Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu tổng quan và đánh giá một số phương pháp tiêu biểu trong nâng cao chất lượng ảnh tài liệu như: Lọc nhiễu, bù nghiêng, giảm mờ. Sử dụng công cụ Matlab cài đặt thử nghiệm mô phỏng một số thuật toán nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Đánh giá khả năng ứng dụng của các thuật toán trên thực tế.
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG LÊ NHƯ TÙNG NGHIÊN CỨU CÁC THUẬT TỐN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH SỐ VÀ ỨNG DỤNG TRONG ẢNH TÀI LIỆU Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS NGƠ QUỐC TẠO THÁI NGUYÊN, 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Lê Như Tùng Sinh ngày: 29/3/1980 Học viên lớp cao học CHK13 - Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Xã Đồng Cốc, huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang. Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu thuật toán nâng cao chất lượng ảnh số ứng dụng ảnh tài liệu” do Thầy giáo PGS.TS Ngơ Quốc Tạo hướng dẫn là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn. Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học và trước pháp luật. Thái Ngun, ngày 22 tháng năm 2016 NGƯỜI CAM ĐOAN Lê Như Tùng ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Ngơ Quốc Tạo, luận văn với đề tài “Nghiên cứu thuật toán nâng cao chất lượng ảnh số ứng dụng ảnh tài liệu” đã hồn thành. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Ngơ Quốc Tạo đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này. Đề tài “Hệ thống đeo tay hỗ trợ đọc sách tiếng Việt dành cho người khiếm thị” Mã số VAST01.07/15-16 hỗ trợ trong thực hiện luận văn. Khoa sau Đại học Trường Đại học Cơng nghệ thơng tin và truyền thơng đã giúp đỡ tơi trong q trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, thực hiện và hồn thành luận văn này. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Như Tùng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU 1 1. Tính khoa học và cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2 3. Phương pháp luận nghiên cứu . 2 4. Nội dung và bố cục của luận văn 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH SỐ 4 1.1. Tổng quan xử lý ảnh số 4 1.1.1. Tổng quan về một hệ thống xử lý ảnh 4 1.1.2. Một số khái niệm cơ bản trong xử lý ảnh . 6 1.1.3. Nguyên tắc thực hiện xử lý ảnh 8 1.1.4. Một số thao tác cơ bản trong xử lý ảnh 9 1.2. Nâng cao chất lượng ảnh 11 1.2.1. Tăng cường ảnh 13 1.2.2. Khôi phục ảnh 16 1.3. Một số ứng dụng của nâng cao chất lượng ảnh 17 1.4. Kết luận chương . 19 CHƯƠNG 2. CÁC KỸ THUẬT NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH TÀI LIỆU 20 2.1.1 Ảnh tài liệu 20 2.2.2. Xử lý ảnh tài liệu . 21 iv 2.2.3. Nâng cao chất lượng ảnh tài liệu . 23 2.2. Cập nhật một số kết quả nghiên cứu tiêu biểu gần đây về nâng cao chất lượng ảnh tài liệu 26 2.3. Phân tích một số thuật tốn tiêu biểu trong nâng cao chất lượng hình ảnh 28 2.3.1. Các loại nhiễu thường gặp 28 2.3.2. Các thuật toán lọc nhiễu 33 2.3.2. Các thuật toán khử mờ ảnh 38 2.3.3. Các thuật toán chỉnh nghiêng ảnh tài liệu 42 2.4. Kết luận chương . 50 CHƯƠNG 3 CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM MỘT SỐ THUẬT TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH TÀI LIỆU 51 3.1. Đặt vấn đề 51 3.2. Lựa chọn một số thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu 51 3.3. Xây dựng chương trình thử nghiệm 52 3.4. Đánh giá hiệu quả của một số thuật toán nâng cao chất lượng ảnh tài liệu 56 3.5. Kết luận chương . 