BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO XỬ LÝ ẢNH
Đề Tài: Dò biên
Giáo viên hướng dẫn: Trần Hùng Cường
Nhóm sinh viên thực hiên: Nguyễn Văn Điệp
Nguyễn Huy Đông
Nguyễn Hồng Hiếu

1
Trích chọn đặc nh Phân đoạn Phân loại
Giải thích
Phần 1 TỔNG QUAN VỀ BIÊN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT
HIỆN BIÊN
1.1. Vị trí của biên trong phân tích ảnh
Phân tích ảnh là một qua trình gồm nhiều giai đoạn. Đầu tiên là giai đoạn tiền
xử lý ảnh. Sau giai đoạn này, ảnh được tăng cường hay được khôi phục đề làm nồi
các đặc tính ( feature extraction ), tiếp theo là phân đoạn ảnh (segmentation) thành
các phần tử. Thí dụ, như phân đoạn dựa theo biên, dựa theo vùng,… Và tuỳ theo các
ứng dựng, giai đoạn tiếp theo có thể là nhận dạng ảnh ( phân thành các lớp có miêu
tả) hay là giải thích và miêu tả ảnh. Hình 1.1 mô tả tóm lược các bước của quá trình
phân tích ảnh:
Ảnh đầu ra của
quá trình tiền XL
Hình 1.1. Các bước trong phân tích ảnh
Các đặc trưng của ảnh thường gồm: mật độ xám, phân bổ xác xuất, phân bồ không
gian, biên ảnh. Các kỹ thuật phân đoạn ảnh chủ yếu dựa vào biên.
Do đó, biên có tầm quan trọng đặc biệt trong qua trình phân tích ảnh.
1.2. Biên và các kỹ thuật dò biên
Trong phần này chúng ta sẽ đề cập đến một số nội dung: khái niệm về biên,

qui hoạch hoạt động và được gọi là phương pháp dò biên tổng thể.
1.2.2.2.Phương pháp gián tiếp:
Nếu bằng cách nào đấy , ta phân được ảnh thành các vùng thì đường phân ranh
giữa các vùng đó chính là biên. việc phân vùng ảnh thường dựa vào kết cấu (texture)
bề mặt của ảnh.
Cũng cần lưu ý rằng, kỹ thuật dò biên và phân vùng ảnh là hai bài toán đối ngẫu
của nhau. Thực vậy, dò biên để thực hiện phân lớp đối tượng và một khi đã phân lớp
xong có nghĩa là đã phân vùng được ảnh. Và ngược lại, khi phân vùng, ảnh đã phân
lập được thành các đối tượng, ta có thể phát hiện được biên. Phương pháp dò biên
trực tiếp tỏ ra khá hiệu quả vì ít chịu ảnh hưởng của nhiễu. song nếu sự biến thiên độ
sáng không đột ngột, phương pháp này lại kém hiệu quả. Phương pháp dò biên gián
tiếp tuy có khó cài đặt song lại áp dụng khá tốt khi sự biến thiên độ sáng nhỏ.
1.2.3. Qui trình phát hiện biên trực tiếp
b1) Khử nhiễu ảnh
Vì ảnh thu nhận thường có nhiễu, nên bước đầu tiên là phải khử nhiễu. việc
khử nhiễu được thực hiện bằng các kỹ thuật khử nhiễu khác nhau.
b2) Làm nổi biên
3
Tiếp theo là làm nổi biên bởi các toán tử đạo hàm
b3) Định vị điểm biên
Vì các kỹ thuật làm nổi biên có hiệu ứng phụ là tăng nhiễu , do vậy sẽ có một
số điểm biên giả cần loại bỏ.
b4) liên kết và trích chọn biên.
Như đã nói, phát hiện biên và phân vùng ảnh là một bài toán đối ngẫu. vì thế
cũng có thể phát hiện biên thông qua việc phân vùng ảnh.
1.3. Một số phương pháp phát hiện biên cục bộ
1.3.1. Phương pháp gradient
Phương pháp gradient là phương pháp dò biên cục bộ dựa vào cực đạii của đạo
hàm. Theo định nghĩa, gradient là một véctơ có các thành phần biểu thị tốc độ thay
đổi giá trị của điểm ảnh theo hai hướng x và y . các thành phần của gradient được tính

