BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG _________________ NGUYỄN PHÁT LỘC NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG VỀ HÌNH THÁI VÀ MÀU SẮC TRONG TRUY VẤN ẢNH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ĐỒNG NAI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG ____________________ NGUYỄN PHÁT LỘC NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG VỀ HÌNH THÁI VÀ MÀU SẮC TRONG TRUY VẤN ẢNH Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Mã số: 60.48.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN ĐỒNG NAI - 2012 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu và tập thể Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin – Trường Đại Học Lạc Hồng đã quan tâm tổ chức tận tình giảng dạy và tạo môi trường thuận lợi cho chúng tôi được học tập và nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực Công nghệ Thông tin; Xin chân thành cảm ơn các anh chị đồng nghiệp trong cơ quan công tác đã tạo điều kiện thuận lợi, đóng góp những ý kiến quý báu ; Xin cảm ơn bạn bè đã chỉ bảo tôi cùng cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này; Đặc biệt tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy hướng dẫn khoa học - PGS.TS. ĐỖ NĂNG TOÀN đã tận tình hướng dẫn, đôn đốc cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này; Cuối cùng, tôi xin biết ơn gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi yên tâm trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn cao học. Mặc dù rất cố gắng, song luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong được sự chỉ dẫn của các quý thầy cô và các bạn. Đồng Nai, ngày 20 tháng 10 năm 2012 Nguyễn Phát Lộc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn này là trung thực. Những tư liệu được sử dụng trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ. Tác giả luận văn Nguyễn Phát Lộc TÓM TẮT LUẬN VĂN Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG VỀ HÌNH THÁI VÀ MÀU SẮC TRONG TRUY VẤN ẢNH. Học viên thực hiện: Nguyễn Phát Lộc sinh ngày: 01/4/1979 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Năng Toàn. 1. Mục tiêu của luận văn: Hiểu rõ lý thuyết về xử lý ảnh và các kỹ thuật về màu sắc và hình thái trong truy vấn ảnh . Xây dựng chương trình để ứng dụng các kỹ thuật trên trong truy vấn ảnh. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu khái quát về xử lý ảnh và bài toán truy vấn ảnh bằng nội dung; - Nghiên cứu một số kỹ thuật truy vấn ảnh truy vấn ảnh bằng màu sắc ; - Nghiên cứu một số kỹ thuật truy vấn ảnh truy vấn ảnh bằng hình thái - Nghiên cứu một số kỹ thuật truy vấn ảnh kết hợp - Thiết kế, phát triển chương trình thử nghiệm; 3. Phương pháp thực hiện: - Nghiên cứu nội dung lý thuyết về xử lý ảnh trong giáo trình “Xử lý ảnh” của PGS. TS. Đỗ Năng Toàn và TS. Phạm Việt Bình, năm 2008; Nghiên cứu các tài liệu trên mạng, sách và các luận văn thạc sĩ về kỹ thuật truy vấn ảnh bằng màu sắc và hình thái. 4. Kết quả đạt được: Trình bày khái quát về xử lý ảnh và bài toán truy vấn ảnh; Hệ thống hóa một số vấn đề về ứng dụng kỹ thuật truy vấn ảnh bằng màu sắc và hình thái. Cài đặt thử nghiệm chương trình truy vấn ảnh “ theo lược đồ màu (histogram )” MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH . ii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ BÀI TOÁN TRUY VẤN ẢNH . 9 1.1. KHÁI QUÁT VỀ XỬ LÝ ẢNH . 9 1.1.1. Xử lý ảnh là gì? . 9 1.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 16 1.2. TRUY VẤN ẢNH . 24 1.2.1. Giới thiệu . 24 1.2.2. Các cách tiếp cận trong truy vấn ảnh . 30 1.2.2.1. Truy vấn ảnh dựa vào chú thích ( annotation, key word) . 30 1.2.2.2. Truy vấn ảnh dựa vào nội dung (CBIR) . 30 1.2.2.3. Truy vấn ảnh theo ngữ nghĩa 33 1.2.3. Một số hệ thống truy vấn ảnh thông dụng . 34 Chƣơng 2: TRUY VẤN ẢNH DỰA VÀO ĐẶC TRƢNG HÌNH THÁI VÀ MÀU SẮC 37 2.1. CÁC ĐẶC TRƢNG ĐƢỢC SỬ DỤNG ĐỂ TRUY VẤN ẢNH 37 2.1.1. Các đặc trưng về màu sắc . 37 2.1.1.1. Lược đồ màu (histogram) 44 2.1.1.2. Vector liên kết màu (Color Coherence Vector) . 47 2.1.1.3. Đặc trưng tự tương quan màu (AutoCorrelogram) . 50 2.1.2. Các đặc trưng về hình thái 54 2.1.2.1. Lược đồ hệ số góc (Edge Direction Histogram) 54 2.1.2.2. Vector liên kết hệ số góc (Edge Direction Coherence Vector) . 56 2.2. MỘT SỐ KỸ THUẬT TRUY VẤN ẢNH 59 2.1.1 Truy vấn theo màu sắc 59 2.1.1.1. Truy vấn theo lược đồ màu ( histogram) 59 2.1.1.2. Truy vấn theo vector liên kết màu 60 2.1.1.3. Truy vấn theo đặc trưng tương quan màu (Correlogram) . 60 2.1.2 Truy vấn theo hình thái 61 2.1.2.1. Truy vấn theo lược đồ hệ số góc 61 2.1.2.2. Truy vấn theo vector liên kết hệ số góc . 61 2.1.3. Truy vấn kết hợp 62 2.1.3.1 Truy vấn kết hợp các đặc trưng với nhau dùng toán tử BOOL62 2.1.3.2 Truy vấn kết hợp các đặc trưng với nhau dùng trọng số 63 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM . 65 3.1. BÀI TOÁN 65 3.2. PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ CHƢƠNG TRÌNH 65 3.2.1 Các đặc trưng sử dụng cho chương trình . 65 3.2.2. Chức năng truy vấn ảnh 72 3.3. CHƢƠNG TRÌNH TRUY VẤN ẢNH CBIR_IMAGE 1.0 . 72 3.3.1. Truy vấn ảnh dựa theo lược đồ màu 74 PHẦN KẾT LUẬN . 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nội dung/Diễn giải 01 1-D One-dimensional 02 2-D Two-dimensional 03 3-D Three-dimensional 04 ASCII American Standard Code for Information Interchange 05 CSDL Cơ Sở Dữ Liệu 06 CBIR Content Based Image Retrieval 07 CAD Computer Aided Design 08 CGA Color/Graphics Adapter 09 CIE Comission International d’Eclairage 10 CMY Cyan, Magenta, Yellow 11 DNA Deoxyribonucleic acid 12 HSB Hue- Saturation-Brightness 13 HCV Mô hình màu HCV 14 HSB Mô hình màu HSB 15 HSV ( H: Hue/ Vùng màu; S: Saturation / Độ bão hòa màu V “hay B”: Bright hay Value/ Độ sáng 16 HTML HyperText Markup Language 17 HSI Hệ màu HSI: Hue-Saturation-Intensity 18 IBM International Business Machines 19 JPG Joint Photographic Group 20 L*u*v Mô hình màu L*u*v 21 L*a*b Mô hình màu L*a*b 22 L*C*h Mô hình màu L*C*h 23 MTM Mô hình màu MTM 24 MMM Mediator Markov Model 25 MRI Magnetic Resonance Imaging 26 NNFIR Nơron Netwrok based Flexible Image Retrieval 27 OBIR Object Based Image Retrieval 28 PCX Personal Computer Exchange 29 QBIC query by image content 30 RGB (red/ đỏ; green/xanh lá cây; Blue/xanh lam blue 31 SQL Structured Query Language 32 SVM Support Vector Machine 33 TIF Tape Image Format 34 URL uniform resource locator 35 UFM Unified feature matching 36 VGA Video Graphics Array 37 YIQ Mô hình màu YIQ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống truy vấn ảnh của Google 3 Hình 1.1.1.1 Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh 9 Hình 1.1.1.2 hệ thống truy vấn ảnh QBIC của IBM . 11 Hình 1.1.1.3 hệ thống truy vấn ảnh VISUALSEEK . 12 Hình 1.1.1.4 hệ thống truy vấn ảnh WEBSEEK 13 Hình 1.1.1.5 hệ thống truy vấn ảnh BLOBWORLD . 14 Hình 1.1.1.6 hệ thống truy vấn ảnh VIRAGE 15 Hình 1.1.2.1 Biểu diễn ảnh với độ phân giải khác nhau 17 Hình 1.1.2.2 Ví dụ về nắn chỉnh biến d ạng 19 Hình 1.2.1 Hệ thống tìm kiếm thông tin trực quan thế hệ mới . 27 Hình 1.2.2.2 Thống kê lựa chọn đặc trưng của một số hệ thống truy vấn ảnh 31 Hình 2.1.1 Hệ màu RGB 40 Hình 2.1.2 Hệ màu CMY . 41 Hình 2.1.3 Hệ màu HSI . 43 Hình 2.1.4 Không gian màu HSI . 43 Hình 2.1.5 Minh họa sự thay đổi cường độ sáng trong hệ màu HSI 44 Hình 2.1.1.1.1a Ảnh minh họa lượt đồ màu RGB và HSI 45 Hình 2.1.1.1.1b Minh họa 2 lược đồ giống nhau 46 Hình 2.1.1.1.1c Lược đồ màu thể hiện phần giao của 2 lược đồ màu trên . 46 Hình 2.1.1.1.1d Lược đồ màu thể hiện độ khác nhau giữa 2 lược đồ màu trên . 46