MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, công nghệ thông tin ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội. Từ thành thị đến nông thôn, từ tổ chức đến cá nhân hay các lĩnh vực tưởng chừng như rất xa vời với công nghệ thông tin thì cũng đã và đang được áp dụng những thành tựu của công nghệ thông tin. Công nghệ thông tin đã thực sự len lỏi vào mọi ngõ ngách của đời sống con người. Công nghệ thông tin làm cho con người năng động hơn, nhanh nhẹn hơn, … thích nghi tốt hơn đối với môi trường và tạo ra năng suất, hiệu quả cao.
Công nghệ thông tin nói chung, Internet nói riêng cùng với sự phát triển của công nghệ kỹ thuật số đã tạo nên một kho dữ liệu ảnh khổng lồ vượt quá sự kiểm soát của con người. Khi có nhu cầu tra cứu một vài bức ảnh nào đó trong một cơ sở dữ liệu, công việc cần thực hiện là xem lần lượt từng tấm ảnh một và tiến hành so sánh với ảnh cần tìm cho đến khi đạt được kết quả như mong muốn. Điều này là rất khó khăn khi cơ sở dữ liệu ảnh có tới hàng trăm ngàn ảnh. Do đó, việc xây dựng một hệ thống phục vụ công việc tra cứu ảnh là rất cần thiết.
Hệ thống tra cứu đảm bảo sẽ trả về kết quả nhanh hơn so với việc tra cứu thủ công. Các công cụ tra cứu ảnh có thể dựa vào đặc trưng văn bản đi kèm hoặc nội dung ảnh. Một số công cụ tra cứu ảnh theo văn bản đi kèm như: Google Image Search, Yahoo!, … và một số công cụ tra cứu ảnh dựa vào nội dung ảnh như: Google Image Swirl, Bing, … Do đó, việc xây dựng các hệ thống tra cứu là rất cần thiết. Các công cụ tra cứu ảnh thường dựa vào hai đặc trưng chính là văn bản đi kèm ảnh hoặc nội dung ảnh.
Ngày nay có một số công cụ tra cứu ảnh theo văn bản đi kèm như Google Image Search, Yahoo!, MSN, … và một số công cụ tra cứu ảnh dựa vào nội dung ảnh như Google Image Swirl, Bing, … Trước đây, người ta thường sử dụng phương pháp tra cứu ảnh theo văn bản đi kèm (Text Based Image Retrieval). Theo phương pháp này người ta sẽ gán cho mỗi bức ảnh một lời chú thích phù hợp với nội dung hoặc một đặc điểm nổi bật nào đó của ảnh, sau đó việc tra cứu ảnh được thực hiện dựa trên những lời chú thích này. Phương pháp này khá đơn giản. Tuy nhiên, việc tra cứu ảnh dựa vào văn bản đi kèm còn có nhiều nhập nhằng giữa nội dung ảnh hiển thị với nội dung văn bản đi kèm ảnh trong quá trình tra cứu.
Ví dụ, với truy vấn có lời chú thích là “Apple” thì hệ thống tra cứu khó có thể phân biệt được người dùng muốn tìm hình ảnh quả táo hay tìm logo của hãng Apple. Thêm vào đó phương pháp tra cứu ảnh theo văn bản còn khó có thể áp dụng để tra cứu trong các cơ sở dữ liệu ảnh có số lượng ảnh lớn. Tra cứu ảnh theo nội dung (Content Based Image Retrieval) là một trong những phương pháp được nhiều người quan tâm nghiên cứu hiện nay. Ý tưởng chính của phương pháp này là trích chọn các đặc điểm dựa vào nội dung trực quan của ảnh như LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 màu sắc, kết cấu, hình dạng và bố cục không gian của ảnh để làm cơ sở cho việc tra cứu, sắp xếp, tổ chức cơ sở dữ liệu ảnh.