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh 5 Hình 1.2. Sơ đồ khối các bước trong q trình xử lý ảnh 11 Hình 1.3. Mơ hình q trình làm méo và khơi phục ảnh 16 Hình 2.1. Một số ảnh tài liệu trong cuộc sống 20 Hình 2.2. Phân loại xử lý ảnh tài liệu 21 Hình 2.3. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh tài liệu 22 Hình 2.4. Một số vấn đề đối với ảnh tài liệu 23 Hình 2.5. Ví dụ về nâng cao chất lượng ảnh tài liệu . 24 Hình 2.6. Các dạng mặt nạ bộ lọc khơng gian trung bình 34 Hình 2.7. Lọc trung vị . 36 Hình 2.8. Lọc giả trung vị . 37 Hình 2.9. Lọc ngồi 37 Hình 2.10. Mơ hình hóa suy giảm do mờ ảnh 38 Hình 2.11. Biến đổi Hough [5] . 44 Hình 2.12. Phương pháp láng giềng gần nhất [5] 47 Hình 2.13. Phương pháp chiếu nghiêng[5] 48 Hình 3.1. Giao diện chương trình chính 52 Hình 3.2. Giao diện mơ phỏng thao tác lọc nhiễu 53 Hình 3.3. Giao diện mơ phỏng thao tác khử mờ 54 Hình 3.4. Giao diện mơ phỏng thao tác bù nghiêng 55 Hình 3.5. Minh họa khử mờ theo thuật tốn lọc Wiener 58 Hình 3.6. Minh họa khử mờ theo thuật tốn đầu thực mù . 59 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.2. Các kết quả đối với các phương pháp lọc nhiễu 56 Bảng 3.2. Các kết quả đối với các phương pháp khử mờ 57 Bảng 3.3. Các kết quả đối với các phương pháp bù nghiêng 60 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ Từ tiếng Anh cụm từ COC Circle of Confusion DAS Document Analaysis System Hệ thống phân tích văn bản DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc LTHD Lượng tử hóa đều MDF OCR Từ tiếng Việt Moving Distribution Function Optical Character Recognition Vòng tròn nhầm lẫn Hàm mật độ chuyển động Nhận dạng chữ in OTF Optical Transfer Function Hàm truyền quang PSF Point Spread Function Hàm tán xạ điểm 1 LỜI MỞ ĐẦU Tính khoa học cấp thiết đề tài Khả năng thị giác là một trong những đặc điểm thật sự vượt trội của chúng sinh. Nó cho phép cảm nhận và đồng hóa một số lượng đáng kinh ngạc kiến thức về thế giới xung quanh trong một khoảng thời gian ngắn. Có thể nói, thơng tin hình ảnh là một phần khơng thể thiếu của xã hội thơng tin hiện đại. Chính vì vậy, việc nâng cao hình ảnh kỹ thuật số là cần thiết trong nhiều lĩnh vực ứng dụng của hình ảnh. Nó làm cho con người có thể dễ dàng quan sát và máy móc có thể thực thi tốt hơn các nhiệm vụ trích chọn, biên dịch và thực hiện các bài tốn xử lý thơng tin khác trên hình ảnh. Trên thực tế, rất nhiều tài liệu hình ảnh được chụp từ điện thoại, máy scan hoặc camera để phục vụ cho các nhiệm vụ lưu trữ tư liệu có chất lượng khơng tốt do nhiều ngun nhân khác nhau như: kỹ năng của người chụp ảnh, giới hạn của thiết bị chụp ảnh, ánh sáng, nhiễu tác động, bản thân hiện vật bị mục nát… làm cho ảnh bị mờ, nhịe, mất thơng tin. Xuất phát từ thực tế này, đã có rất nhiều cơng trình cơng bố tập trung vào phát triển các thuật tốn xử lý ảnh số mà đặc biệt là nâng cao chất lượng ảnh tài liệu nhằm phục vụ cho các khâu nhận dạng, lưu trữ…Với sự đa dạng của các thuật toán này, việc phân loại, hiểu rõ nguyên lý và khả năng ứng dụng của từng thuật tốn là điều khơng dễ dàng. Vì những lý do trên, được sự hướng dẫn của Thầy giáo, PGS. TS. Ngơ Quốc Tạo, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu thuật toán nâng cao chất lượng ảnh số ứng dụng ảnh tài liệu”làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Khoa học máy tính. 2 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài nhằm thực hai mục tiêu