تشخیص تصاویر عنبیه غیرایده آل براساس الگوریتم های فراابتکاری

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                شماره صفحه

چکیده …………………………………………………………………………………………………………………………… 1

فصل اول: کلیّات تحقیق

1-1. مقدّمه ……………………………………………………………………………………………………………………..3

1-2.  هدف پایان نامه ……………………………………………………………………………………………………….4

1-3. روش و ابزار گردآوری داده ها …………………………………………………………………………………..5

1-4. ابزار تجزیه و تحلیل داده ها ……………………………………………………………………………………….5

1-5. ساختار پایان نامه……………………………………………………………………………………………………….5

1-6. بلوک دیاگرام مراحل کلّی انجام کار …………………………………………………………………………….6

فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق

2-1. مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………..8

2-2. زمینه ی پیدایش………………………………………………………………………………………………………12

2-3. عنبیه و ساختار آن …………………………………………………………………………………………………..13

2-4. بررسی پایداری بافت ………………………………………………………………………………………………15

2-5. چگونگی کارکرد سیستم بیومتریک عنبیه ……………………………………………………………………16

2-6. ارزیابی سیستم بیومتریک عنبیه …………………………………………………………………………………20

2-7. مزایا و معایب سیستم بیومتریک عنبیه ………………………………………………………………………..20

2-8. پردازش تصویر در سیستم بیومتریک عنبیه …………………………………………………………………21

    2-8-1. دریافت تصویر ………………………………………………………………………………………………22

عنوان                                                                                                شماره صفحه

    2-8-2. پردازش تصویر ……………………………………………………………………………………………..22

   2-8-3. پیش پردازش ………………………………………………………………………………………………….22

  2-8-4. ناحیه بندی بافت عنبیه ………………………………………………………………………………………22

       2-8-4-1. اهمیّت ناحیه بندی صحیح ……………………………………………………………………….23

       2-8-4-2. مروری کوتاه بر برخی از روش های ناحیه بندی ………………………………………..23

          2-8-4-2-1. تشخیص لبه با استفاده از تابع Edge ………………………………………………….23

          2-8-4-2-2.  تشخیص لبه به روش Sobel …………………………………………………………..23

          2-8-4-2-3. تشخیص لبه به روش Canny …………………………………………………………..24

       2-8-4-3. الگوریتم یافتن دایره تبدیل هاف (CHT)……………………………………………………24

  2 -8-5. نرمال سازی …………………………………………………………………………………………………..28

      2-8-5-1. مروری کوتاه بر روش های نرمالیزه کردن……………………………………………………28

         2-8-5-1-1. روش ارائه شده توسط داگمن…………………………………………………………….28

         2-8-5-1-2. روش دایره های مجازی…………………………………………………………………….29

2-8-6. ماسک گذاری……………………………………………………………………………………………………..29

2-8-7. مروری بر برخی از ابزارهای استفاده شده در استخراج ویژگی…………………………………..30

    2 -8-7-1. فیلترهای گابور………………………………………………………………………………………….30

    2-8-7-2. استفاده از تبدیل موجک………………………………………………………………………………31

    2-8-7-3. استفاده از تبدیل لاپلاس گوسی…………………………………………………………………….31

    2-8-7-4. موجک هار………………………………………………………………………………………………..32

عنوان                                                                                                شماره صفحه

     2-8-7-4-1. تبدیل موجک هار …………………………………………………………………………………32

        2-8-7-4-1-1. چگونگی فرآیند ……………………………………………………………………………32

2-9. خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………….34

فصل سوم : روش اجرای تحقیق

3-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………….36

3-2. پیش پردازش و ناحیه بندی استفاده شده برای تصاویر عنبیه غیر ایده آل…………………………36

3-3. ناحیه بندی عنیه غیر ایده آل …………………………………………………………………………………….41

3-4. ناحیه بندی با پیاده سازی و تحلیل الگوریتم کلونی مورچگان………………………………………..42

    3-4-1. الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچگان……………………………………………………………….42

    3-4-2. عملکرد کلی الگوریتم کلونی مورچگان……………………………………………………………..43

    3-4-3. انعطاف پذیری الگوریتم مورچگان…………………………………………………………………….44

    3-4-4. مزایای الگوریتم مورچگان………………………………………………………………………………..45

    3-4-5. ناحیه بندی عنبیه توسط الگوریتم کلونی مورچگان………………………………………………45

    3-4-6.  ایجاد جمعیّت جهت یافتن جواب بهینه…………………………………………………………….45

    3-4-7. ارزیابی شایستگی و انتخاب مورچه های کاندید برای ترشح فرومون……………………..46

     3-4-8. به روز رسانی فرومون ……………………………………………………………………………………47

    3-4-9. فلوچارت کلی الگوریتم کلونی مورچگان ………………………………………………………….48

     3-4-10. جمع بندی………………………………………………………………………………………………….49

3-5. نرمال سازی…………………………………………………………………………………………………………….49

عنوان                                                                                                شماره صفحه

