Đồ án Xây dựng ứng dụng phát hiện phần khác biệt giữa hai ảnh

BGIÁO DC VÀ ĐÀO TO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
-------o0o-------  
ISO 9001:2015  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  
NGHÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  
HẢI PHÒNG 2019  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
-------o0o-------  
XÂY DỰNG ỨNG DỤNG  
PHÁT HIỆN PHẦN KHÁC BIỆT GIỮA HAI ẢNH  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
Ngành: Công nghệ Thông tin  
HẢI PHÒNG - 2019  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
-------o0o-------  
XÂY DỰNG NG DNG  
PHÁT HIỆN PHẦN KHÁC BIT GIA HAI NH  
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY  
Ngành: Công nghệ Thông tin  
Sinh viên thực hiện  
Mã sinh viên  
: Nguyễn Tiến Dũng  
: 1512111022  
Giáo viên hướng dẫn : TS. Ngô Trường Giang.  
HẢI PHÒNG - 2019  
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO  
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
-------o0o-------  
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP  
Sinh viên:  
Lớp:  
Mã sinh viên:  
Ngành: Công nghệ Thông tin  
Nguyễn Tiến Dũng  
1512111022  
CT1901C  
Tên đề tài: “Xây dựng ng dng phát hiện phần khác biệt gia hai nh”  
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI  
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt  
nghiệp a. Nội dung:  
- Tìm hiểu tổng quan về đối sánh ảnh  
- Tìm hiểu phương pháp căn chỉnh ảnh và trừ ảnh.  
- Tìm hiểu một số hàm cơ bản trong thư viện OpenCV sử dụng cho phát  
hiện phần khác biệt giữa hai ảnh.  
b. Các yêu cầu cần giải quyết  
- Trình bày tổng quan về đối sánh ảnh  
- Hiểu và trình bày phương pháp căn chỉnh ảnh và trừ ảnh .  
- Xây dựng ứng dụng phát hiện phần khác biệt giữa hai ảnh sử dụng các  
hàm trong OpenCV.  
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán  
3. Địa điểm thực tập  
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP  
Người hướng dẫn thứ nhất:  
Họ và tên: Ngô Trường Giang  
Học hàm, học vị: Tiến sĩ.  
Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Thông tin  
Nội dung hướng dẫn:  
- Tìm hiểu tổng quan về đối sánh ảnh  
- Tìm hiểu phương pháp căn chỉnh ảnh và trừ ảnh.  
- Tìm hiểu một số hàm cơ bản trong thư viện OpenCV sử dụng cho phát  
hiện phần khác biệt giữa hai ảnh.  
Người hướng dẫn thứ hai:  
Họ và tên: …………………………………………………………………………………......  
Học hàm, học vị………………………………………………………………………………  
Cơ quan công tác: ……………………………………………………………………………  
Nội dung hướng dẫn: …………………..................................................................  
…………………………………………………………………………………………………..  
…………………………………………………………………………………………………..  
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 01 tháng 7 năm 2019  
Yêu cầu phải hoàn thành trước ngày 21 tháng 9 năm 2019  
Đã nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N  
Sinh viên  
Đã nhận nhiệm vụ: Đ.T.T.N  
Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N  
Nguyễn Tiến Dũng  
Ngô Trường Giang  
Hải Phòng, ngày ............tháng.........năm 2019  
HIỆU TRƯỞNG  
GS.TS.NGUT Trần Hữu Nghị  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc  
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP  
Họ và tên: Ngô Trường Giang  
Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Thông tin  
Họ tên sinh viên: Nguyễn Tiến Dũng  
Ngành: Công nghệ Thông tin  
Nội dung hướng dẫn:  
- Tìm hiểu tổng quan về đối sánh ảnh  
- Tìm hiểu phương pháp căn chỉnh ảnh và trừ ảnh.  
- Tìm hiểu một số hàm cơ bản trong thư viện OpenCV sử dụng cho phát  
hiện phần khác biệt giữa hai ảnh.  
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp:  
- Sinh viên chủ động tìm đọc các tài liệu liên quan tới đề tài  
- Chấp hành nghiêm túc kế hoạch, tiến độ đề ra.  
2. Đánh giá chất lượng của đồ án (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong  
nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu..):  
- Về mặt lý thuyết: Đồ án trình bày các vấn đề cơ bản về đối sánh ảnh,  
phương pháp căn chỉnh ảnh dựa vào đối sánh đặc trưng, kỹ thuật trừ ảnh.  
- Về mặt thực nghiệm: Đồ án đã cài đặt được chương trình phát hiện và  
đánh dấu các phần ảnh đã bị thêm/bớt so với ảnh gốc, sử dụng các hàm  
của OpenCV, và mới dừng lại ở mức các ảnh có biến dạng ít.  
- Về hình thức: Báo cáo trình bày sáng sủa, bố cục hợp lý.  
- Đồ án đáp ứng được yêu cầu đề ra.  
3. Ý kiến của cán bộ hướng dẫn:  
Đạt  
Không đạt  
Điểm:…………………………  
Ngày 25 tháng 9 năm  
2019  
Cán bộ hướng dẫn  
TS. Ngô Trường Giang  
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM  
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc  
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN  
Họ và tên giảng viên: TS. Đỗ Văn Chiểu.  
Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ Thông tin – Trường Đại học Dân lập Hải Phòng  
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Dũng Ngành: Công nghệ Thông tin  
Đề tài tốt nghiệp:  
“Xây dựng ứng dụng phát hiện phần khác biệt giữa hai ảnh”  
1. Phần nhận xét của giảng viên chấm phản biện  
Đồ án có bố cục tương đối tốt, hợp lý , trình bày rõ ràng về nội dung, cở sở lý  
thuyết bám sát đề tài; nêu khá đầy đủ các lý thuyết liên quan  
Phần chương trình thể hiện trong chương 3 sử dụng thư viện OpenCV cho kết quả  
khá chính xác với một số ảnh ít biến động về phép biến đổi hình học  
2. Những mặt còn hạn chế  
Chương 3 không nên để là chương trình thử nghiệm vì tên đề tài là xây dựng ứng  
dụng  
Phần chương trình (chương 3) không nêu rõ môi trường phát triển các thuật toán  
sử dụng, thiếu các giao diện trực quan, chưa nêu rõ các điều kiện đầu vào, thuật toán sử  
dụng cũng như các hạn chế (nếu có)  
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện  
Được bo vệ  
Không được bo vệ  
Điểm:…………………………  
Hải Phòng, ngày .. tháng 10 năm 2019  
Cán bộ chấm phản biện  
(Ký và ghi rõ họ tên)  
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
MC LC  
CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆMError! Bookmark not  
defined.  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
1
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
3
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
LỜI CẢM ƠN  
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô Trường Đại  
Học Dân Lập Hải Phòng, những người đã dìu dắt em tận tình, đã truyền đạt  
cho em những kiến thức và bài học quý báu trong suốt thời gian em theo học  
tại trường.  
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Công  
Nghệ Thông Tin, đặc biệt là thầy giáo TS. Ngô Trường Giang, thầy đã tận tình  
hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm tốt nghiệp. Với sự chỉ bảo  
của Thầy, em đã có những định hướng tốt trong việc triển khai và thực hiện  
các yêu cầu trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.  
Ngoài ra, em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đặc biệt là các  
bạn trong lớp CT1901C đã luôn gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ em trong  
những năm qua và trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.  
Em xin chân thành cảm ơn!  
Hải Phòng, ngày 21 tháng 09 năm 2019  
Sinh viên  
Nguyễn Tiến Dũng  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
5
 