sau: - Nghiên cứu tổng quan và đánh giá một số phương pháp tiêu biểu trong nâng cao chất lượng ảnh tài liệu như: Lọc nhiễu, bù nghiêng, giảm mờ. - Sử dụng công cụ Matlab cài đặt thử nghiệm mô phỏng một số thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Đánh giá khả năng ứng dụng của các thuật tốn trên thực tế. Chính vì vậy, đối tượng của luận văn là: Các thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Luận văn sẽ khảo sát và đánh giá một số phương pháp thường dùng trong nâng cao chất lượng ảnh số, lựa chọn các phương pháp được cho là phù hợp nhất đối với việc nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Tập trung sâu vào cài đặt thử nghiệm một số phương pháp nhằm chứng minh tính đúng đắn và khả năng ứng dụng trong thực tế của thuật tốn. Phương pháp luận nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu về nâng cao chất lượng ảnh số; Tập trung sâu vào các phương pháp, thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu; Tìm hiểu các kiến thức liên quan. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Sau khi nghiên cứu lý thuyết, phát biểu bài toán, đưa ra giải pháp xử lý; Mơ phỏng thử nghiệm chương trình trên phần mềm Matlab; Đánh giá các kết quả đạt được. - Phương pháp trao đổi khoa học: Thảo luận, xemina, lấy ý kiến chuyên gia. Nội dung bố cục luận văn Chương 1: Tổng quan nâng cao chất lượng ảnh số 51 Chương CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM MỘT SỐ THUẬT TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ẢNH TÀI LIỆU 3.1 Đặt vấn đề Như đã phân tích trong chương 1 và 2 của luận văn, việc tìm kiếm các thuật tốn hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng ảnh tài liệu là một nhiệm vụ có tính cấp thiết cả về mặt khoa học cũng như ứng dụng trong đời sống xã hội. Tuy nhiên, mỗi thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu lại chỉ phù hợp cho một đối tượng nhất định. Vì vậy, nhiệm vụ của chương này là xây dựng phần mềm mơ phỏng nhằm phân tích khả năng hoạt động của một thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh khác nhau. Từ đó đưa ra kết luận về phương pháp xử lý ảnh tối ưu nhất cho mỗi đối tượng. Trên cơ sở đó, phần tiếp theo của chương sẽ chỉ ra các thuật tốn tiêu biểu được lựa chọn, phần kế tiếp sẽ trình bày cụ thể về q trình xây dựng chương trình mô phỏng, một số kết quả thực nghiệm. Cuối cùng, luận văn sẽ đánh giá và kết luận về một số tình huống nâng cao chất lượng ảnh tài liệu trong thực tế. 3.2 Lựa chọn số thuật toán nâng cao chất lượng ảnh tài liệu Chương 2 của luận văn đã trình bày chi tiết về ba thao tác cơ bản thường gặp trong nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Đó là các thao tác: lọc nhiễu, khử mờ và bù nghiêng. Mỗi một thao tác lại được rất nhiều các nhà nghiên cứu đưa ra các thuật tốn khác nhau đưa ra đóng góp. Vì vậy, trong khn khổ và thời gian có hạn, luận văn chỉ lựa chọn, phân tích và đánh giá thơng qua mơ phỏng một số thuật tốn tiêu biểu đã được phân tích trong phần 0 như sau: - Với phép tốn lọc nhiễu: lựa chọn các thuật tốn lọc Gaussian, lọc trung bình, lọc trung vị để khử nhiễu Gaussian, nhiễu lốm đốm, nhiễu muối tiêu. 52 - Với phép khử mờ, luận văn lựa chọn cài đặt và đánh giá thuật toán Lucy- Richardson, Blind Image Deconvolution, lọc Wiener để đánh giá kết quả đối với các nhóm ảnh tài liệu khác nhau và ngun nhân gây mờ khác nhau như Gaussian, ngồi tiêu cự, chuyển động - Trong các phép tốn về bù nghiêng, luận văn lựa chọn cài đặt và