất coi trọng phương thức trật tự từ và hư từ.
Việc sắp xếp các từ theo một trật tự nhất định là cách chủ yếu để biểu thị các quan hệ cú pháp. Trong tiếng Việt khi nói “Anh ta lại đến” là khác với “Lại đến anh ta“. Khi các từ cùng loại kết hợp với nhau theo quan hệ chính phụ thì từ đứng trước giữ vai trò chính, từ đứng sau giữ vai trò phụ.