Một số hệ thống tra cứu ảnh nổi tiếng như QBIC, Virage, Photobook, VisualSEEK, … đã áp dụng khá thành công phương pháp tra cứu này. Khi tra cứu ảnh theo nội dung người ta có thể trích chọn theo đặc trưng màu sắc, kết cấu, hình dạng hoặc có thể kết hợp nhiều đặc trưng để cho kết quả tra cứu tốt hơn. Tuy nhiên khi tra cứu ảnh dựa vào màu sắc hay kết cấu thì khó cho kết quả tốt với những tìm kiếm liên quan tới hình dạng các đối tượng. Do đó tra cứu ảnh theo hình dạng là một công cụ hữu hiệu giải quyết nhu cầu thiết thực này.
Phương pháp tra cứu ảnh theo hình dạng cho phép người dùng yêu cầu các đối tượng có hình dạng tương tự với hình dạng của đối tượng được truy vấn. Một phương pháp tra cứu mới dựa trên hình đại diện và độ tương tự được gọi là phương pháp tra cứu ảnh dựa trên lưới. Phương pháp này sử dụng kỹ thuật phủ lưới lên vùng hình dạng nhằm trích chọn ra chuỗi bít đặc trưng phục vụ cho việc đối sánh để có được kết quả tra cứu phù hợp nhất. Không chỉ đơn thuần sử dụng lưới cho vùng hình dạng người ta còn có thể kết hợp thêm với đặc trưng màu sắc để cho kết quả tra cứu tốt hơn.
Một phương pháp mới được giới thiệu gồm hai giai đoạn dựa vào hai đặc trưng mức thấp của ảnh là màu sắc và hình dạng. Với phương pháp này, ảnh được phân vùng thành các vùng màu trội với các thông tin mô tả tương ứng như vị trí, diện tích, … được sử dụng làm chỉ mục cho khâu tra cứu dựa vào màu sắc. Kết quả là các vùng màu sắc được tìm thấy, từ đó ta thực hiện phương pháp tra cứu ảnh dựa trên lưới với các vùng màu sắc này. Khi kết hợp cả hai đặc trưng này sẽ cho kết quả tra cứu tốt hơn rất nhiều.
Nội dung luận văn gồm có bốn chương: Chƣơng 1: Giới thiệu về tra cứu ảnh, các đặc trưng của ảnh, cấu trúc hệ thống tra cứu ảnh theo nội dung và một số lĩnh vực ứng dụng của tra cứu ảnh. Chƣơng 2: Trình bày một số phương pháp trích chọn đặc trưng hình ảnh như màu sắc, kết cấu, hình dạng … Chƣơng 3: Tập trung tìm hiểu kỹ thuật tra cứu ảnh dựa trên lưới. Đồng thời giới thiệu phương pháp tra cứu ảnh kết hợp giữa đặc trưng màu sắc và hình dạng có sử dụng kỹ thuật lưới vùng. Chƣơng 4: Từ cơ sở lý thuyết đã xây dựng ở chương 3 đưa ra ý tưởng, thuật toán xây dựng chương trình mô phỏng tra cứu ảnh dựa trên lưới.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ TRA CỨU ẢNH 1.1 Giới thiệu chung Với lịch sử phát triển từ đầu những năm 1920, xử lý ảnh được biết đến với ứng dụng truyền ảnh số qua dây cáp - giúp giảm thiểu thời gian truyền tải hình ảnh. Bình thường để truyền một hình ảnh qua biển Atlantic phải mất tới hơn một tuần thì qua hệ thống này chỉ mất hơn 3 giờ đồng hồ. Đây một hệ thống chuyên dụng đã được trang bị để mã hóa các bức ảnh thành một dạng tín hiệu sau đó truyền qua hệ thống dây cáp, ở đầu nhận tín hiệu sẽ có một hệ thống chuyên dụng để giải mã và khôi phục lại chúng. Ngày nay phạm vi ứng dụng của xử lý ảnh đã được mở rộng nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau.