đánh giá thuật tốn dựa trên biến đổi Hough, phương pháp láng giềng gần nhất, phương pháp chiếu nghiêng 3.3 Xây dựng chương trình thử nghiệm Hình 3.1 Giao diện chương trình Mơi trường phát triển chương trình Chương trình được phát triển trên phần mềm Matlab R2015. Đây là phiên bản mới nhất của Matlab và do vậy, cập nhật khá đầy đủ các thuật toán cơ bản hỗ trợ cho các thao tác xử lý ảnh cũng như hỗ trợ giao diện GUI thân thiện với người dùng[4] Các chức năng của chương trình 53 - Đọc và lưu trữ các file ảnh tài liệu, hiển thị đầy đủ thơng tin cơ bản của ảnh số tài liệu. Cung cấp một số các thao tác xử lý điểm khơng gian cơ bản. - Đối với phép tốn lọc nhiễu: Cho phép mơ phỏng q trình xử lý các ảnh tài liệu bị nhiễu cũng như cho phép thêm các loại nhiễu vào một ảnh gốc để làm rõ kết quả của các thuật tốn khác nhau trong q trình lọc nhiễu. - Đối với phép khử mờ: Cho phép giả lập các nguyên nhân gây mờ ảnh, đánh giá các thuật toán khử mờ trong từng bài toán xử lý. - Với các phép bù nghiêng: Làm rõ q trình phát hiện góc nghiêng và quay ảnh của các thuật tốn lựa chọn mơ phỏng, làm căn cứ cho việc đánh giá. Một số giao diện của chương trình Chương trình chính được tạo bởi file Main.fig và Main.m. Khi chạy file Main.m chương trình chính sẽ cho phép lựa chọn một trong ba thao tác xử lý ảnh tài liệu như: lọc nhiễu, khử mờ, bù nghiêng (xem Hình 3.1). Hình 3.2 Giao diện mơ thao tác lọc nhiễu 54 Nếu lựa chọn phép tốn lọc nhiễu từ chương trình chính, ta sẽ thu được giao diện GUI giao tiếp với người dùng cho phép đọc ảnh từ bên ngồi (Hình 3.2). Cũng như các chương trình xử lý ảnh thơng thường, modul này cho phép đọc vào các file ảnh cần xử lý, ghi file ảnh sau khi xử lý ra máy tính. Chương trình cũng hỗ trợ một số thao tác tiền xử lý ảnh cơ bản như: đảo màu, chỉnh độ tương phản, chỉnh độ chói (gamma). Ngồi ra, phần hiển thị các thành phần RGB của ảnh gốc và ảnh sau khi xử lý cho phép ta đánh giá sự tác động của thao tác xử lý đã thực hiện lên ảnh số. Một loại nhiễu khác nhau cần có phương pháp xử lý khác nhau. Vì vậy, để thuận tiện cho việc khảo sát và đánh giá hiệu quả của thao tác lọc nhiễu đối với ảnh tài liệu, modul thiết kế các thao tác thêm nhiễu vào ảnh gốc, từ đó chọn các thao tác lọc nhiễu tương ứng. Chức năng khơi phục lại cho phép trả về kết quả ban đầu để người dùng tiện thao tác lại. Trên Hình 3.2 hiển thị kết quả của việc thêm nhiễu muối tiêu vào ảnh gốc. Nhiễu này có thể xử lý khi lựa chọn thao tác lọc trung vị. Hình 3.3 Giao diện mô thao tác khử mờ 55 Với phương pháp khử mờ, luận văn lựa chọn cài đặt và đánh giá thuật tốn Lucy- Richardson, Blind Image Deconvolution, lọc Wiener để đánh giá kết quả đối với các nhóm ảnh tài liệu khác nhau và ngun nhân gây mờ khác nhau như Gaussian, ngồi tiêu cự, chuyển động. Vì vậy, trên chương trình chính, khi lựa chọn thao táckhử mờ ảnh, chương trình sẽ cho phép phân tích các thuật tốn Lucy- Richardson, Blind Image Deconvolution, lọc Wiener Tương tự đối với các thao tác bù nghiêng (Hình 3.4), khi lựa chọn thao bù nghiêng ảnh, chương trình sẽ cho phép phân tích các thuật tốn biến đổi Hough, phương pháp láng giềng gần nhất, phương pháp chiếu nghiêng Hình 3.4 Giao diện mô thao tác bù nghiêng 56 3.4 Đánh giá hiệu số thuật toán nâng cao chất lượng ảnh tài liệu Sau khi phân tích, cài đặt các thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh tài liệu, luận văn tiến hành kiểm thử nhằm đánh giá và đưa ra kết luận về một số thuật tốn nằm trong ba