    3-5-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….49

    3-5-2. روش نرمالایز استفاده شده برای تصاویر عنبیه…………………………………………………….49

3-6. استخراج ویژگی………………………………………………………………………………………………………50

     3-6-1. مقدمه…………………………………………………………………………………………………………..50

     3-6-2. پایگاه داده…………………………………………………………………………………………………….51

     3-6-3. روش زاویه ایی……………………………………………………………………………………………..51

     3-6-4. ویولت دوبعدی هار……………………………………………………………………………………….52

3-7. انتخاب خصوصیت با پیاده سازی و تحلیل الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی……………….53

    3-7-1. الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی…………………………………………………………………..53

    3-7-2. عملکرد کلی الگوریتم زنبورها………………………………………………………………………….53

     3-7-3. انتخاب ویژگی با استفاده از الگوریتم کلونی زنبور……………………………………………..55

     3-7-4.  انتخاب راه حل اوّلیه توسط زنبورهای کارگر……………………………………………………55

     3-7-5. ارزیابی راه حل های اوّلیه و مناسب زنبورهای پیشاهنگ……………………………………..56

     3-7-6. فرآیند سربازگیری برای زنبورهای پیشاهنگ………………………………………………………57

     3-7-7. جستجوی راه حل های جدید با راهنمایی زنبورهای پیشاهنگ…………………………….57

     3-7-8. فلوچارت کلی الگوریتم کلونی زنبور………………………………………………………………..58

    3-7-9. پارامترهای الگوریتم انتخاب ویژگی با استفاده از کلونی زنبور……………………………….58

    3-7-10. جمع بندی……………………………………………………………………………………………………59

3-8. طبقه بندی با پیاده سازی و تحلیل الگوریتم های شبکه عصبی……………………………………….59

عنوان                                                                                                شماره صفحه

   3-8-1. مقدمه……………………………………………………………………………………………………………..59

           3-8-2. نحوه ی ارائه نتایج طبقه بندی در SVM……………………………………………………60

                     3-8-3.  جمع بندی …………………………………………………………………………………………..61

3-9. خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………….61

فصل چهارم : تجزیه و تحلیل داده ها

4-1. نتایج پیاده سازی……………………………………………………………………………………………………..63

4-2. نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم کلونی مورچگان در ناحیه بندی عنبیه……………………..63

4-3. نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی در انتخاب ویژگی…………..64

4-4. نتایج حاصل از پیاده سازی شبکه های عصبی در طبقه بندی ………………………………………..64

4-5. نتایج حاصل از پیاده سازی روش پیشنهادی با روشهای دیگر………………………………………..68

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1. نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………72

5-2. راهکارهایی برای ادامه پژوهش………………………………………………………………………………….73

منابع و مآخذ

فهرست منابع فارسی ……………………………………………………………………………………………………… 74

فهرست منابع انگلیسی………………………………………………………………………………………………………74

چکیده ی انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………….77

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                شماره صفحه

تصویر (1-1). بلوک دیاگرام مراحل کلی کار ……………………………………………………………………….6

تصویر (2-1).  تصویری از نمای جلوی عنبیه ……………………………………………………………………15

تصویر(2-2). تصویری از بافت چشم ……………………………………………………………………………….15

شكل (2-3). دیاگرام کلی سیستم‌های تشخیص عنبیه……………………………………………………………17

شكل(2-4).a . نمونه خروجی واحد تفکیک،b. نمونه خروجی واحد نرمال‌سازی .cنمونه خروجی واحد کدگذاری……………………………………………………………………………………………………………….19

رسم توضیحی (2-5). بلوک دیاگرام تولید الگو…………………………………………………………………..22

تصویر (2-6). ترسیم دایره برای نقاط لبه با پارامترهای مشخص…………………………………………..26

تصویر(2-7). لبه ها برای جدا سازی با روش تبدیل هاف……………………………………………………27

تصویر (2-8). چگونگي نگاشت ديسك عنبيه بر روي نواري با ابعاد دلخواه…………………………..28

تصویر(3-1). تصویر اولیه بدون پیش پردازش………………………………………………………………….37

تصویر(3-2). نتیجه تصویر…………………………………………………………………………………………….38

تصویر(3-3). نتیجه تصویر ……………………………………………………………………………………………38

تصویر(3-4). نتیجه از تأثیر مشتقات افقی ……………………………………………………………………….38

تصویر(3-5). نتیجه از تأثیر مشتقات عمودی……………………………………………………………………39

تصویر(3-6). گرادیان تصویر ………………………………………………………………………………………..39

تصویر(3-7). زاویه لبه ها………………………………………………………………………………………………39

عنوان                                                                                               شماره صفحه

