Ứng dụng xử lý ảnh trong đo kích thước

- NGUYỄN ĐỨC THI N ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐO KÍCH THƯỚC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học : PGS.TSKH.
- TRẦN HOÀI LINH HÀ NỘI - 2010 Mở đầu Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 1MỤC LỤC MỤC LỤC Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC HỆ THỐNG THU THẬP ẢNH SỐ CỦA ĐỐI TƯỢNG TỪ KÍNH HIỂN VI Lịch sử phát triển .
- Thu thập và quan sát ảnh từ kính hiển vi kim tương CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HẠT TRONG KIM TƯƠNG CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ẢNH SỐ VÀ XỬ LÝ ẢNH SỐ .
- Giới thiệu về xử lý ảnh .
- Ảnh số .
- Xử lý ảnh số là gì .
- Lịch sử của xử lý ảnh .
- Các bước cơ bản trong xử lý ảnh .
- Một số khái niệm cơ bản về xử lý ảnh .
- Chuẩn kích thước .
- Lấy một phần có kích thước chuẩn của ảnh để xử lý .
- Tổng quan các giai đoạn cơ bản trong xử lý ảnh Hình 3.7.
- Ảnh xám đã cắt theo kích thước lựa chọn Hình 4.3.
- Ảnh xám cắt từ ảnh 4.7.1 theo kích thước 200 x 200 pixel Hình 4.7.3.
- Trước đây, người ta thường sử dụng các thiết bị đo mà việc tính toán và xử lý kết quả hoàn toàn là thủ công.
- Mở đầu Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 6 - Có khả năng tự xử lý và lưu giữ kết quả đo.
- Hiện nay, xử lý ảnh là một lĩnh vực đang được quan tâm rất nhiều.
- thì xử lý ảnh đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực.
- Một trong những ứng dụng rộng rãi đó là thu thập và xử lý thông tin qua ảnh để xác định kích thước của đối tượng.
- Đo kích thước là một trong những bài toán cơ bản của đo lường.
- Chi tiết trong bộ điều khiển tên lửa phòng không tầm thấp Cụm đuôi đạn chống tăng thế hệ mới Trong đồ án này tác giả lựa chọn bài toán xác định kích thước hạt từ chụp ảnh kim tương của vật liệu kim loại.
- Đầu vào của bài toán là các ảnh kim tương chụp từ kính hiển vi kim loại học (ảnh kim tương được trình bầy chi tiết trong chương 2) Đầu ra là kích thước hạt trên ảnh kim tương.
- Mở đầu Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 7Việc xác định kích thước hạt từ ảnh kim tương hiện nay thường làm bằng phương pháp thủ công được trình bầy chi tiết trong chương 2.
- Dự kiến kết quả của luận văn là xác định tự động kích thước hạt từ ảnh kim tương một cách nhanh chóng và chính xác.
- Chương 1: Trình bầy tổng quan về hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng chụp từ kính hiển vi.
- Chương 2: Trình bầy tổng quan về ảnh kim tương và phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương.
- Chương 3: Trình bầy tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số.
- Chương 4: Trình bầy thiết kế chi tiết các khối chức năng chính thực hiện việc xác định kích thước hạt từ ảnh kim tương.
- Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 8CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÁC HỆ THỐNG THU THẬP ẢNH SỐ CỦA ĐỐI TƯỢNG TỪ KÍNH HIỂN VI Kính hiển vi quang học là một loại kính hiển vi sử dụng ánh sáng khả kiến để quan sát hình ảnh các vật thể nhỏ được phóng đại nhờ một hệ thống các thấu kính thủy tinh.
- Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 91.2.
- Vật kính: là thấu kính quan trọng nhất của các hệ tạo ảnh nhờ thấu kính, là một (hoặc có thể là hệ nhiều thấu kính) có tiêu cự ngắn, cho phép phóng đại vật với độ Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 10phóng đại lớn.
- Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 111- Tia từ nguồn sáng 2- Thấu kính 3- Góc khúc xạ 4- Tia phản xạ tới mẫu 5- Thấu kính 6- Mẫu 7- Tia phản xạ tới mắt 8- Mắt quan sát mẫu Hình 1.2.
- Ví dụ với hệ kính sử dụng ánh sáng xanh (λ = 550 nm), chỉ số khẩu độ đối với không khí là 0,95 hoặc có Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 12thể đạt cao nhất là 1,5 nếu sử dụng dầu.
- Quan sát ảnh trên kính hiển vi Chương 1: Tìm hiểu về các hệ thống thu thập ảnh số của đối tượng từ kính hiển vi Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 14 Dưới kính hiển vi quang học có độ phóng đại từ vài chục đến vài trăm lần có thể quan sát thấy sự tương phản ánh sáng từ những chỗ lồi lõm đó.
- Để xác định một cách chính xác hơn thì cần phải qua phân tích và xử lý ảnh để ước lượng kích thước hạt, từ đó xác định được cấp hạt và đưa ra kết luận về cấu trúc của vật liệu nghiên cứu.
- Chương 2: Tổng quan về phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 15CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC HẠT TRONG KIM TƯƠNG Trong chương này, luận văn sẽ trình bày tóm tắt về ý nghĩa của ảnh kim tương, phương pháp thu thập ảnh kim tương và cách xử lý các ảnh kim tương để xác định kích thước hạt của vật liệu.
- Căn cứ vào ảnh kim tương để xác định kích thước hạt, xác định được các pha của vật liệu… Hình 2.1.
- Ảnh kim tương của tổ chức kim loại chụp từ kính hiển vi kim loại học Kích thước hạt có ảnh hưởng rất nhiều đến cơ tính của vật liệu sau khi nhiệt luyện.
- Đồng thời kích thước hạt có ảnh hưởng khá rõ rệt đối với tính dẻo của kim loại.
- Kích thước hạt càng thô thì độ dẻo của kim loại càng thấp.
- Khi xác định được kích thước hạt ta đánh giá được cấp hạt.
- Chương 2: Tổng quan về phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 16Như vậy, việc xác định kích thước hạt là vấn đề quan trọng trong nghiên cứu vật liệu.
- Ở các nước có nền khoa học phát triển, việc sử dụng các kính hiển vi đo kim loại học hiện đại, có gắn camera thu thập ảnh, có phần mềm xử lý ảnh để xác định kích thước hạt, lưu trữ kết quả đo được ứng dụng rộng rãi.
- Ở nước ta, tại nhiều trung tâm nghiên cứu về vật liệu hiện nay đang sử dụng kính hiển vi kim loại học để xác định kích thước hạt.
- Để xác định kích thước hạt bằng phương pháp thủ công từ kính hiển vi kim loại học, người ta dùng các dụng cụ như sau.
- Thước đo thị kính Chương 2: Tổng quan về phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 17- Thước đo thị kính: là miếng kính tròn có thể lắp vào thị kính.
- Trước khi xác định kích thước hạt hoặc kích thước của một phần tử nhỏ nào khác ta phải xác định một vạch của thước đo thị kính.
- Ví dụ về xác định giá trị vạch thước đo thị kính Chương 2: Tổng quan về phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 18Xác định kích thước hạt.
- Điều chỉnh kính hiển vi để thấy tổ chức, tìm chỗ định đo kích thước hạt.
- Diện tích của hạt S được tính theo công thức: 24tbLSπ⋅= (µm2) (2.4)- Phương pháp 2: Tính diện tích hạt theo công thức: 6*10FSZ= (µm2) (2.5)với: S - diện tích trung bình của hạt F - diện tích số hạt (khi dùng lưới ô vuông thì F là diện tích của ô vuông) mm2 Chương 2: Tổng quan về phương pháp xác định kích thước hạt trong kim tương Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 19Z - số hạt trong diện tích F.
- Do đó luận văn này sẽ đặt vấn đề tự động hóa được quá trình đó thông qua việc xây dựng một phương pháp xác định kích thước hạt bằng việc ứng dụng xử lý ảnh.
