xử lý ảnh và ứng dụng theo dõi đối tượng chuyển động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Lê Anh Vũ

XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG THEO DÕI ĐỐI TƯỢNG

CHUYỂN ĐỘNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Ngành : Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông

HÀ NỘI 2005

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Lê Anh Vũ

XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG THEO DÕI ĐỐI TƯỢNG

CHUYỂN ĐỘNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Ngành : Công Nghệ Điện Tử - Viễn Thông

Cán bộ hướng dẫn : Nguyễn Vinh Quang

HÀ NỘI 2005

Lời cảm ơn

Để hoàn thành được khóa luận này đó là sự giúp đỡ nhiệt tình và hết sức tạo

điều kiện của các thầy cô và nhà trường cùng các bạn trong lớp , Sự tận tình và

cảm thông của gia đình,anh em.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vinh Quang, người đã hưỡng dẫn

em làm khóa luận này, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm

khóa luận về cả vật chất lẫn tinh thần.

Em xin cảm ơn Nhà Trường và đặc biệt là các thầy cô của khoa Điện Tử thuộc

Phòng Thí Nghiệm ROBOTIC của Trường, những người mà hàng ngày vẫn tạo điều

kiện và bảo ban em. Cảm ơn các bạn lớp K46DC, nhưng người luôn sát cánh và chia sẻ cùng

mình!

Hà Nội, ngày 05/06/2005

Mục lục

Mở đầu…………………………………………………………………………….1

Phần 1: LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH …………………………………………….2

Chương 1: Lý Thuyết xử lý ảnh …………………………………………………2

1.1:Thu nhận ảnh và số hóa…………………………………………………2

1.2:Phân tích ảnh…………………………………………………………….2

1.3:Quyết định………………………………………………………………..3

Chương 2: Thu nhận hình ảnh…………………………………………… …...3

2.1:Thu nhận ảnh…………………………………………………………….3

2.2:Lưu ảnh…………………………………………………………………..7

Chương 3: Phân tích ảnh……………………………………………………….…8

3.1:Khái niệm pixel và pixil lân cận…………………………………………8

3.2:Một số công cụ trợ giúp xử lý ảnh………………………………………8

3.2.1:Tích chập………………………………………………………………..8

3.2.2:Kỹ thuật lọc số………………………………………………………….11

3.2.3:Biến đổi Fourier……………………………………………………….. 11

3.3:Tiền xử lý…………………………………………………………………16

3.3.1:Phương pháp tiền xử lý trong miền không gian……………………..16

3.3.2:Phương pháp tiền xử lý trong miền tần số…………………………...17

3.4:Làm trơn ảnh………………………………………………………….…18

3.4.1:Lấy trung bình các điểm ảnh lân cận, lọc tuyến tính………………..18

3.4.2:Phương pháp lọc trung vị……………………………………………..19

3.4.3:Trung bình hóa hình ảnh……………………………………………...19

3.4.4:Làm trơn hình ảnh nhị phân………………………………………….20

3.5:Phát hiện biên…………………………………………………………….22

3.6:Lập ngưỡng………………………………………………………………25

Phần 2: PHẦN THỰC NGHIỆM:……………………………………………….....26

Chương 1: Ngôn ngữ lập trình……………………………………………...28

Chương 2:Điều khiển công LPT trên Win200/NT/XP…………………….31

Chương 3:Minh họa thuật toán và chương trình………………………….34

Tài liệu tham khảo:………………………………………………………………….52

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN:

Nội dung của khóa luận là ứng dụng lý thuyết của xử lý ảnh số qua thiết bị thu ảnh , ở

đây là web camera để điều khiển một hệ cơ tự động theo dõi đối tượng chuyển động.

Khóa luận được chia làm hai phần chính, phần lý thuyết và phần thực nghiệm :

-Trong phần lý thuyết , ta sẽ tìm hiểu các khái niệm cơ bản của xử lý ảnh số,

bao gồm lý thuyết về Xử lý ảnh,Thu nhận hình ảnh và Phân tích ảnh.

-Ở phần này, giới thiệu các khái niệm về xử lý ảnh và ứng dụng các thuật toán

về xử lý ảnh như là công cụ toán học tích chập, các phưong pháp tiền xử lý : lọc nhiễu,

phát hiện biên, phân ngưỡng ảnh….

-Phần thực hành gồm 3 phần:

Phần 1 tìm hiểu ngôn ngữ lập trình và thư viện AVICap của Microsoft.

Phần 2 sẽ giới thiệu về cách giao tiếp và điều khiển công LPT trên VC++.

Phần 3 là phần chính , bao gồm thuật toán và chương trình chính điều khiển.

LỜI MỞ ĐẦU

Trong mấy thập kỷ gần đây, xử lý ảnh đã được nghiên cứu mạnh mẽ và đã có

rất nhiều ứg dụng trong thực tế. Như trong y học, xử lý ảnh số đã được dùng để phát

hiện và nhận dạng khối u , cải thiện ảnh X quang , nhận dạng đường biên mạch máu

từ những ảnh chụp mạch bằng tia X. trong cuộc sống gia đình, xử lý ảnh được dùng để

cải thiện ảnh Ti vi. Trong truyền thông video như hội nghị video, điện thoại video thì

một vấn đề chính là cần có giải tần rộng. Việc mã hóa thẳng các chương trình video

chất lượn quảng bá cần đến 100 triệu bit/s. Điều này không thể đáp ứng được.Nhưng

bằng cách mã hóa số và khôi phục ảnh (là những vấn đề của xử lý ảnh ) thì việc trên

có thể thực hiện chỉ với băng tần 100 nghìn bit/s. Còn trong lĩnh vực khoa học kỹ

thuật, xử lý ảnh đã và đang có những đóng góp quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực

Robot. Robot thông minh ngày nay không thể thiếu yếu tố xử lý ảnh. Đó là các vấn đề

nhận dạng các đối tượng ngoài môi trường. Từ việc nhận dạng có thể giải quyết rất

nhiều bài toán như tránh vật cản, dò đường....Xử lý ảnh có thể được chia ra làm các

quá trình sau: Thu nhận hình ảnh, phân tích ảnh và quyết định.

Mô hình sản phẩm theo dõi đối tượng dùng camera .