تصویر(3-8). تصویر بعد از تابع adjgamma ……………………………………………………………………..40

تصویر(3-9). لبه سمت راست عنبیه ………………………………………………………………………………….40

تصویر(3-10). نتیجه تابع nonmaxsup …………………………………………………………………………….41

تصویر (3-11).نتیجه آستانه گذاری……………………………………………………………………………………41

تصویر (3-12). قرار دادن مانع در مسیر حرکت مورچه‌ها از کلونی تا منبع غذایی……………………44

تصویر(3-13). حذف مانع و انعطاف پذیری رفتار مورچه‌ها ………………………………………………..45

تصویر(3-14).  انتخاب مسیر توسط مورچه در نقطه i…………………………………………………………46

تصویر (3-15). فلوچارت کلی الگوريتم كلوني مورچگان ……………………………………………………48

تصویر(3-16). تصویر نرمال شده………………………………………………………………………………………50

تصویر (3-17). نمایی از روش زاویه ایی……………………………………………………………………………52

تصویر (3-18). پیاده سازی الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی برای مسئله انتخاب ویژگی……..55

تصویر(3-19). فلوچارت کلی الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی………………………………………..58

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­تصویر(4-1). نمونه ایی از جداسازی مرز عنبیه و مردمک با استفاده از الگوریتم کلونی مورچگان…………63

فهرست جداول

عنوان                                                                                               شماره صفحه

جدول(2-1). مقایسه تکنولوژی های متنوع ………………………………………………………………………..11

جدول (3-1). نحوه ی ارائه نتایج طبقه بندی(Classification) در SVM …………………………..60

جدول (4-1). نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم کلونی مورچگان…………………………………..63

جدول (4-2). نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم کلونی زنبورهای مصنوعی…………………….64

جدول (4-3). بررسی تأثیر نوع کرنل در دقّت طبقه بندی شبکه عصبی  SVMدر روش تشخیص کل عنبیه قبل از FS………………………………………………………………………………………………………….64

جدول (4-4). بررسی تاثیر نوع کرنل در دقّت طبقه بندی شبکه عصبی  SVMدر روش تشخیص زاویه ایی عنبیه قبل از FS…………………………………………………………………………………………………65

جدول(4-5). بررسی تأثیر تعداد نرون ها و لایه ها در دقّت طبقه بندی شبکه عصبی MLP در روش تشخیص کل عنبیه قبل از FS……………………………………………………………………………………65

جدول (4-6). بررسی تأثیر تعداد نرون ها و لایه ها در دفّت طبقه بندی شبکه عصبی MLP در روش تشخیص زاویه ایی عنبیه قبل از FS…………………………………………………………………………..66

جدول (4-7). نتایج طبقه بندی بعد از انتخاب ویژگی با کلونی زنبور با استفاده از شبکه عصبی SVM در روش تشخیص زاویه ایی عنبیه……………………………………………………………………………66

جدول (4-8 )نتایج طبقه بندی بعد از انتخاب ویژگی با کلونی زنبور با استفاده از شبکه عصبی SVM در روش تشخیص کل عنبیه…………………………………………………………………………………….67

جدول (4-9). نتایج طبقه بندی بعد از انتخاب ویژگی با کلونی زنبور با استفاده از شبکه عصبی MLP در روش تشخیص کل عنبیه…………………………………………………………………………………….67

جدول(4-10). نتایج طبقه بندی بعد از انتخاب ویژگی با کلونی زنبور با استفاده از شبکه عصبی MLP در روش تشخیص زاویه ایی عنبیه …………………………………………………………………………68

عنوان                                                                                                شماره صفحه

جدول(4-11). مقایسه Kernal Function های متفاوت روش پیشنهادی با روش های دیگر ……………………………………………………………………………………………………………………………………..69

جدول (4-12). مقایسه نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم SVM  روش پیشنهادی با روش های دیگر ……………………………………………………………………………………………………………………………..69

  جدول (4-13). مقایسه نرخ موفقیت روش پیشنهادی با الگوریتم های دیگر………………………….70