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
MỞ ĐẦU  
Trong các ngành sản xuất, hình ảnh thường được sử dụng cho mục đích  
kiểm soát chất lượng. Trong các ứng dụng cũng như vậy, nếu chất lượng sản  
phẩm tốt, thì hình ảnh của sản phẩm đó hoàn toàn giống với hình ảnh của một  
sản phẩm có chất lượng tốt. Do đó, so sánh các hình ảnh là một nhiệm vụ cơ  
bản trong kiểm soát chất lượng dựa trên hình ảnh. Tuy nhiên, vấn đề này phức  
tạp theo nghĩa là hình ảnh quan sát thường có nhiễu và hình ảnh được xử lý  
cần phải khớp với nhau về mặt hình học vì hình ảnh của các sản phẩm có thể  
không khớp về mặt hình học, bởi vì do thực tế sản phẩm để cập nhập lên sẽ có  
rất nhiều góc chụp khác nhau và hình ảnh sản phẩm thường không hoàn toàn  
giống nhau. Vấn đề đầu tiên được gọi là căn chỉnh hình ảnh và vấn đề thứ hai  
được gọi là trừ ảnh.  
Để giải quyết vấn đề trên em trình bày một ứng dụng phát hiện phần  
khác biệt giữa hai ảnh được ứng dụng trong kiểm tra tự động sản phẩm lỗi.  
Nội dung của đề tài bao gồm ba chương:  
Chương 1: Tổng quan về đổi sánh ảnh  
Chương 2: Căn chỉnh ảnh dựa trên đối sánh thuộc tính  
Chương 3: Chương trình thử nghiệm  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
6
 
