Các hướng nghiên cứu nổi bật

Nghiên cứu KHCN trong Khoa ĐTVT có thể được chia một cách sơ bộ thành một số hướng nghiên cứu nổi bật như sau:

  1. Thiết kế và chế tạo các hệ thống và thiết bị thông minh nghiên cứu chế tạo các sản phẩm công nghệ thông minh;
  2. Thiết kế và chế tạo angten và các hệ thống thu phát cao tần và siêu cao tần;
  3. Thiết kế vi mạch điện tử;
  4. Thiết kế và chế tạo các linh kiện vi cơ hệ thống và vi hệ thống;
  5. Xử lý tín hiệu và ảnh y-sinh và chế tạo các thiết bị hệ thống y-sinh;
  6. Xử lý và truyền dữ liệu đa phương tiện;
  7. Các giải thuật xử lý tín hiệu và hình ảnh.

Dưới đây, chúng tôi giới thiệu sơ lược qua các hướng nghiên cứu này và trình bày một số kết quả nổi bật đạt được.

A. Thiết kế và chế tạo các hệ thống và thiết bị thông minh

1) Hệ thống tích hợp INS/GPS cho phương tiện chuyển động

Hiện nay, các hoạt động của con người đòi hỏi về định vị, dẫn đường và điều khiển cho các vật thể chuyển động như máy bay, tên lửa, ôtô, tàu thuyền, v.v. đã trở thành một nhu cầu hết sức cấp thiết trong nhiều lĩnh vực đời sống và an ninh quốc phòng. Một trong những hệ thống dẫn đường hiện tại đang được ứng dụng nhiều là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GPS). Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm như độ chính xác tương đối cao và ổn định theo thời gian, hệ thống GPS bộ lộ những nhược điểm như tín hiệu có thể bị gián đoạn trong thời gian không xác định do ảnh hưởng của địa hình hoặc do sai số có chủ đích của nhà cung cấp. Bên cạnh hệ thống GPS, hệ thống dẫn đường quán tính (INS) cũng được sử dụng nhiều nhằm xác định tọa độ và các thông tin của vật thể chuyển động dựa trên các thông số đo đạc tính toán từ các cảm biến gắn trên vật thể như cảm biến gia tốc, con quay hồi chuyển, la bàn từ, v.v. Việc tích hợp INS và GPS cho phép tạo nên một hệ thống dẫn đường có tính hoàn thiện cao được ứng dụng trong các ngành như điều khiển dẫn đường các phương tiện đường bộ, đường không và vũ trụ.

Hệ thống được thiết kế sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu số hiện đại, đặc biệt là lọc bộ lọc Kalman, và cảm biến gia tốc MEMS mới, để đáp ứng được các yêu cầu như tính chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh.

Nhóm nghiên cứu: GS. TSKH. Nguyễn Phú Thuỳ (chủ trì), TS. Nguyễn Thăng Long, TS. Trần Đức Tân.

Hợp tác chính: Viện Tên lửa (Bộ Quốc phòng).

2) Mạng cảm biến không dây cảnh báo sự cố vượt ngưỡng

Mục tiêu chung của hướng nghiên cứu là thiết kế, chế tạo mạng cảm biến không dây (WSN–Wireless Sensor Networks) như một prototype, sử dụng để đánh giá các nghiên cứu về nâng cao hiệu quả khai thác mạng WSN. Cụ thể là việc thiết kế, chế tạo nút mạng, viết phần mềm nhúng, xây dựng mạng WSN với số lượng nút lớn, trong đó có một nút cơ sở, các nút còn lại làm nhiệm vụ cảm biến. Trên cơ sở prototype này, tiến hành các nghiên cứu nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng, bao gồm các giải thuật về: phân tuyến và thâm nhập môi trường (MAC) hướng tới sử dụng hiệu quả năng lượng nút mạng, hiệu quả truyền nhận dữ liệu, độ tin cậy; điều khiển động công suất nút mạng; định vị nút mạng.