nhóm phương pháp cơ bản trong nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Bảng 3.1 cho thấy các kết quả đánh giá của các thuật tốn lọc nhiễu đối với ảnh tài liệu. Có thể thấy rằng, với mỗi loại nhiễu khác nhau u cầu thuật tốn khử nhiễu khác nhau tương ứng. Bản chất của nhiễu Gaussian hay nhiễu Poisson là nhiễu cộng. Nhiễu này tác động đồng thời lên mọi điểm trên tồn bộ ảnh. Vì vậy, tùy theo việc xác định được hàm phân bố của nhiễu là Gaussianhay Poissonmà các phép tốn lọc Gaussian hay lọc trung bình tỏ ra hiệu quả hơn. Tuy nhiên, hệ quả của việc sử dụng các phép lọc này là dễ làm cho ảnh bị mờ và phải sử dụng thêm các phép khử mờ để cho ra chất lượng ảnh tốt nhất. Với nhiễu muối tiêu và nhiễu lốm đốm, đây là dạng nhiễu nhân, tác động lên một số điểm ảnh, do đó sử dụng phương pháp lọc trung vị hoặc bộ lọc làm trơn cho hiệu quả tốt nhất. Với phương pháp lọc nhiễu: thuật tốn lọc Gaussian, lọc trung bình, lọc trung vị để khử nhiễu Gaussian, nhiễu lốm đốm, nhiễu muối tiêu. Bảng 3.1 Các kết phương pháp lọc nhiễu Loại nhiễu Lọc Gaussian Lọc trung bình Lọc trung vị Nhiễu Gaussian Tốt nhất Tốt Kém Nhiễu Poisson Tốt Tốt nhất Kém 57 Nhiễu muối tiêu Kém Kém Tốt nhất Nhiễu lốm đốm Kém Kém Tốt nhất Trên cơ sở mô phỏng các thuật toán khử mờ, luận văn đã tiến hành đánh giá hiệu quả của ba thuật tốn trên với các ngun nhân mờ khác nhau như: Mờ do nhiễu Gauss, do chuyển động, do ngồi tiêu cự. Kết quả thu được thể hiện trong Bảng 3.2. Bảng 3.2 Các kết phương pháp khử mờ Phương pháp sử dụng Loại nguyên nhân mờ Kết hoạt động Lọc Wiener Gaussian Kém nhất Lucy- Richardson Gaussian Hiệu quả Chuyển động Hiệu quả Blind Image Deconvolution Từ kết quả của Bảng 3.2 ta có thể thấy rằng: để khử mờ cho ảnh tài liệu trước hết cần xác định rõ ngun nhân gây mờ và tìm ra hệ số chính xác của hàm trải điểm PSF. Với thuật tốn lọc Wiener, ta đã giả sử ảnh bị mờ do chuyển động của máy ảnh so với vật được chụp cộng thêm nhiễu Gaussian tác động thể hiện ở các tham số (xem Hình 3.5): - LEN : là số điểm ảnh (pixel) bị trượt. VD LEN =31 là vị trí ảnh bị trượt đi 31 điểm ảnh. - THETA là góc nghiêng. VD THETA =11 là chuyển động nghiêng đi 11 độ. Các yếu tố này đều là đặc trưng của hàm trải điểm PSF - MEAN là giá trị trung bình của nhiễu (mặc định bằng 0) 58 - VAR là phương sai của nhiễu. Như vậy, thuật tốn lọc Wiener u cầu người sử dụng phải biết được chính xác các tham số LEN, THETA, MEAN, VAR trên từ một bức ảnh mờ. Thực tế điều này là khơng thể và người sử dụng chỉ có thể “mị” dần ra các giá trị được xem là hợp lý nhất. Vì thế, thuật tốn lọc Wiener cho hiệu quả kém nhất. Hình 3.5 Minh họa khử mờ theo thuật tốn lọc Wiener Thuật tốn Lucy- Richardson vẫn u cầu tìm ra chính xác các tham số của PSF nhưng đã hỗ trợ một số thủ tục được thực hiện lặp đi lặp lại để khơi phục hình ảnh gốc mà bị mờ đi bởi một hàm tán xạ điểm (Point Spread Function - PSF) cho trước. Như vậy, thuật toán có hiệu quả tốt hơn so với thuật tốn lọc Wiener. Thuật tốn bước đầu thực mù (Blind De convolution): cho phép phục hồi ảnh gốc từ một hay một tập hợp các ảnh "mờ" với sự trợ giúp của một hàm tán xạ giả định (trong phần chương trình mơ phỏng chính là INITPSF). 59 Thuật tốn được thực hiện lặp đi lặp lại sao cho mỗi lần lặp cải thiện việc ước tính các PSF và ảnh gốc. Do vậy, hiệu quả sử dụng của thuật toán đối với người dùng là tốt nhất (Hình 3.6). Tuy nhiên, các thuật tốn lặp u cầu thời gian xử lý lớn. Vì thế, thuật tốn bước đầu thực mù u cầu thời gian tính tốn lâu nhất. Hình 3.6 Minh họa khử mờ theo thuật tốn đầu thực mù Như vậy, có thể kết luận rằng khơi phục hoặc khử mờ trung bình cho ảnh tài liệu là một vấn đề rất khó giải quyết. Do đó, các nghiên cứu vẫn tiếp tục được đề xuất nhằm tìm ra một thuật tốn hiệu quả nhất cho các trường hợp thơng dụng của ảnh tài liệu bị mờ. Trong các phép tốn về bù nghiêng, luận văn lựa chọn cài đặt và đánh giá thuật toán dựa trên biến đổi Hough, phương pháp láng giềng gần nhất, phương pháp chiếu nghiêng. Các kết quả phân tích hiệu quả hoạt động của các thuật tốn bù nghiêng được trình bày chi tiết trong Bảng 3.3. 60 Bảng 3.3 Các kết phương pháp bù nghiêng Phương pháp Chiếu nghiêng Ưu điểm Là giải pháp trực tiếp nhất để tìm ra góc nghiêng. Dễ cài đặt và dễ hiểu. Nhược điểm Thời gian thực Nhạy cảm với nhiễu Khi có nhiễu sẽ Rất chậm Nhanh hơn Biến đổi Có độ chính xác cao trong việc làm cho tốc độ phương Hough chậm và u cầu pháp chiếu bộ nhớ lớn nghiêng xác định góc nghiêng Láng Ổn định, tin cậy và có thể dử Gặp khó khăn đối giềng dụng cho bất kỳ dải góc với các ảnh tài liệu Nhanh gần nhất nghiêng nào bị suy giảm lớn 3.5 Kết luận chương Nhằm kiểm chứng một số thuật tốn tiêu biểu trong nâng cao chất lượng ảnh tài liệu được phân tích trong chương 2, chương 3 của luận văn đã trình bày chi tiết cách thức xây dựng chương trình mơ phỏng. Chương trình được xây dựng trên nền Matlab 2015a với giao diện tương tác thân thiện với người dùng. Chương trình cho phép đánh giá các thuật tốn lọc nhiễu (thuật tốn lọc Gaussian, lọc trung bình, lọc trung vị để khử nhiễu Gaussian, nhiễu 61 lốm đốm, nhiễu muối tiêu), các phép khử mờ (Lucy- Richardson, Blind Image Deconvolution, lọc Wiener) và các phép toán về bù nghiêng (biến đổi Hough, phương pháp láng giềng gần nhất, phương pháp chiếu nghiêng). 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu, học viên đã thực hiện được các vấn đề sau theo đúng đề cương đưa ra bao gồm: - Nghiên cứu một số phương pháp phân nâng cao chất lượng ảnh và các ứng dụng trong thực tế. - Nghiên cứu về ảnh tài liệu và các phương pháp xử lý ảnh tài liệu. Bao gồm các kỹ thuật trên miền không gian, tần số như: Lọc nhiễu, bù nghiêng, giảm mờ nhằm nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. - Cài đặt phần mềm thử nghiệm chương trình mơ phỏng một số thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh như: Giảm nhiễu (nhiễu Gauss, nhiễu lốm đốm, nhiễu muối tiêu), Lọc mờ (thuật tốn Lucy-Richardson, thuật tốn Blind Deconvolution, lọc Wiener), bù nghiêng (dùng biến đổi Hough, dùng phương pháp láng giềng gần nhất, sử dụng chiếu nghiêng). Đánh khả năng ứng dụng của các thuật tốn trên thực tế. Trong q trình tìm hiểu và hồn thành luận văn, dù đã đạt được một số kết quả nhất định về kiến thức, về thực tế, nhưng bản thân học viên nhận thấy nâng cao chất lượng ảnh tài liêu liệu vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu cịn q rộng lớn và cịn đầy triển vọng bao hàm nhiều phương pháp, kỹ thuật, nhiều hướng nghiên cứu, tiếp cận khác nhau. Vì vậy, trên cơ sở những gì mà luận văn đã thực hiện và đạt được, hướng phát triển sau này của luận văn như sau: - Về thực tiễn: Kết quả kiểm nghiệm của luận văn mới chỉ là chương trình mơ phỏng. Vì vậy, cần tiếp tục hồn thiện, tích hợp nhiều hơn nữa các thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh thành một phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng có khả năng thương mại. - Về lý thuyết: Việc lựa chọn các thuật tốn nâng cao chất lượng ảnh vẫn cịn phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố chủ quan của con người. Do đó, trong tương lai, cần phát triển các kỹ thuật đánh giá chất lượng ảnh một cách 63 tự động, từ đó cũng tự động hóa ln việc lựa chọn thuật tốn xử lý ảnh phù hợp. Điều này hồn tồn có thể thực hiện được khi áp dụng thành tự của lĩnh vực trí tuệ nhân tạo trong xử lý ảnh. Mặc dù đã cố gắng tập trung nghiên cứu và tham khảo nhiều tài liệu, bài báo, tạp chí khoa học trong và ngồi nước, nhưng do trình độ cịn có nhiều giới hạn khơng thể tránh khỏi thiếu sót và hạn chế, rất mong được sự chỉ bảo đóng góp nhiều hơn nữa của các q thầy cơ giáo và các nhà khoa học… Một lần nữa học viên xin được cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Ngơ Quốc Tạo đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Thái Ngun, ngày 22 tháng năm 2016 Người thực Lê Như Tùng 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Đỗ Năng Tồn, Ngơ Quốc Tạo, "Kết hợp phép tốn hình thái học làm mảnh để nâng cao chất lượng ảnh đường nét", Tạp chí Tin học Điều khiển học, Tập 14, số 3, 1998, 23-29. [2] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy (2009), Nhập môn xử lý ảnh số, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [3] Nguyễn Kim Sách (2009), Xử lý ảnh Video số, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [4] Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. [5] Trần Văn Tồn (2012), Tìm hiểu phương pháp tiền xử lý và phương pháp phân đoạn ảnh ứng dụng phân đoạn chứng minh nhân dân, Đồ án tốt nghiệp đại học, Đại học dân lập Hải phòng. Tài liệu tiếng Anh [6] Gaurav Mohan Singh et al, “A Review of Image Enhancement Techniques in Image Processing,” HCTL Open Int J of Technology Innovations and Research, Volume 5, pp. 1-13, 2013. [7] N. K. H. K. Bhawna Rana, “A Review on the Image Enhancement of Old Historical Documents and Images,” International Journal of Advances in Science and Technology (IJAST), pp. 180 -185, 2015. [8] R. K. S.S. Bedi, “Various Image Enhancement Techniques- A Critical Review,” International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering, Volume 2, Issue 3, March 2013. [9] R. K. S. Dejee Singh, “A Survey on Various Image Deblurring,” International Journal of Advanced Research in Computer and 65 Communication Engineering, Volume 2, Issue 12, pp. 4736-4739, 2013. [10] S. H. R. P. Chen, “Automatic Text Skew Estimation in Document Images,” 3rd Int. Conf. on Document Analysis and Recognition, Montréal, Canada , 1995. Các trang Web [11] https://en.wikipedia.org/wiki/Blind_deconvolution [12] http://en.wikipedia.org/wiki/Image_processing. [13] https://github.com/kovimesterr/SSIP2013/wiki/Image-Enhancement- Techniques. ... Quốc Tạo, tác giả lựa chọn đề? ?tài? ?luận? ?văn? ?tốt nghiệp tác giả đã chọn đề? ?tài? ? ? ?Nghiên cứu thuật toán nâng cao chất lượng ảnh số ứng dụng ảnh tài liệu? ??làm đề? ?tài? ?nghiên? ?cứu? ?luận? ?văn? ?tốt nghiệp? ?thạc? ?sĩ? ?chuyên ngành Khoa? ?học? ?máy? ?tính. ... Chính vì vậy, đối tượng của? ?luận? ?văn? ?là:? ?Các thuật toán nâng cao chất lượng ảnh tài liệu. Luận? ? văn? ? sẽ khảo sát và? ? đánh giá một số? ? phương pháp thường dùng trong? ? nâng? ? cao? ? chất? ? lượng? ? ảnh? ? số, lựa ... luận văn Chương 1: Tổng quan nâng cao chất lượng ảnh số 3 - Giới thiệu một? ?số? ?phương pháp? ?nâng? ?cao? ?chất? ?lượng? ?ảnh? ?số? ?và? ?các? ?ứng? ? dụng? ?trong? ?thực tế. Chương 2: Các kỹ thuật nâng