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI SÁNH ẢNH  
1.1 Ảnh số  
Ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để  
mô tả 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 đặc điểm của tấm hình càng  
làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn. Ảnh có thể được biểu diễn theo  
một trong hai mô hình: mô hình Vector hoặc mô hình Raster.  
Mô hình Vector: Ngoài mục đích tiết kiệm không gian lưu trữ, dễ dàng  
hiển thị và in ấn, các ảnh biểu diễn theo mô hình vector còn có ưu điểm  
cho phép dễ dàng lựa chọn, sao chép, di chuyển, tìm kiếm…Theo những  
yêu cầu này thì kỹ thuật biểu diễn vector tỏ ra ưu việt hơn. Trong mô  
hình này, người ta sử dụng hướng vector của các điểm ảnh lân cận để  
mã hóa và tái tạo lại hình ảnh ban đầu. Các ảnh vector được thu nhận  
trực tiếp từ các thiết bị số hóa như Digitalize hoặc được chuyển đổi từ  
các ảnh Raster thông qua các chương trình vector hóa.  
Mô hình Raster: là mô hình biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay.  
Ảnh được biểu diễn dưới dạng ma trận các điểm ảnh. Tùy theo nhu cầu  
thực tế mà mỗi điểm ảnh có thể được biểu diễn bởi một hay nhiều bit.  
Mô hình Raster thuận lợi cho việc thu nhận, hiển thị và in ấn. Các ảnh  
được sử dụng trong phạm vi của đề tài này cũng là các ảnh được biểu  
diễn theo mô hình Raster  
1.2 Một số kỹ thuật tiền xử lý ảnh  
1.2.1 Biến đổi ảnh  
Thuật ngữ biến đổi ảnh thường được dùng để nói tới một lớp các ma  
trận đơn vị và các kỹ thuật dùng để biến đổi ảnh. Cũng như các tín hiệu một  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
7
       
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
chiều được biểu diễn bởi một chuỗi các hàm cơ sở, ảnh cũng có thể được biểu  
diễn dưới một số chuỗi rời rạc các ma trận cơ sở gọi là ảnh cơ sở. Phương  
trình ảnh cơ sở có dạng:  
(1-1)  
A*ₖ,ₗ = aₖ*aₗ*T  
Với ak là cột thứ k cửa ma trận A. A là ma trận đơn vị. Có nghĩa là  
AA*T=1. Các A*k,l được định nghĩa ở trên với k,l = 0, 1, 2, …, N-1 là ảnh cơ  
sở. Có nhiều loại biến đổi được dùng như:  
Biến đổi Fourier, Sin, Cosin, Hadamard….  
Tích Kronecker.  
Biến đổi KL (Krhumen loeve).  
Do phải xử lý nhiều thông tin, các phép toán nhân và cộng trong khai  
triển là quá lớn. Do vậy các phép biến đổi trên nhằm giảm thứ nguyên của ảnh  
để việc xử lý ảnh được hiệu quả hơn.  
1.2.2 Nhị phân hóa  
Là quá trình biến đổi một ảnh xám thành ảnh nhị phân.  
Ta gọi giá trị cường độ sáng tại một điểm ảnh là I(x,y).  
INP(x,y) là cường độ sáng của điểm ảnh trên ảnh nhị phân.  
(Với 0 < x < image.width) và (0 < y < image.height).  
Để biến đổi ảnh xám thành ảnh nhị phân. Ta so sánh giá trị cường độ  
sáng của điểm ảnh với một ngưỡng nhị phân T.  
Nếu I(x,y) > T thì INP(x, y) = 0 (0).  
Nếu I(x,y) > T thì INP(x, y) = 255 (1).  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
8
 
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
Chú ý  
Bạn có thể hoàn toàn chọn giá trị T từ 0 đến 255, nhưng thông thường  
nhiều người hay chọn một giá trị đó là 128 tức là giá trị trung bình của  
max(255) và min(0) của cường độ sáng (Intensity) của điểm ảnh.  
Bạn có thể dễ dàng nhận thấy với mỗi T thì có một ảnh nhị phân khác  
nhau (Khác nhau ở đây là cường độ sáng của các tấm ảnh nhị phân với  
mỗi giá trị T).  
1.2.3 Lọc nhiễu  
Thông thường ảnh thu nhận có nhiễu cần phải loại bỏ nhiễu hay ảnh  
không sắc nét bị mờ hoặc cần làm rõ các chi tiết như các đường biên ảnh. Các  
toán tử không gian dùng trong kỹ thuật tăng cường ảnh được phân nhóm theo  
công dụng: làm trơn nhiễu, nổi biên. Để làm trơn nhiễu hay tách nhiễu, người  
ta sử dụng các bộ lọc tuyến tính (lọc trung bình, thông thấp) hay lọc phi tuyến  
(trung vị, giả trung vị, lọc đồng hình).Từ bản chất của nhiễu (thường tương  
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 do đó, để lọc nhiễu người ta thường 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 biên (ứng với tần số cao), người ta dùng các bộ lọc  
thông cao, lọc Laplace  
Để hiểu rõ hơn các kỹ thuật áp dụng, cần phải phân biệt các loại nhiễu  
can thiệp trong quá trình xử lý ảnh. Trên thực tế tồn tại khá nhiều loại nhiễu  
như sự thay đổi độ nhạy của cảm biến, sự biến đổi của môi trường, sai số của  
quá trình lượng tử hóa, sai số của kênh truyền…; tuy nhiên người ta thường  
xem xét 3 loại nhiễu chính và phổ biến là: nhiễu cộng, nhiễu nhân và nhiễu  
xung:  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
9
 
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
Nhiễu cộng (Additive noise): thường phân bố khắp ảnh và được biểu  
diễn bởi:  
(1-2)  
Y=X+n  
Nhiễu nhân: cũng thường phân bố khắp ảnh và được biểu diễn bởi:  
(1-3)  
Y = X ∗ n  
Chú ý: với Y: ảnh quan sát, X: ảnh gốc và n là nhiễu.  
Nhiễu xung (Impulse noise): là một loại nhiễu khá đặc biệt có thể sinh ra  
bởi nhiều lý do khác nhau chẳng hạn: lỗi truyền tín hiệu, lỗi bộ nhớ, hay  
lỗi định thời trong quá trình lượng tử hóa. Nhiễu này thường gây đột  
biến tại một số điểm ảnh.  
1.2.3.1 Lọc trung bình không gian  
Với lọc trung bình, mỗi điểm ảnh được thay thế bằng trung bình trọng  
số các điểm lân cận và được định nghĩa như sau:  
(1-4)  
(
)
( )  
v m, n = ∑ a k, l y(m − k, n − l)  
(k,1)∈W  
Nếu trong kỹ thuật lọc trên, ta chọn các trọng số bằng nhau, phương  
trình trên sẽ có dạng:  
1
(1-5)  
(
)
( )  
∑ a k, l y(m − k, n − l)  
v m, n =  
N
(k,1)∈W  
Với:  
y(m,n): ảnh đầu vào  
V(m,n):ảnh đầu ra  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
10  
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
A(k,l):là trọng số lọc  
1
ak.l = Nwlà số điểm ảnh trong cửa sổ lọc W  
N
Lọc trung bình có trọng số chính là thực hiện chập ảnh đầu vào với nhân  
chập H. Nhân chập H trong trường hợp này có dạng:  
1 1 1  
1
(1-6)  
H = [  
]
1 1 1  
1 1 1  
9
Trong lọc trung bình, thường người ta ưu tiên cho các hướng để bảo vệ  
biên của ảnh khỏi bị mờ khi làm trơn ảnh. Các kiểu mặt nạ được sử dụng tùy  
theo các trường hợp khác nhau. Các bộ lọc trên là bộ lọc tuyến tính theo nghĩa  
là điểm ảnh ở tâm cửa số sẽ được thay bởi tổ hợp các điểm lân cận chập với  
mặt nạ.  
Giả sử ảnh đầu vào biểu diễn bởi ma trận:  
4 7 3 7 1  
5 7 1 7 1  
6 6 1 8 3  
(1-7)  
 
 
 
 
 
 
I =  
 
5 7 5 7 1
  
[
]
5 7 6 1 2  
Ảnh số thu được bởi lọc trung bình Y=HI có dạng:  
23 26 31 19 16  
35 39 46 31 27  
36 43 49 34 27  
(1-8)  
 
 
 
 
 
 
1
9
Y =  
 
36 48 48 34 22
  
[
]
24 35 33 22 11  
Lọc trung bình trọng số là một trường hợp riêng của lọc thông thấp  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
11  
Ứng dụng phát hiện phần ảnh sai khác  
Đồ án tốt nghiệp  
1.2.3.2 Lọc trung vị  
Khái niệm trung vị được viết bởi công thức:  
v(m,n) = (y(m-k, n-l) với (k, l) thuộc W  
(1-9)  
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 thước cửa số thường được  
chọn sao cho số điểm ảnh trong cửa số là lẻ. Các cửa sổ hay dùng là cửa sổ có  
kích thước 3x3, hay 5x5 hay 7x7. Ví dụ: Nếu y(m) = {2, 3, 8, 4, 2} và cửa sổ  
W = (-1, 0, 1) thì ảnh kết quả thu được sau lọc trung vị là v(m) = {2, 3, 4, 4,  
2}. do đó:  
v[0] = 2 <giá trị biên>  
v[3] = Trungvi(8, 4, 2) = 4  
v[1] = Trungvi(2, 3, 8) = 3  
v[2] = Trungvi(3, 8, 4) = 4  
Tính chất của lọc trung vị:  
v[4] = 2 <giá trị biên>  
Lọc trung vị là loại lọc phi tuyến. Điều này được thể hiện:  
Trungvi(x(m) + y(m)) ≠ Trungvi(x(m)) + Trungvi(y(m)).  
(1-10)  
Có lợi cho việc loại bỏ các điểm ảnh hay các hàng mà vẫn bảo toàn bộ  
phân giải.  
Hiệu quả giảm khi số điểm trong cửa sổ lớn hay bằng một nửa số điểm  
trong cửa sổ. Điều này dễ giải thích vì trung vị là (Nw+1)/2 giá trị lớn  
nhất nếu N w lẻ. Lọc trung vị cho trường hợp 2 chiều coi như lọc trung  
vị tách được theo từng chiều.  
Nguyễn Tiến Dũng _ CT1901C  
12  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 80 trang yennguyen 29/03/2022 5340
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Xây dựng ứng dụng phát hiện phần khác biệt giữa hai ảnh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfdo_an_xay_dung_ung_dung_phat_hien_phan_khac_biet_giua_hai_an.pdf