Nhóm đang tiếp tục các nghiên cứu hàn lâm về định tuyến, điều khiển thâm nhập môi trường, định vị nút mạng, tự cấu hình, v.v., hướng đến khai thác tốt nhất tài nguyên mạng WSN (nguồn nuôi độc lập, bộ nhớ dung lượng bé, kích thước nhỏ, số lượng nút mạng triển khai lớn, ngẫu nhiên, v.v.), về hiệu quả truyền nhận dữ liệu và độ tin cậy của thông tin. Các nghiên cứu sẽ thực hiện theo phương pháp phân tích, mô phỏng, viết phần mềm nhúng và thực nghiệm trên mạng WSN để đánh giá kết quả. Sản phẩm ASOT1 đã được đăng ký với Vườn Ươm Công nghệ Cao tại Hòa Lạc, nhằm hướng đến chế tạo sản phẩm ứng dụng.

Nhóm nghiên cứu: PGS.TS. Vương Đạo Vy (chủ trì), một số NCS và HVCH.

B. Thiết kế và chế tạo angten và các hệ thống thu phát cao tần và siêu cao tần

1) Thiết kế, chế tạo và đo lường anten

Các anten mạch dải tích hợp trên bề mặt bán cầu nhiều lớp mô tả được phân tích trến cơ sở dùng hàm Green miền phổ trong phương pháp mô-men cho phép ứng dụng để tính toán các thông số kỹ thuật của anten như trở kháng lối vào, trường điện tử, độ lợi, độ định hướng… để từ đó lập đồ thị bức xạ của các loại anten này.

“Giải pháp tổng quát để phân tích và thiết kế các anten mạch dải siêu cao tần tích hợp trên bề mặt bán cầu nhiều lớp và ứng dụng” nêu trên đã được ĐHQGHN trao giải thưởng Công trình khoa học tiêu biểu ĐHQGHN 2008.

Tại Bộ môn Thông tin Vô tuyến, hệ thống đo lường anten được xây dựng để hoạt động trên một dải tần số rộng, bao trùm phổ tần số của các hệ thống thông tin vô tuyến đang phổ biến hiện nay như GSM, WLAN, CDMA, v.v. Trong hệ đo, bộ lọc phần mềm đã giải quyết tốt vấn đề tách tín hiệu mong muốn thu được từ AUT và loại bỏ những tín hiệu đa đường không mong muốn khác. Các kết quả đo đạc thực tế được thực hiện tại phòng thí nghiệm với các anten chấn tử 1/2 và 3/2 bước sóng.

Sản phẩm “Hệ thống đo lường tự động đặc trưng bức xạ Anten” đã đạt Giải thưởng Sáng tạo trẻ tại cuộc thi “Sáng tạo các sản phẩm Điện tử, Viễn thông và Công nghệ Thông tin Việt Nam 2006”.

Nhóm nghiên cứu: PGS.TS. Trương Vũ Bằng Giang (chủ trì), một số cán bộ của Bộ môn Thông tin Vô tuyến.

Hợp tác chính: TS. Achim Dreher, Viện Truyền thông và Dẫn đường, Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR).

2) Thiết kế và chế tạo các hệ thống thu phát cao tần và siêu cao tần

Cùng với xử lý tín hiệu, kỹ thuật siêu cao tần công suất nhỏ tạp âm thấp và đặc biệt là kỹ thuật siêu cao tần công suất lớn là lĩnh vực rất khó khăn và phức tạp cần được các cơ sở khoa học công nghệ đầu tư nghiên cứu sâu, tiến tới làm chủ công nghệ chế tạo trong nước, cho phép hiện đại hóa và chế tạo mới các thiết bị định vị vô tuyến trong điều kiện nước ta hiện nay.

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các thiết bị siêu cao tần tại Khoa ĐTVT tập trung đi sâu nghiên cứu công nghệ, tạo ra sản phẩm công nghệ cao, ứng dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các hệ định vị vô tuyến. Các sản phẩm cụ thể đã và đang được chế tạo thử nghiệm bao gồm: (1) thiết bị xử lý tín hiệu và tự động phát hiện mục tiêu trong các hệ định vị vô tuyến – đài ra đa bắt thấp P15; (2) tuyến thu trung tần đài ra đa P37 bằng linh kiện công nghệ mới; (3) bộ khuếch đại cao tần tạp âm thấp thay thế đèn sóng chạy làm việc ở dải sóng đề xi mét dung cho ra đa bắt thấp P15, P19; (4) máy thu Logarit giải mã tín hiệu 2 kênh băng tần UHF sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến; (5) bộ tổ hợp tần số dải sóng đề xi mét dùng mạch vòng bám pha PLL với cơ cấu chuyển tần số linh hoạt dùng trong các hệ thống tự động điều chỉnh tần số; (6) máy phát bán dẫn dải sóng dm; (7) hệ thống phát, thu và xử lý tín hiệu dải rộng, nhận biết chủ quyền Quốc gia.