0
= g(m,n) = √ g²
1
(m,n) +

g
2
2
(m,n)

(1.2)
θ
r
(m,n) = tan
-1
g
2
(m,n)/ g
1
(m,n) (1.3)
Chú ý: để giảm tính toán, công thức 1-2 được tính gần đúng bởi:
A
0
= | g
1
(m,n) | + | g
2
(m,n) |
4
Các toán tử đạo hàm được áp dụng là khá nhiều. ở đây ta chỉ xét một số toán tử

,H
2
là mặt nạ Robert.
Trong trường hợp tổng quát, giá trị gradient biên độ g và gradient hướng θ
r
được tính bởi công thức 1.2 và 1.3. Thường để giảm thời gian tính toán, người ta còn
tính gradient theo các chuẩn sau:
A
1
= | g
1
(m,n) + g
2
(m,n) |
hoặc
A
2
= max( | g
1
(m,n) | , | g
2
(m,n) |)
Cần lưu ý rằng, do lạm dụng về ngôn từ, tuy ta lấy đạo hàm của ảnh nhưng
thực ra chỉ là mô phỏng và xấp xỉ đạo hàm bằng kỹ thuật nhân chập do ảnh số là tín
hiệu rời rạc, do vậy đạo hàm không tồn tại.
Trong kỹ thuật Sobel và prewtt người ta sử dụng 2 mặt nạ:
H1 =
-1 0 1
H2 =
-1 -1 -1

1
Ngang (hướng x) Dọc(hướng y)
c) mặt nạ đẳng hướng (Isometric)
Gradient được tính xấp xỉ công thức
Gx=Hx
⊗
I và Gy=Hy
⊗
I (Hx nhân chập với I, Hy nhân chập với I)
Thực tế cho thấy rằng các toán tử Sobel và Prewitt tốt hơn toán tử Sobel bởi chúng ít
nhậy cảm với nhiễu.
1.3.1.2.Kỹ thuật La bàn
Về phương pháp kỹ thuật này tương tự kỹ thuật Gradient. Tuy nhiên,điểm
khác, kỹ thuật Gradient chỉ lấy đạo hàm theo 2 hướng. còn kỹ thuật la bàn lấy đạo
hàm theo 8 hướng chính: Bắc, Nam, Đông ,Tây và Đông Bắc, Tây Bắc, Đông Nam,
Tây Nam. Bằng cách sử dụng 8 mặt nạ cho 8 hướng khác nhau.
1.3.2. Phương pháp Laplace
Các phương pháp đánh giá Gradient ở trên làm việc khá tốt khi mà độ sáng
thay đổi rõ nét. Khi mức sáng thay đổi chậm, miền chuyển tiếp trải rộng, phương
pháp cho hiệu quả hơn đó là sử dụng phương pháp đạo hàm bậc hai gọi là phương
pháp Laplace. Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp Gradient rất nhậy cảm với
nhiễu và thường tạo nên biên kép. Toán tử Laplace dùng nhiều kiểu mặt nạ khác nhau
để xấp xỉ đạo hàm bậc hai. Dưới đây là 3 kiểu mặt nạ hay dùng.
0 -1 0 -1 -1 -1 1 -2 1
H1= -1 4 -1
H2
=
-1 8 -1 H2= -2 8 -2
6
0 -1 0 -1 -1 -1 1 -2 1