- Với quá trình xử lý ảnh tự động, ta có thể khắc phục những nhược điểm lớn kể trên.
- Trong phương pháp được đề xuất, dự kiến từ ảnh kim tương chụp từ kính hiển vi, thu thập vào máy tính, kích thước hạt sẽ được phân tích và xử lý ảnh bằng các chương trình phần mềm trên máy tính.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 20CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ẢNH SỐ VÀ XỬ LÝ ẢNH SỐ Chương 3 sẽ trình bày tóm tắt về ảnh số, phương pháp xử lý ảnh số phục vụ cho quá trình đánh giá và phân tích đối tượng trên ảnh.
- Giới thiệu về xử lý ảnh: 3.1.1.
- (3.1)với: Px: Không gian biểu diễn màu ban đầu Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 21Px’: Không gian biểu diễn màu mới A: Ma trận biểu diễn phép biến đổi Hệ tọa độ RGB Hệ tọa độ HSV Hình 3.1.
- Tùy vào lĩnh vực và mục đích mà xử lý ảnh số được áp dụng theo các mức độ khác nhau.
- Xử lý ảnh số còn là việc sử dụng các thuật toán máy tính để xử lý các ảnh số dưới sự trợ giúp của máy tính.
- Từ khi Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 22có cáp Bartlane, thời gian truyền dữ liệu ảnh xuyên qua Đại Tây Dương được giảm đi rất nhiều - xuống chỉ còn chưa đầy 3 tiếng.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 23 Hình 3.4.
- Do đó, có thể nói rằng lịch sử của xử lý ảnh gắn liền với lịch sử phát triển của máy tính điện tử.
- Khả năng lưu trữ, năng lực xử lý và hiển thị của máy tính là những nhân tố quan trọng trong quá trình xử lý ảnh.
- Máy tính đầu tiên đủ mạnh cho việc xử lý ảnh xuất hiện vào đầu những năm 1960.
- Năm 1964, tàu thăm dò vũ trụ Ranger 7 của Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, California, USA) đã chụp được một bức ảnh của bề mặt mặt trăng: Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 24 Hình 3.5.
- Việc phát minh ra kỹ thuật CAT (Computerized Axial Tomography: chụp cắt lớp điện toán theo trục) hay chụp CT (Computerized Tomography: chụp cắt lớp điện toán) là một trong những sự kiện quan trọng trong ứng dụng của xử lý ảnh trong việc chẩn đoán y học.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 25Số hoá ảnh: Tất cả các thông tin được lưu trong máy tính đều ở dạng số.
- Tổng quan các giai đoạn cơ bản trong xử lý ảnh 3.3.
- Một số khái niệm cơ bản về xử lý ảnh: 3.3.1.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 26Các cặp tọa độ (x, y) tạo nên độ phân giải (resolution).
- Tăng cường ảnh bao gồm một loạt các kỹ thuật như: lọc độ tương phản, khử nhiễu, nổi màu, nổi biên, giảm độ tương phản,… Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 273.3.6.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 283.4.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 29Trong ảnh đa cấp xám, tập V có thể chứa nhiều giá trị hơn.
- Đường đi: Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 30Một đường đi từ điểm p có tọa độ là (x, y) đến điểm q có tọa độ là (s, t) là một chuỗi tuần tự các điểm phân biệt có các tọa độ: 00 11.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 31 pr t Thuật toán tìm các thành phần liên thông theo quan hệ 4-liền kề: Vào: Ảnh I có kích thước m×n, Tập V các giá trị cấp xám.
- pr t qs Thuật toán tìm các thành phần liên thông theo quan hệ 8-liền kề: Vào: Ảnh I có kích thước m×n, Tập V các giá trị cấp xám.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 32Ra: Các thành phần liên thống đã được gán nhãn Phương pháp: Bước 1.
- (),,Dpq D q p= c) (),(,)(,)Dpq D pz Dzq≤+ Khoảng cách Euclide Khoảng cách Euclide giữa hai điểm p(x,y) và q(s,t) được định nghĩa là: Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 33 22.
