Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT&TT

-------------------

VŨ VĂN DƯƠNG

KHÔI PHỤC HÌNH DẠNG ẢNH VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Chuyên ngành : Khoa học máy tính

Mã số : 60 48 01

Thái Nguyên, năm 2011

Luận văn thạc sỹ: “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................1

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................4

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................5

Phần 1: PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................6

1. Giới thiệu tổng quan về đề tài .............................................................................6

2. Lý do chọn đề tài .................................................................................................7

3. Bố cục của luận văn.............................................................................................7

Phần 2: NỘI DUNG....................................................................................................9

Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ KHÔI PHỤC ẢNH ....................9

1.1. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh .....................................................9

1.1.1. Xử lý ảnh................................................................................................9

1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh.......................................................10

1.1.2.1. Một số khái niệm cơ bản ...............................................................10

1.1.2.2. Nắn chỉnh biến dạng......................................................................10

1.1.2.3 Khử nhiễu .......................................................................................11

1.1.2.4. Chỉnh mức xám .............................................................................11

1.1.2.5. Trích chọn đặc điểm......................................................................11

1.1.2.6. Nhận dạng......................................................................................12

1.1.2.7. Nén ảnh..........................................................................................13

1.1.3. Thu nhận và biểu diễn ảnh ...................................................................13

1.1.3.1. Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh. .............................................13

1.1.3.2. Biểu diễn ảnh.................................................................................14

1.2. Khôi phục ảnh.............................................................................................16

1.2.1. Khái niệm khôi phục ảnh .....................................................................16

1.2.2. Định nghĩa khôi phục ảnh ....................................................................16

1.2.3. Các nguồn biến dạng............................................................................17

1.2.4.Các kỹ thuật khôi phục ảnh...................................................................17

1.2.5. Các mô hình quan sát và tạo ảnh .........................................................17

1.2.5.1. Mô hình quan sát ...........................................................................17

1.2.5.2. Mô hình nhiễu ...............................................................................18

1.2.5.3. Các bộ lọc......................................................................................19

1.2.5.4. Khôi phục ảnh bằng phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu.............20

Chƣơng 2: CÁC KỸ THUẬT KHÔI PHỤC HÌNH DẠNG ẢNH .......................21

2.1. Phép biến đổi ảnh........................................................................................21

2.1.1. Hệ tọa độ Barycentric và phép nội suy Affine.....................................21

Luận văn thạc sỹ: “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

2.1.1.1.Hệ tọa độ Barycentric.....................................................................21

2.1.1.2. Phép nội suy Affine.......................................................................22

2.1.2. Phép biến đổi ảnh Morphing................................................................23

2.1.2.1. Mục đích........................................................................................23

2.1.2.2. Khái niệm ......................................................................................23

2.1.3. Một số thuật toán biến đổi ảnh thƣờng gặp .........................................23

2.1.3.1.Thuật toán bóp méo ảnh( Image Warping) ....................................23

2.1.3.2. Thuật toán thay đổi kích thƣớc ảnh.(Image Scale) .......................24

2.1.3.3. Thuật toán quay ảnh (Image Rotate).............................................25

2.1.3.4. Thuật toán xoáy ảnh, cuộn (Image Fun) .......................................26

2.2. Thuật toán bóp méo ảnh .............................................................................27

2.2.1. Giới thiệu .............................................................................................27

2.2.2. Thuật toán bóp méo ảnh.......................................................................30

2.2.2.1. Ý tƣởng cơ bản của thuật toán ......................................................30

2.2.2.2. Xây dựng thuật toán ......................................................................31

2.3. Một số kỹ thuật thƣờng dùng trong bóp méo ảnh ......................................32

2.3.1. Kỹ thuật xếp chồng ảnh .......................................................................32

2.3.2. Kỹ thuật nắn chỉnh ...............................................................................33

2.3.3. Kỹ thuật cải tiến ...................................................................................35

2.3.4. Kỹ thuật dựa trên các điểm tƣơng đƣơng.............................................36

Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM....................................................37

3.1. Bài toán biến đổi hình dạng ảnh .................................................................37

3.1.1. Giới thiệu bài toán................................................................................37

3.1.2. Xây dựng thuật toán.............................................................................38

3.2. Chƣơng trình thử nghiệm............................................................................40

3.2.1. Các khối modul chính trong chƣơng trình ...........................................40

3.2.1.1. Khối đọc và thao tác ảnh ...............................................................40

3.2.1.2. Khối thực hiện biến đổi ảnh dựa trên điểm đặc trƣng...................40

3.2.1.2.1. Hàm tính tọa độ Barycentric của M đối với ba điểm P1, P2, P3 ....41

3.2.1.3. Khối hiển thị kết quả ảnh ..............................................................48

3.2.2. Giao diện chƣơng trình. .......................................................................49

3.2.2.1. Giao diện chính của chƣơng trình .................................................49

3.2.2.2. Giao diện khi tiếp nhận một ảnh đầu vào......................................49

3.2.2.3. Giao diện khi tiếp nhận hai ảnh đầu vào .......................................49

3.2.2.4. Giao diện khi đọc các điểm đặc trƣng từ tệp.................................50

3.2.2.5. Giao diện thực hiện nội suy khôi phục hình dạng ảnh ..................50

3.2.3. Kết quả chạy thử nghiệm .....................................................................52

Luận văn thạc sỹ: “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

3.2.3.1. Bộ ảnh của em Hằng lúc 6 tuổi và lúc 18 tuổi. .............................52

3.2.3.2. Bộ ảnh của bác Lộng lúc 35 tuổi và lúc 65 tuổi............................53

3.2.3.3. Bộ ảnh của một ngƣời Nhật lúc 7 tuổi và lúc 45 tuổi. ..................53

Phần 3: PHẦN KẾT LUẬN......................................................................................54

1. Các kết quả đạt đƣợc .........................................................................................54

2. Hƣớng phát triển của đề tài ...............................................................................55

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................55

Luận văn thạc sỹ: “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng”

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Khôi phục hình dạng ảnh và ứng dụng” là công

trình nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Đỗ Năng Toàn. Các

số liệu, hình ảnh đƣợc sử dụng trong luận văn cũng nhƣ các kết quả nghiên cứu

đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực.

VŨ VĂN DƢƠNG