Luận văn Thiết kế hệ thống truy tìm ảnh dựa vào đặc trưng cấp thấp và đặc trưng cấp cao

Mục lục

Lời cảm ơn. i

Lời mở đầu. ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN. iii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. iv

Mục lục. v

Mục lục các hình. ix

Thuật ngữchuyên ngành. xiv

Chương 1 Tổng quan. 1

1.1.Hướng truy tìm ảnh dựa vào nội dung. 2

1.2. Hệthống tìm kiếm ảnh thếhệ đầu tiên (dựa vào văn bản). 3

1.3. Hệthống tìm kiếm thông tin trực quan thếhệmới. 5

1.3.1 Các hệthống tìm kiếm ảnh tĩnh. 5

1.3.2 Các hệthống tìm kiếm phim ảnh (video). 6

1.3.3 Các hệthống tìm kiếm ảnh 3 chiều và video. 6

1.3.4 Các hệthống tìm kiếm trên Internet. 6

1.4. Xu hướng phát triển từ đặc trưng cấp thấp đến đặc trưng cấp cao và tiến dần

đến ngữnghĩa. 8

1.5. Một sốhệthống truy tìm ảnh dựa vào nội dung hiện nay. 10

1.6. Sựhình thành “Hệthống truy tìm ảnh dựa vào đặc trưng cấp thấp và đặc

trưng cấp cao”. 11

1.7. Hướng tiếp cận của bài toán. 13

1.7.1 Xây dựng cơsởdữliệu. 13

1.7.2 Xây dựng hệthống tìm kiếm. 14

1.7.2.1 Tìm kiếm dựa vào sựphân bốmang tính tòan cục. 14

1.7.2.1.1 Đặc trưng lược đồmàu. 14

1.7.2.1.2 Đặc trưng vector liên kết màu (Color Coherence Vector). 14

1.7.2.1.3 Đặc trưng tựtương quan màu (AutoCorrelogram). 15

1.7.2.1.4 Đặc trưng lược đồhệsốgóc (Edge Direction Histogram). 16

1.7.2.1.5 Đặc trưng Vector liên kết hệsốgóc (Edge Direction Coherence

Vector). 16

1.7.2.2 Tìm kiếm dựa vào sựphân bốmang tính cục bộ. 17

1.7.2.3 Tìm kiếm theo vùng, đối tượng. 18

1.7.2.4 Tìm kiếm theo ngữnghĩa. 20

Chương 2 CÁC KHÁI NIỆM CƠBẢN. 21

2.1. Màu sắc. 22

2.1.1 Khái niệm vềmàu sắc. 22

2.1.2 Một số đặc tính vật lý đặc biệt vềmàu sắc. 22

2.1.3 Các hệmàu thông dụng. 24

2.1.3.1 Hệmàu chuẩn RGB:. 24

2.1.3.2 Hệmàu CMY. 25

2.1.3.3 Hệmàu YIQ. 26

Nguyễn Bá Công – Nguyễn Hữu Đức v

Hệthống truy tìm ảnh dựa vào đặc trưng cấp thấp và đặc trưng cấp cao

2.1.3.4 Hệmàu L*a*b:. 27

2.1.3.5 Hệmàu HSI: Hue-Saturation-Intensity. 27

2.1.4 Các đặc trưng vềmàu sắc. 30

2.1.4.1 Lược đồmàu (Histogram). 30

2.1.4.2 Vector liên kết màu (Color Coherence Vector). 32

2.1.4.3 Đặc trưng tựtương quan màu (AutoCorrelogram). 34

2.2. Vân (textture). 38

2.2.1 Khái niệm. 38

2.2.2 Một sốloại vân tiêu biểu. 39

2.2.3 Ma trận đồng hiện (Co-occurrence Matrix). 39

2.2.4 Phép biến đổi Wavelet. 41

2.3. Hình dáng. 43

2.3.1 Khái niệm vềbiên cạnh. 43

2.3.2 Các phương pháp phát hiện biên. 44

2.3.2.1 Phát hiện biên trực tiếp. 44

2.3.2.2 Phương pháp phát hiện biên gián tiếp. 48

2.3.3 Các đặc trưng vềbiên cạnh. 49

2.3.3.1 Lược đồhệsốgóc (Edge Direction Histogram). 49

2.3.3.2 Vector liên kết hệsốgóc (Edge Direction Coherence Vector):. 51

2.3.4 Vùng và các đặc trưng vềvùng. 52

2.3.4.1 Đặc trưng màu. 53

2.3.4.2 Đặc trưng vân. 53

2.3.4.3 Đặc trưng hình dáng. 53

2.4. Độ đo. 55

2.4.1 Khái niệm. 55

2.4.2 Một số độ đo thông dụng. 56

2.4.2.1 Khoảng cách Minkowsky:. 56

2.4.2.2 Độ đo khoảng cách min-max:. 56

2.4.2.3 Khoảng cách Euclide L2:. 56

2.4.2.4 Khoảng cách city-block L1:. 56

2.4.3 Các độ đo được sửdụng trong bài tóan. 57

2.4.3.1 Độ đo tương tựgiữa 2 bin màu trong hệmàu HSI. 57

2.4.3.2 Độ đo dùng cho lược đồmàu. 57

2.4.3.3 Độ đo dùng cho đặc trưng liên kết màu (Color Coherence Vector)