- Chương 3: Tổng quan về ảnh số và xử lý ảnh số Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 34Khoảng cách Dm Chú ý rằng các khoảng cách D4 và D8 không phụ thuộc vào đường đi giữa các điểm ảnh vì các khoảng cách này chỉ liên quan đến tọa độ của các điểm ảnh.
- MATLAB là công cụ rất mạnh cho việc xử lý tín hiệu nói chung và xử lý ảnh nói riêng.
- Các hàm xử lý ảnh của Matlab đều được tích hợp trong thư viện Toolbox /Images.
- Sơ đồ khối: Ảnh đầu vào Chuẩn kích thước Chuyển thành ảnh xám Nhị phân ảnh Lọc nhiễu Tách hạt Xác định kích thước hạt Kết quả Các tham số chính trong từng khối chức năng sẽ được tuần tự trình bày trong các phần sau.
- Ta cần xác định kích thước trung bình của hạt (kích thước của hạt cơ bản) để từ đó đưa ra cấp hạt.
- Chuẩn kích thước: Để quá trình tính toán, xử lý ảnh được dễ dàng thì các ảnh đầu vào phải được chuẩn hoá đưa về cùng một kích thước cố định.
- Vì vậy, ta phải chuẩn các ảnh này về cùng một kích thước.
- Phương trình toán học tương ứng: xyxSwySz== Hàm thực hiện chuẩn hoá kích thước ảnh đầu vào là resize_images B=resize_images(A, StandardImage) trong đó: A: ảnh đầu vào có kích thước cần được chuẩn hoá Chương 4: Thiết kế chi tiết các khối chức năng chính Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 37 StandardImage: là ảnh được chọn làm chuẩn B : ảnh đầu ra có kích thước đã được chuẩn hoá 4.3.
- Hàm trả về ảnh có kích thước chuẩn.
- B=anhchuan_gray(A) trong đó: A: ảnh mẫu đầu vào B: ảnh xám đầu ra đã cắt theo kích thước Chương 4: Thiết kế chi tiết các khối chức năng chính Giáo viên hướng dẫn: PGS-TSKH Trần Hoài Linh 38 Hình 4.2.
- Ảnh xám đã cắt theo kích thước lựa chọn 4.5.
- Nhị phân ảnh: Sau giai đoạn tiền xử lý ảnh thì ảnh đã được chuyển từ ảnh RGB sang ảnh xám.
- Một ví dụ về kết quả xác định kích thước hạt đúng được thể hiện ở Hình 5.2 và một ví dụ về kết quả xác định kích thước hạt sai được thể hiện trên Hình 5.3.
- Trường hợp sai số ở cấp 1 và cấp 2 là do kích thước ảnh cắt quá nhỏ nên việc xác định kích thước hạt sẽ bị sai do các hạt trong ảnh đều bị cắt.
- Nắm được các vấn đề cơ bản của ảnh số và xử lý ảnh số.
- Nghiên cứu về các thuật toán ước lượng kích thước trên ảnh số.
- Triển khai phần mềm phân tích và xác định kích thước hạt trên ảnh số.
- Sử dụng thành thạo phần mềm MATLAB và ứng dụng của MATLAB trong xử lý ảnh số.
- Chương trình chỉ xác định được kích thước hạt của các ảnh đã lưu trong PC.
- Nhúng các phần mềm phân tích và xử lý lên các mạch số để hướng tới xây dựng các thiết bị không sử dụng PC - Mở rộng số lượng mẫu ảnh cần xác định kích thước để tiếp tục kiểm chứng và nâng cao độ tin cậy của chất lượng các giải pháp được đề xuất.
- Tìm hiểu và phát triển các thuật toán xử lý ảnh để mở rộng các khả năng khắc phục các trường hợp ảnh mờ, ảnh có các hạt dính nhau.
- Giải quyết bài toán xác định kích thước trên các bài toán tương tự (2-D) và mở rộng để xác định kích thước của các chi tiết 3-D.
- “Nhập môn xử lý ảnh số”, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2000

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt