đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng này sẽ trình bày cơ bản về xử lý ảnh, phƣơng pháp cơ bản để nhận dạng và phân loại ảnh, tính kích thƣớc sản phẩm, giới thiệu cơ bản về camera 3D và thƣ viện liên quan. Chƣơng 3: Thiết kế và tính toán Chƣơng này sẽ đi tìm hiểu kỹ các thuật toán nhận dạng sản phẩm theo hình dạng, thuật toán tính kích thƣớc và thiết kế mô hình sản phẩm. Chƣơng 4: Thi công hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 do an CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Nội dụng chƣơng này là quá trình thi công cùng với việc chạy chƣơng trình về phân loại sản phẩm cũng nhƣ tính kích thƣớc sản phẩm.
Chƣơng 4: Kết quả nhận xét và đánh giá Nội dụng chƣơng này là tổng hợp các kết quả đạt đƣợc sau khi thi công mô hình và kết quả đạt đƣợc khi phân loại sản phẩm. Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển Kết quả nhận đƣợc khi hoàn thiện đề tài, đƣa ra các hƣớng phát triển hoàn thiện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CÁC THƢ VIỆN LIÊN QUAN 2.1 Giới thiệu xử lý ảnh Xử lý ảnh không còn là đề tài quá mới, nó đƣợc áp dụng từ trong các hoạt động thƣờng ngày cho đến việc nâng cao sản xuất. Nó giúp ích cho cá nhân hay gia đình, mà còn ứng dụng cả trong Chính trị, Y tế, Giáo dục… Xử lý tín hiệu là một môn học trong kỹ thuật điện tử, viễn thông và trong toán học.
Liên quan đến nghiên cứu và xử lý tín hiệu kỹ thuật số và analog, giải quyết các vấn đề về lƣu trữ, các thành phần bộ lọc, các hoạt động khác trên tín hiệu. Các tín hiệu này bao gồm truyền dẫn tín hiệu, âm thanh hoặc giọng nói, hình ảnh, và các tín hiệu khác… Trong số các phƣơng pháp xử lý tín hiệu kể trên, lĩnh vực giải quyết với các loại tín hiệu mà đầu vào là một hình ảnh và đầu ra cũng là một hình ảnh, sản phẩm đầu ra đƣợc thực hiện trong một quá trình xử lý. Đó chính là quá trình xử lý ảnh. Nó có thể đƣợc chia thành xử lý hình ảnh tƣơng tự và xử lý hình ảnh kỹ thuật số.
Để có 1 bức ảnh số ta có quá trình thực hiện nhƣ sau: Chụp ảnh từ một máy ảnh là một quá trình vật lý. Ánh sáng mặt trời sử dụng nhƣ một nguồn năng lƣợng. Một dãy cảm biến đƣợc sử dụng cho việc thu lại của hình ảnh. Vì vậy, khi ánh sáng mặt trời rơi trên ngƣời đối tƣợng, sau đó số lƣợng ánh sáng phản xạ của đối tƣợng đƣợc cảm nhận từ các cảm biến, và một tín hiệu điện áp liên tục đƣợc tạo ra bởi số lƣợng dữ liệu cảm biến đó.
Để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số, chúng ta cần phải chuyển đổi dữ liệu này thành một dạng kỹ thuật số. Điều này liên quan đến việc lấy mẫu và lƣợng tử hóa. Kết quả của việc lấy mẫu và lƣợng tử hóa sau một quá trình xử lý là một hình ảnh kỹ thuật số.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh Điểm ảnh BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Là đơn vị cơ bản nhất để tạo nên một bức ảnh kỹ thuật số, địa chỉ của điểm ảnh đƣợc xem nhƣ là một tọa độ (x,y) nào đó. Một bức ảnh kỹ thuật số - có thể đƣợc tạo ra bằng cách chụp hoặc bằng một phƣơng pháp đồ họa nào khác - đƣợc tạo nên từ hàng ngàn hoặc hàng triệu pixel riêng lẻ.
Bức ảnh càng chứa nhiều pixel thì càng chi tiết. Một triệu pixel thì tƣơng đƣơng với 1 megapixel. Ảnh số Ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật. Số điểm ảnh xác định độ phân giải của ảnh.
Ảnh có độ phân giải càng cao thì càng thể hiện rõ nét các đặt điểm của tấm hình càng làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn. Một hình ảnh là một tín hiệu hai chiều. Nó đƣợc xác định bởi hàm toán học f(x, y) trong đó x và y là hai tọa độ theo chiều ngang và chiều dọc. Các giá trị của f(x, y) tại bất kỳ điểm nào là cung cấp các giá trị điểm ảnh (pixel ) tại điểm đó của một hình ảnh.
Phân loại ảnh Mức xám của điểm ảnh là cƣờng độ sáng, gán bằng một giá trị tại điểm đó. Các mức ảnh xám thông thƣờng: 16, 32, 64, 128, 256. Mức đƣợc sử dụng thông dụng nhất là 256, tức là dùng 1byte để biểu diễn mức xám. Ảnh nhị phân: Là ảnh có 2 mức trắng và đen.
Chỉ có 2 giá trị 0 và 1 và chỉ sử dụng 1 bit dữ liệu trên 1 điểm 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. Ảnh màu: Là ảnh kết hợp của 3 màu cơ bản lại với nhau để tạo ra một thế giới màu sinh động. Ngƣời ta thƣờng dùng 3byte để mô tả mức màu, tức là có khoảng 16,7 triệu mức màu.