Kỹ thuật xử lý ảnh có liên quan tới xử lý tín hiệu hai chiều và được áp dụng bằng một chuẩn riêng về kỹ thuật xử lý ảnh cho nó. Quá trình thực thi của hệ thống xử lý ảnh bao gồm: - Thu nhận ảnh. - Phân tích ảnh. - Nhận dạng ảnh.
Thu nhận ảnh: Ảnh thu nhận được từ môi trường thực tế thông qua các thiết bị như máy chụp hình (Camera), máy quét hình (Scanner) hay bộ cảm ứng (Sensor) được lắp đặt trên các vệ tinh, ảnh này trong thực tế là ảnh liên tục về không gian và giá trị độ sáng, sau quá trình thu nhận sẽ cho đầu ra là ảnh có dạng bản đồ các bit (ảnh bitmap). Ngày nay ảnh còn có thể được xây dựng ngay trên hệ thống máy tính, thông qua các thuật toán xử lý đồ họa máy tính. Do đó trong một vài trường hợp ảnh đầu vào sẽ là tín hiệu đã được số hóa. Số hóa ảnh: Trước khi phân tích ảnh người ta phải số hóa bức ảnh đó, ảnh đầu vào dạng bitmap qua bộ số hóa sẽ tạo ra một ảnh vector có hướng.
Phân tích ảnh: Đây là quá trình tác động vào ảnh đã số hóa nhằm mục đích tăng cường ảnh, phân vùng, phân đoạn ảnh hay phát hiện biên … để phục vụ cho các mục đích khác nhau trong xử lý ảnh. Nhận dạng ảnh: Là quá trình mô tả ảnh, mô tả đối tượng nhằm vào các mục đích khác nhau như: Nhận dạng vân tay, nhận dạng mặt người, nhận dạng chữ viết,. Muốn thực hiện được các công việc này người ta phải sử dụng cơ sở tri thức hoặc một bộ lưu trữ gồm một tập các mẫu hay gọi là cơ sở dữ liệu thông tin. Qua quá trình tra cứu nhận dạng ra các đối tượng có trong ảnh và các ảnh tương tự trong cơ sở dữ liệu thông tin với ảnh đầu vào để xác nhận tính đúng đắn.
Ngoài ra LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 người ta còn dùng tra cứu ảnh để phục vụ các mục đích như tra cứu ảnh tương tự với ảnh đầu vào nhưng có chất lượng tốt hơn, mang thông tin quan trọng hơn, … Tra cứu ảnh được biết đến là một quá trình tìm kiếm ảnh trong một cơ sở dữ liệu ảnh những ảnh thoả mãn một yêu cầu nào đó. Khi tra cứu ảnh người ta có thể sử dụng phương pháp tra cứu ảnh theo văn bản đi kèm hay theo nội dung ảnh. Với tra cứu ảnh theo văn bản đi kèm có thể gây nên sự nhập nhằng về ngữ nghĩa khi nội dung văn bản không lột tả hết được nội dung cơ bản của ảnh và kết quả trả về thường mang tính chủ quan, cảm ngữ cảnh. Tra cứu ảnh theo nội dung có vẻ như cho kết quả tốt hơn vì khi tra cứu ảnh người ta sẽ dựa trên các đặc trưng mức thấp của ảnh như màu sắc, kết cấu hay hình dạng.
Tra cứu ảnh theo nội dung được thực hiện theo nguyên tắc sử dụng các đặc trưng mức thấp của ảnh như màu sắc, kết cấu, … để biểu diễn ảnh. Sau đó tính độ tương tự giữa ảnh cần tìm và ảnh trong cơ sở dữ liệu để đưa ra kết quả là bức ảnh có độ tương tự cao nhất.2 Các đặc trƣng mức thấp của ảnh Đặc trưng mức thấp của ảnh là một vài đặc điểm thu nhận được từ một bức ảnh như: Hình dạng, màu sắc, kết cấu, và mối liên hệ không gian giữa các đối tượng. Các đặc trưng đó rất quan trọng, người ta có thể dùng các đặc trưng này để mô tả và biểu diễn nội dung ảnh.