. 61

2.4.3.4 Độ đo dùng cho đặc trưng tựtương quan màu(AutoCorrelogram)61

2.4.3.5 Độ đo dùng cho đặc trưng lược đồhệsốgóc (Edge Direction

Histogram). 62

2.4.3.6 Độ đo dùng cho đặc trưng liên kết hệsốgóc (Edge Direction

Coherence Vector). 62

Chương 3 TRUY TÌM ẢNH DỰA VÀO ĐẶC TRƯNG CẤP THẤP. 64

3.1. Các đặc trưng được sửdụng đểtruy tìm ảnh. 65

3.1.1 Đặc trưng vềmàu sắc. 65

Nguyễn Bá Công – Nguyễn Hữu Đức vi

Hệthống truy tìm ảnh dựa vào đặc trưng cấp thấp và đặc trưng cấp cao

3.1.1.1 Lược đồmàu (histogram). 65

3.1.1.2 Vector liên kết màu (Color Coherence Vector). 65

3.1.1.3 Đặc trưng tựtương quan màu (AutoCorrelogram). 66

3.1.2 Đặc trưng vềhình dáng. 67

3.1.2.1 Lược đồhệsốgóc (Edge Direction Histogram). 67

3.1.2.2 Vector liên kết hệsốgóc (Edge Direction Coherence Vector). 67

3.2. Giải thuật phân lớp phân cấp (Hierarchical Agglomerative Clustering

Algorithm- HAC) và áp dụng giải thuật trong phân lớp ảnh theo các đặc trưng

của ảnh. 68

3.2.1 Tổng quan vềgiải thuật. 68

3.2.2 Giải thuật. 68

3.2.3 Áp dụng giải thuật phân lớp phân cấp vào việc xây dựng cây phân cấp

theo các đặc trưng của ảnh. 70

3.3. Tạo chỉmục truy tìm ảnh. 78

3.4. Các chiến lược truy tìm ảnh. 79

3.4.1 Truy tìm ảnh xét đến tính phân bốtoàn cục. 79

3.4.1.1 Tìm kiếm theo màu sắc. 79

3.4.1.1.1 Lược đồmàu. 79

3.4.1.1.2 Vector liên kết màu. 80

3.4.1.1.3 Đặc trưng tương quan màu (Correlogram):. 82

3.4.1.2 Tìm kiếm theo hình dáng. 82

3.4.1.2.1 Lược đồhệsốgóc. 83

3.4.1.2.2 Vector liên kết hệsốgóc. 83

3.4.1.3 Tìm kiếm kết hợp. 84

3.4.1.3.1 Tìm kiếm kết hợp các đặc trưng với nhau dùng toán tửBOOL

. 85

3.4.1.3.2 Tìm kiếm kết hợp các đặc trưng với nhau dùng trọng số. 86

3.4.2 Truy tìm ảnh xét đến tính phân bốcục bộ(yếu tốkhông gian). 87

3.4.2.1 Tìm kiếm xét đến tính cục bộvới việc chia lưới tìm kiếm. 87

3.4.2.2 Tìm kiếm xét đến tính cục bộvới việc vẽ. 90

Chương 4 TRUY TÌM ẢNH DỰA VÀO ĐẶC TRƯNG CẤP CAO. 93

4.1. Bài toán phân đoạn ảnh. 94

4.1.1 Chọn đặc trưng đểphân đoạn ảnh. 94

4.1.2 Phân đoạn ảnh. 96

4.1.3 Các ví dụvềbài toán phân đoạn ảnh. 98

4.2. Vùng và đặc trưng vùng. 99

4.3. Áp dụng giải thuật phân lớp phân cấp vào bài toán phân lớp vùng. 101

4.4. Tạo chỉmục tìm kiếm. 105

4.5. Các chiến lược truy tìm theo đặc trưng cấp cao. 105

4.5.1 Giai đoạn nhập dữliệu. 106

4.5.2 Giai đoạn truy tìm. 110

4.5.3 Giai đoạn sắp hạng (RANKING). 110

Chương 5 TRUY TÌM ẢNH DỰA VÀO NGỮNGHĨA. 112

Nguyễn Bá Công – Nguyễn Hữu Đức vii

Hệthống truy tìm ảnh dựa vào đặc trưng cấp thấp và đặc trưng cấp cao

Chương 6 CÀI ĐẶT VÀ THỬNGHIỆM. 117

6.1. Cài đặt. 118

6.1.1 Chương trình. 118

6.1.2 Các đặc trưng sửdụng cho chương trình. 118

6.1.3 Cơsởdữliệu. 119

6.1.3.1 Cơsởdữliệu truy tìm theo đặc trưng cấp thấp. 119

6.1.3.2 Cơsởdữliệu truy tìm theo đặc trưng cấp cao. 119

6.1.4 Chức năng truy tìm ảnh. 119

6.2. Thửnghiệm. 120

6.2.1 Tìm kiếm xét đến tính toàn cục. 120

6.2.1.1 Tìm kiếm theo lược đồmàu. 120

6.2.1.2 Tìm kiếm theo lược đồhệsốgóc. 121

6.2.1.3 Tìm kiếm theo vector liên kết màu. 123

6.2.1.4 Tìm kiếm theo vector liên kết hệsốgóc. 124

6.2.1.5 Tìm kiếm theo AutoCorrelogram. 125

6.2.1.6 Tìm kiếm ảnh bằng việc kết hợp các đặc trưng với nhau theo tóan

tửAND. 126

6.2.1.7 Tìm kiếm ảnh bằng cách kết hợp các đặc trưng dùng trọng số. 128

6.2.2 Tìm kiếm dựa trên tính phân bốcục bộ. 129

6.2.2.1 Tìm kiếm bằng cách chia lưới. 129

6.2.2.2 Tìm kiếm bằng cách vẽ vùng. 133

6.2.3 Tìm kiếm dựa theo vùng, đối tượng của ảnh có sẵn. 135

6.2.4 Tìm kiếm dựa theo vùng, đối tượng khi mà người dùng chưa có ý niệm

rõ ràng vềtấm ảnh. 141

6.2.5 Tìm kiếm dựa vào ngữnghĩa. 144

6.3. Kết quảthực nghiệm của hệthống. 145

6.3.1 Thực nghiệm việc tìm kiếm theo các đặc trưng cấp thấp. 146

6.3.2 Thực nghiệm việc tìm kiếm theo đặc trưng cấp cao. 147

Chương 7 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 148

7.1. Tổng kết. 149

7.2. Hướng phát triển. 149

7.3. Kết luận. 149

TÀI LIỆU THAM KHẢO. 151