Quan hệ giữa các điểm ảnh Lân cận điểm ảnh: đƣợc nói một cách hài hƣớc nhƣ là hàng xóm của các điểm ảnh. Có 2 loại lân cận cơ bản là lân cận 4 và lân cận 8. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Điểm Điểm Điểm xét xét xét Lân cận 4 hàng cột Lân cận 4 chéo Lân cận 8 Hình 2.1: Lân cận 4 và lân cận 8 Bốn điểm ảnh lân cận 4 theo cột và hàng với tọa độ lần lƣợt là (x+1, y), (x-1, y), (x,y+1), (x, y-1) ký hiệu là tập N4(p). Bốn điểm ảnh lân cận 4 theo đƣờng chéo có tọa độ lần lƣợt là (x+1, y+1), (x+1, y+1), (x-1, y+1), (x-1, y-1) ký hiệu là tập ND(p).
Tập 8 điểm ảnh lân cận 8 là hợp của 2 tập trên: N8(p) = N4(p) + ND(p). Liên kết ảnh [3][4]: Các mối liên kết của ảnh đƣợc xem nhƣ là mối liên kiết của 2 điểm ảnh gần nhau, có 3 loại liên kết: liên kết 4, liên kết 8, lên kết m(liên kết hỗn hợp). Trong ảnh đa mức xám, ta có thể đặt V chứa nhiều giá trị nhƣ V={tập con}. Liên kết 4: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V đƣợc gọi là liên kết 4 của nhau nếu q thuộc về tập N4(p).
Liên kết 8: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V đƣợc gọi là liên kết 8 của nhau nếu q thuộc về tập N8(p). Liên kết m: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V đƣợc gọi là Liên kết M của nhau nếu thõa 1 trong 2 điều kiện sau: q thuộc về tập N4(p). q thuộc về tập ND(p) và giao của hai tập N4(p), N4(q) không chứa điểm ảnh nào có giá trị thuộc V. Lọc nhiễu Ảnh thu nhận đƣợc thƣờng sẽ bị nhiễu nên cần phải loại bỏ nhiễu.
Các toán tử không gian dùng trong kỹ thuật tăng cƣờng ảnh đƣợc phân nhóm theo công dụng: làm trơn nhiễu, nổi biên. Để làm trơn nhiễu hay tách nhiễu [3-4], ngƣời ta sử dụng các bộ lọc tuyến tính (lọc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT trung bình, thông thấp) hoặc lọc phi tuyến (trung vị, giả trung vị, lọc đồng hình). Từ bản chất của nhiễu (thƣờng tƣơng ứng với tần số cao) và từ cơ sở lý thuyết lọc là: bộ lọc chỉ cho tín hiệu có tần số nào đó thông qua, để lọc nhiễu ngƣời ta thƣờng dùng lọc thông thấp (theo quan điểm tần số không gian) hay lấy tổ hợp tuyến tính để san bằng (lọc trung bình). Để làm nổi cạnh (ứng với tần số cao), ngƣời ta dùng các bộ lọc thông cao, lọc Laplace.
Phƣơng pháp lọc nhiễu. Chia làm 2 loại: lọc tuyến tính, lọc phi tuyến. Làm trơn nhiễu bằng lọc tuyến tính Khi chụp ảnh có thể xuất hiện nhiều loại nhiễu vào quá trình xử lý ảnh, nên ta cần phải lọc nhiễu [4]. Gồm các phƣơng pháp cơ bản lọc trung bình, lọc thông thấp… Lọc trung bình: Với lọc trung bình, mỗi điểm ảnh đƣợc thay thế bằng trung bình trọng số của các điểm lân cận.
Lọc trung bình có trọng số chính là thực hiện chập ảnh đầu vào với nhân chập H. Nhân chập H có dạng: 1 1 1 H 1 1 1 1 (2.1) 9 1 1 1 Lọc thông thấp: Lọc thông thấp thƣờng đƣợc sử dụng để làm trơn nhiễu. Về nguyên lý của bộ lọc thông thấp giống nhƣ đã trình bày trên.2) 8 0 1 0 Làm trơn nhiễu bằng lọc phi tuyến Các bộ lọc phi tuyến cũng hay đƣợc dùng trong kỹ thuật tăng cƣờng ảnh. Một số phƣơng pháp lọc cơ bản bộ lọc trung vị, lọc ngoài… Với lọc trung vị, điểm ảnh đầu vào sẽ đƣợc thay thế bởi trung vị các điểm ảnh còn lọc giả trung vị sẽ dùng trung bình cộng của hai giá trị “trung vị” (trung bình cộng của max và min).
Lọc trung vị: Kỹ thuật này đòi hỏi giá trị các điểm ảnh trong cửa sổ phải xếp theo thứ tự tăng hay giảm dần so với giá trị trung vị. Kích thƣớc cửa số thƣờng đƣợc chọn sao cho số điểm ảnh trong cửa sổ là lẻ. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phƣơng pháp phát hiện biên Biên là một trong những vấn đền ta cần quan tâm trong xử lý ảnh. Vì ở giai đoạn phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào biên [4].2: Hình tách biên Điểm biên: Một điểm ảnh đƣợc coi là điểm biên nếu có sự thay đổi nhanh hoặc đột ngột về mức xám.
Ví dụ trong ảnh nhị phân, điểm đen gọi là điểm biên nếu lân cận nó có ít nhất một điểm trắng. Đƣờng biên: tập hợp các điểm biên liên tiếp tạo thành một đƣờng biên. Ý nghĩa của đƣờng biên trong xử lý: ý nghĩa đầu tiên của đƣờng biên là một loại đặc trƣng cục bộ tiêu biểu trong phân tích, nhận dạng ảnh. Thứ hai, ngƣời ta sử dụng biên làm phân cách các vùng xám cách biệt.
Ngƣợc lại, ngƣời ta cũng sử dụng các vùng ảnh để tìm đƣờng phân cách.