Chương trình được viết trên ngôn ngữ Visual C++ 6.0.
2.2. Các chức năng trong chương trình
Chương trình bao gồm các chức năng chính sau:
 Đọc một ảnh nhị phân: ảnh có thể là đen trắng, ảnh màu (16 màu hoặc 256
màu) dạng bitmap (*.bmp).
 Lưu ảnh: lưu ảnh đã biến đổi ra file
 Dò biên ảnh bao gồm các chức năng sau
o Theo kỹ thuật Gradient: bằng cách sử dụng toán tử Sobel và Prewitt.
o Theo kỹ thuật Laplace: sử dụng toán tử Laplace-H2.
o Dò biên gián tiếp theo phân vùng ảnh: dò biên theo màu của ảnh.
2.3. Chi tiết các chức năng dò biên và thuật toán
2.3.1. Dò biên theo kỹ thuật Gradient
Theo như phần lý thuyết đã trình bày, kỹ thuật Gradient dò biên theo 2 hướng x và y
bằng cách sử dụng hai mặt nạ nhân chập theo hai hướng
Chương trình sử dụng hai toán tử là Sobel và Prewitt như sau.
H1 =
-1 0 1
H2 =
-1 -1 -1
-1 0 1 0 0 0
-1 0 1 1 0 1
Ngang (hướng x) Dọc(hướng y)
a) mặt nạ Sobel
8
H1 =
-1 0 1
H2 =
-1 -2 -1
-2 0 2 0 0 0
-1 0 1 1 2 1

a21 a22 a23 a2n
a31 a32 a33 a3nm11 m12
m21 m22
m31 m32
Ma trận ảnh ra sau khi nhân chập
b11 b12 b13 b1n
b21 b22 b23 b2n
b31 b32 b33 b3nTrong đó:
b22=(a11*m11)+ (a12*m12)+ (a12*m13)+ (a21*m21) + (a22*m22) + (a23*m23) +
(a31*m31)+ (a32*m32)+ (a33*m33).
Các giá trị nằm trên đường viền được gán =0 (hay giá trị màu nền).
(b11,b12, b1n,b11 bn1,b1n bnn, bn1 bnn)
Đây là công thức tính Gx và Gy
Để tính giá trị điểm ảnh đầu ra, sử dụng công thức: G=|Gx|+ |Gy|
2.3.2. Phương pháp dò biên theo kỹ thuật Laplace
Kỹ thuật Laplace dò biên theo cách tính xấp xỉ đạo hàm bậc hai dựa trên một
mặt nạ. Chương trình sử dụng mặt nạ H2 trong cách dò biên theo kỹ thuật Laplace.
-1 -1 -1
H2= -1 8 -1
-1 -1 -1
10
Gọi G là ma trận điểm thu được sau khi nhân chập ma trận điểm ảnh (của ảnh cần tìm
biên)với mặt nạ H2.
G chính là ma trận điểm ảnh chứa các đường biên cần tìm.

Nếu khoảng cách màu d=0 thì 2 điểm ảnh đó có cùng màu.
11
Đường biên giữ các vùng chính là các đường biên cần tìm.
 Thuật toán tìm đường biên dựa trên sự biến thiên giá trị màu của các
điểm ảnh.
Đầu vào: Ma trận điểm ảnh, khoảng cách màu tối thiểu
Đầu ra: Ma trận điểm ảnh mới (chứa các đường biên tìm thấy).
Giải thuật:
For (mỗi điểm ảnh của ảnh)
{
- Tính khoảng cách màu của điểm ảnh với các điểm ảnh lân cận:
Tính theo 8 hướng của điểm ảnh
if(Nếu có một khoảng cách màu lớn hơn khoảng cách màu cho
phép)
{
- Ghi nhận điểm ảnh này là một điểm biên mới.
}
}
Tài Liệu Tham Khảo
1. Luận Văn Tốt nghiệp NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP
2. PHÁT HIỆN BIÊN VÀ ỨNG DỤNG
3. Giáo Trình Xử Lý Ảnh…………………………………ĐH Back Khoa
4. Giáo Trình Xử Lý Ảnh…………………………………ĐH Thái Nguyên
5. Và 1 số tài liệu trên mạng khác
6. Chương trình tham khảo
12