Nhóm nghiên cứu: PGS.TS. Bạch Gia Dương (chủ trì), một số cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu ĐTVT.

Hợp tác chính: Viện Phòng không – Không quân (Bộ Quốc phòng)

C. Thiết kế vi mạch điện tử

1) Thiết kế và kiểm tra các hệ thống trên chíp (SoC), mạng trên chíp (NoC)

Với những ưu thế vượt trội, mô hình mạng trên chíp được xem như là một mô hình thay thế cho hệ thống trên chíp cổ điển trong tương lai gần.

Hướng nghiên cứu các phương pháp thiết kế và kiểm tra hệ thống trên một chíp với độ tích hợp cao đang triển khai xây dựng một platform hệ thống mở, gọi là hệ thống COMOSY, mô tả trong Hình 12, dựa trên công nghệ FPGA. Platform hệ thống này có thể được dùng cho các mục đích đào tạo và triển triển khai các ứng dụng khác nhau với độ phức tạp vừa phải trong lĩnh vực đo lường, điểu khiển và giám sát.

Đây là một nghiên cứu tổng hợp, đa ngành, một sự kết hợp giữa tính toán phân tán, mạng, truyền thông trên chip, phương pháp thiết kế hệ thống, áp dụng các giải pháp thiết kế mạng máy tính vào thiết kế hệ thống trên chip, và phương pháp thiết kế kiểm tra.

Các nghiên cứu thiết kế và kiểm tra mô hình mạng trên chip, cũng do TS. Trần Xuân Tú chủ trì. Một mô hình mạng trên chip đơn giản được trình bày trong Hình 13 về hệ thống GALS (Globally Asynchronous, Locally Synchronous – “dị bộ toàn cục, đồng bộ cục bộ”) mà nhóm đang quan tâm.

Nhóm nghiên cứu: TS. Trần Xuân Tú (chủ trì), một số cán bộ PTN SIS.

Hợp tác chính: CEA-LETI, MINATEC và INPG, Pháp.

2) Thiết kế vi mạch chuyên dụng siêu cao tần

Song song với nghiên cứu thiết kế và chế tạo các thiết bị cao và siêu cao tần như trong phần III.B.2, một hướng nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực thiết kế vi mạch điện tử là thiết kế vi mạch với các ứng dụng chuyên dụng trong lĩnh vực siêu cao tần nhằm tiến tới chế tạo chíp chuyên dụng siêu cao tần trên công nghệ CMOS (RF CMOS Design) với các chức năng tạo mã, chức năng thu phát băng rộng có cấu trúc mềm dẻo, dùng cho các ứng dụng chế tạo xử lý gia công tín hiệu trong máy thu, máy phát của hệ thống nhận biết chủ quyền Quốc gia, của radar nói riêng và các hệ thống thông tin băng rộng nói chung, làm việc ở dải tần số siêu cao.

Nhóm nghiên cứu: PGS.TS. Bạch Gia Dương (chủ trì), một số cán bộ của Trung tâm Nghiên cứu ĐTVT.

Hợp tác chính: GS.TS. Bernard Journet (ENS, Pháp).

D. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các linh kiện và hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và vi cơ hệ thống

1) Nghiên cứu chế tạo vi kẹp có gắn cảm biến

Trong thao tác gắp các vi hạt có kích thước cỡ micromet, độ chính xác, tốc độ và độ mềm dẻo của thao tác sẽ được cải thiện nhiều nếu cảm nhận được lực tương tác và điều khiển đầu vi kẹp theo thời gian thực. Nhiều nhóm nghiên cứu vi cơ điện tử và vi hệ thống trên thế giới đang tập trung nghiên cứu hệ thống vi kẹp có gắn cảm biến trong không gian micro có tính năng gần như bàn tay của con người trong thế giới macro. Các hệ thống này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: mổ tế bào, mổ nội soi, vi robotics và các nhiệm vụ liên quan đến vi lắp ráp trong công nghệ vi điện tử. Gần đây, các hệ thống vi kẹp thông thường không sử dụng cảm biến lực để xác định tương tác giữa đầu kẹp và đối tượng được thao tác mà sử dụng camera. Phương pháp này thường cho các thông tin về ảnh hai chiều của thao tác. Nhiều thông tin cần thiết khác cho nhu cầu điều khiển như lực tương tác, chiều của lực không thu được nên dẫn đến cảm giác mất không gian và khó khăn trong xác định vị trí thực của vi hạt. Hơn nữa thiếu thông tin về lực tương tác sẽ không thể có những thao tác mềm mại và rất dễ dẫn đến tình trạng phá hủy mẫu không mong muốn.

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và phát triển hệ thống vi kẹp có gắn cảm biến cùng với tính năng điều khiển vòng đóng dựa trên công nghệ vi cơ điện tử (MEMS) và công nghệ chế tạo CMOS là định hướng chính của nhóm nghiên cứu. Sau khảo sát nhu cầu thực của một số ứng dụng trong vi lắp ráp và y sinh, mục tiêu nghiên cứu được đặt ra là chế tạo thành công một vi kẹp có kích thước tổng thể khoảng 500x500x30 μm với đầu kẹp cho phép thao tác các hạt có kích thước khoảng từ 10 đến 30 μm, với khả năng cảm nhận lực tương tác và điều khiển vòng đóng thời gian thực.

Ngoài hướng tối ưu cấu trúc bằng cách sử dụng các mạch điều khiển vòng đóng, nhóm nghiên cứu cũng đang triển khai tối ưu cấu trúc theo hai hướng khác là tối ưu cấu trúc cơ học và tối ưu mô hình truyền nhiệt trong vi chấp hành nhiệt điện.

Nhóm nghiên cứu: TS. Chử Đức Trình (chủ trì).

Hợp tác chính: G.K. Lau, J.F. Creemer, và P.M. Sarro (ĐH Công nghệ Delft, Hà Lan).

2) Thiết kế cảm biến gia tốc theo công nghệ vi cơ điện tử

Nghiên cứu này trình bày về một quy trình thiết kế và tối ưu áp dụng cho một cấu trúc cảm biến gia tốc cụ thể. Phương pháp thiết kế tổng hợp đã tận dụng được ưu điểm về tốc độ mô phỏng của công cụ SUGAR (dựa trên phân tích nút) và mô phỏng toàn diện của ANSYS (dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn), và được kết hợp trong việc tối ưu thông số cấu trúc cảm biến. Việc phân tích tính chất cơ của cấu trúc nhằm xác định phân bố ứng suất khi có gia tốc tác động, từ đó tìm ra các vị trí trên thanh dầm để cấy các áp điện trở sao cho khuếch đại tối đa tín hiệu mong muốn và giảm thiểu nhiễu pháp tuyến. Kỹ thuật đồng mô phỏng giữa các trường nhiệt – cơ – áp trở cũng đã được áp dụng thành công trong nghiên cứu này nhằm khảo sát cảm biến toàn diện hơn, phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế. Sau bước chế tạo, cảm biến được chuẩn hoá bằng các phép đo tĩnh và động. Phương pháp phân tích phương sai Allan đã được áp dụng thành công trong việc xác định sai số gây bởi cảm biến và mạch ghép nối. Một đóng góp quan trọng nữa đó là đề xuất phương pháp tối ưu phẩm chất của cảm biến trên cơ sở tính toán ảnh hưởng của nồng độ pha tạp, nhiệt độ, nhiễu, và công suất tiêu thụ. Bài toán đa mục tiêu được xây dựng trên cơ sở tối ưu độ nhạy và độ phân giải của cảm biến đã được giải quyết. Hình 16 là chip cảm biến gia tốc được chế tạo.

Nhóm nghiên cứu: TS. Trần Đức Tân (Chủ trì), GS.TSKH. Nguyễn Phú Thùy, TS. Nguyễn Thăng Long, GS.TSKH. Huỳnh Hữu Tuệ.

Hợp tác chính: GS.TS. S. Roy (ĐH Laval, Canada).

E. Xử lý tín hiệu và ảnh y-sinh và chế tạo các thiết bị hệ thống y-sinh

1) Xử lý tín hiệu điện não để nhận biết gai động kinh tự động

Nhận biết các loại tín hiệu động kinh (gai hay xung co giật) từ tín hiệu điện não (EEG) cùng với xác định thời điểm xuất hiện và xác định vị trí não tổn thương là những vấn đề mà các bác sĩ chuyên khoa phải làm trong phân tích và chẩn đoán bệnh động kinh. Áp dụng các phương pháp xử lý tín hiệu để có thể nhận biết tự động đem lại nhiều lợi ích bổ trợ cho các bác sĩ chuyên khoa, đặc biệt khi tín hiệu điện não bị ảnh hưởng bởi nhiễu (như nhiễu mắt, nhiễu tim, nhiễu cơ) và khi thời gian đo tín hiệu lâu.

Hướng nghiên cứu này tại Khoa ĐTVT áp dụng các giải thuật xử lý tín hiệu mù để loại các tín hiệu nhiễu gây để có được tín hiệu “sạch” có chứa tín hiệu động kinh, và từ đó xây dựng các công cụ để nhận biết gai một cách tự động. Các tín hiệu điện não đo được là tổ hợp tuyến tính của các hoạt động não bộ, bao gồm tín hiệu động kinh và các loại nhiễu khác.

Nhóm nghiên cứu: TS. Nguyễn Linh Trung (chủ trì), TS. Lê Vũ Hà, TS. Trần Đức Tân.

Hợp tác chính: Hoàng Cẩm Tú (Bệnh viên Nhi Trung ương), Mostefa Mesbah (Đại học Queensland, Úc).

2) Thu nhận ảnh nhanh trong Chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI)

Chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI), dựa trên hiệu ứng cộng hưởng từ hạt nhân, đã tìm được nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như sinh học, kỹ nghệ, và khoa học vật liệu. MRI tạo ra cuộc cách mạng về chẩn đoán hình ảnh trong y học do có nhiều lợi ích quan trọng như: (i) cung cấp sự tương phản đặc trưng giữa các mô mềm với độ phân giải cao, (ii) có tính không thâm nhập do phương pháp này thực thi trên thang mức tần số vô tuyến không cần sử dụng tới sự phát xạ ion hóa, không như các phương pháp CT (Computer Tomography) hay X quang, (iii) chụp được mọi tư thế mà không cần thay đổi vị trí máy hay vật cần chụp, (iv) có khả năng chụp nhiều loại ảnh khác nhau. Thu nhận ảnh nhanh trong MRI là vấn đề quan trọng nhằm tăng cường độ tương phản và độ phân giải của ảnh, tránh các hiệu ứng sinh lý hay giảm thời gian đo đạc trên bệnh nhân, vượt qua các hạn chế vật lý nội tại của thiết bị MRI, hoặc để đáp ứng các yêu cầu về mặt thời gian khi chụp ảnh các cấu trúc hay quá trình động. Các kỹ thuật hiện đại cho MRI nhanh chủ yếu dưới dạng chụp ảnh song song trong đó nhiều cuộn cảm được sử dụng đồng thời. Việc tái tạo hình ảnh có thể thực hiện trong không gian ảnh, không gian-k hay không gian-k-t. Nhiều kỹ thuật chụp ảnh song song đã được phát triển, đáng chú ý nhất là SENSE, SPACE-RIP, PILS, SMASH, GRAPPA, k-t SENSE, UNFOLD-SENSE.

Trong khuôn khổ nghiên cứu thu nhận ảnh nhanh trong MRI, nhóm nghiên cứu áp dụng kỹ thuật lấy mẫu nén hỗn loạn (chaotic compressed sensing), do nhóm phát triển, vào lấy mẫu nén không gian-k.

Nhóm nghiên cứu: TS. Nguyễn Linh Trung (chủ trì), TS. Trần Đức Tân, TS. Lê Vũ Hà.

Hợp tác chính: PGS.TS. Đỗ Ngọc Minh (ĐH UIUC, Mỹ), GS.TS. Victoria Morgan (ĐH Vanderbilt, Mỹ).

F. Xử lý và truyền dữ liệu đa phương tiện

Các hệ thống xử lý và truyền dữ liệu đa phương tiện phải thực hiện các công việc xử lý và truyền một khối lượng lớn dữ liệu qua các mạng truyền thông trong thời gian thực. Một số ví dụ về các hệ thống như vậy: hệ thống truyền hình qua mạng IP (IPTV), hệ thống hội nghị truyền hình (video conference), v.v. Yêu cầu đối với các hệ thống này là khả năng thực hiện trong thời gian thực thích nghi với các điều kiện đa dạng về đường truyền va thiết bị xử lý, cùng với sự đảm bảo về chất lượng thông tin. Để đáp ứng được các yêu cầu đó, cần phải có được các giải thuật cũng như cấu trúc xử lý hiệu quả cho các bài toán có liên quan như tiền xử lý và hậu xử lý, mã hóa và giải mã dữ, khôi phục lỗi, v.v.

1) Xử lý dữ liệu đa phương tiện

Một hướng nghiên cứu trong khuôn khổ này tập trung vào việc phát triển các cấu trúc xử lý thời gian thực cho các bài toán tiền xử lý và hậu xử lý (khử nhiễu, khử nhòe, nội suy ảnh và video, v.v.), mã hóa (nén) và giải mã dữ liệu đa phương tiện, chủ yếu là ảnh và video, xử lý tạo dựng video 3D, v.v.

Nhóm nghiên cứu: TS. Lê Vũ Hà (chủ trì).

Hợp tác chính: Alain Merigo (ĐH Paris Sud 11, Pháp).

Một hướng nghiên cứu khác trong lĩnh vực xử lý dữ liệu đa phương tiện phát triển các thuật toán mới và hiệu quả cho các chuẩn nén ảnh và Video hiện đại như: JPEG2000, H.264, H.264+, SVC. Hiện tại đã có rất nhiều các bộ Codec chuyên dùng cho sử lý ảnh và Video theo các chuẩn Quốc tế qui định. Các chuẩn này bên cạnh việc phục vụ hiệu quả và thường xuyên cho các nhu cầu của thực tế thì vẫn từng ngày không ngừng được nâng cấp và đòi hỏi bổ sung thêm nhiều các thuật toán mới và hiệu quả hơn nữa. Với mục tiêu phát triển thêm nhiều thuật toán mới, đóng góp cho các chuẩn nén ảnh và Video mới phát triển trong thời gian tới.

Nhóm nghiên cứu: TS. Đinh Triều Dương (chủ trì).

Hợp tác chính: M.-C. Hwang, B.-D. Choi, J.-H. Kim, và S.-J. Ko (Korea University, Korea).

2) Truyền thông đa phương tiện

Hướng nghiên cứu về truyền thông đa phương tiện kết hợp các tầng xử lý trong mô hình 7 lớp, nâng cao yêu cầu đáp ứng chất lượng dịch vụ trong các mạng truyền thông: hữu tuyến và vô tuyến: Cụ thể là kết hợp tầng xử lý ở lớp cao như Application layer với các tầng thấp hơn: Transport layer, Link layer, Physical layer nhằm làm tăng khả năng thích ứng kênh truyền, chống lỗi, đảm bảo bí mật thông tin, v.v. cho luồng Audio/Video stream truyền trên kênh. Đây cũng là hướng quan trọng để chúng tôi triển khai, nhất là khi chúng ta đang sống trong thời đại của các hệ thông tin di động hiện đại 3G/4G với yêu cầu cao của QoS và dữ liệu đa phương tiện.

Nhóm nghiên cứu: TS. Đinh Triều Dương (chủ trì).

Hợp tác chính: M.-C. Hwang, B.-D. Choi, J.-H. Kim, và S.-J. Ko (Korea University, Korea).

G. Các giải thuật xử lý tín hiệu, hình ảnh

1) Lấy mẫu nén

Một sự đột phá mới đây trong các lĩnh vực lý thuyết thông tin và xử lý tín hiệu dưới tên gọi lấy mẫu nén (compressed sensing), được đề xuất năm 2006, chỉ ra rằng một tín hiệu rời rạc độ dài hữu hạn có tính thưa thớt hay khả nén có thể khôi phục được từ một số lượng nhỏ các số đo được thu nhận một cách tuyến tính, phi thích nghi và ngẫu nhiên. Điều này có tầm quan trọng cũng như lợi ích vô cùng to lớn bởi vì: (i) số lượng các số đo thu nhận bởi phương pháp lấy mẫu nén nhỏ hơn nhiều so với số lượng thu nhận theo cách mà chúng ta vẫn biết, theo tần số Nyquist, là phương pháp cho tới gần đây vẫn thống trị trong thế giới số, và (ii) nhiều loại tín hiệu được quan tâm, bao gồm ảnh của các khung cảnh tự nhiên, ảnh sử dụng trong chẩn đoán y học, video, tiếng nói và âm nhạc, v.v. đều có tính thưa thớt trong những miền biểu diễn tín hiệu thích hợp. Lấy mẫu nén là một chủ đề nghiên cứu đang nóng hổi, đồng thời ngày càng tìm thấy nhiều ứng dụng mới. Không chỉ lý thuyết về lấy mẫu nén đang được làm xây dựng một cách nhanh chóng, nhiều mẫu thiết bị phần cứng cũng đã được phát triển.

Nhóm nghiên cứu về lấy mẫu nén tập trung vào phương pháp lấy mẫu nén tất định, trong đó ma trận đo tín hiệu có các phần tử là tất định, khác với đa phần các nghiên cứu trên thế giới là các phần tử ngẫu nhiên. Điều này cho phép Một kết quả cụ thể là đề xuất một loại bộ lọc tất định cho lấy mẫu nén, gọi là bộ lọc hỗn loạn (chaotic filter). Các hệ số của bộ lọc được tạo ra bởi quá trình hỗn loạn có một số tính chất tương tự như quá trình ngẫu nhiên nhưng lại được tạo ra một cách tất định thông qua các hệ thống có độ phi tuyến cao.

Cũng trong hướng áp dụng cho MRI, nhóm còn nghiên cứu sử thiết kế ma trận đo với các phần tử là các loại tín hiệu đặc biệt nhằm đề xuất các phương pháp hữu hiệu hơn trong tạo ảnh nhanh. Bên cạnh ứng dụng MRI, nhóm cũng đang nghiên cứu lấy mẫu nén cho viễn thông, trên nền tảng mã mạng (network coding), là một khái niệm được đề xướng năm 2000.

Nhóm nghiên cứu: TS. Nguyễn Linh Trung (chủ trì), TS. Lê Vũ Hà, TS. Trần Đức Tân.

Hợp tác chính: GS.TS. Zahir Hussain (RMIT, Úc), GS.TSKH. Huỳnh Hữu Tuệ (ĐHQT Bắc Hà), PGS.TS. Đỗ Ngọc Minh (UIUC, Mỹ), GS.TS. Merouane Debbah (SUPELEC, Pháp).

2) Các phương pháp biểu diễn thông tin hình ảnh và ứng dụng

Tìm kiếm một phương pháp hiệu quả để biểu diễn thông tin hình ảnh vẫn là một vấn đề mở. Phần lớn các phương pháp biểu diễn dữ liệu ảnh đều là mở rộng của các phương pháp biểu diễn tín hiệu như biến đổi Fourier, biến đổi sóng con, v.v. Nhược điểm của các phương pháp đó là chúng không thể hiện được đầy đủ các đặc trưng của thông tin hình ảnh, nhất là các đặc trưng mang tính hình học trong không gian ảnh. Một số nghiên cứu gần đây đưa ra các phương pháp biểu diễn mới cho phép nắm bắt tốt hơn các đặc trưng ảnh, ví dụ như các biến đổi contourlet hay shearlet, hay các kết quả đáng chú ý về biểu diễn thưa thớt cho dữ liệu hình ảnh. Tuy nhiên, kết quả ứng dụng các phương pháp biểu diễn mới này cho các bài toán xử lý và phân tích ảnh còn khá ít.

Hướng nghiên cứu này được thực hiện tại Bộ môn Xử lý thông tin, với mục tiêu đánh giá hiệu quả việc áp dụng một số phương pháp biểu diễn thông tin hình ảnh có tiềm năng vào việc giải quyết một số bài toán như khử nhiễu, tạo ảnh siêu phân giải, tìm kiếm ảnh theo nội dung, v.v.

Một kết quả cụ thể là tái tạo hình ảnh siêu phân giải.

Nhóm nghiên cứu: TS. Lê Vũ Hà (chủ trì).

Hợp tác chính: GS.TS. Alain Merigot (Đại học Paris Sud 11, Pháp).