Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì theo màu sắc

Chia sẻ: Trần Thị Tan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đồ án là Thiết kế và thi công một hệ thống phân loại bút chì, trong đó sử dụng Webcam để thực hiện việc thu nhận hình ảnh bút chì, rồi gửi dữ liệu vào máy tính để xử lý màu sắc cho việc phân loại 7 màu sắc khác nhau của bút chì. Hệ thống sử dụng bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển Arduino Uno R3 nhận dữ liệu từ máy tính.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì theo màu sắc

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BÚT CHÌ THEO MÀU SẮC GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải SVTH: Trần Văn Tuấn MSSV: 13141414 SVTH: Phạm Văn Long MSSV: 13141171 Tp. Hồ Chí Minh – 1/2020
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BÚT CHÌ THEO MÀU SẮC GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải SVTH: Trần Văn Tuấn MSSV: 13141414 SVTH: Phạm Văn Long MSSV: 13141171 Tp. Hồ Chí Minh - 12/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Văn Tuấn MSSV: 13141414 Phạm Văn Long MSSV: 13141171 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT1A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BÚT CHÌ THEO MÀU SẮC II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Kích thước băng tải 1: chiều dài 30cm, chiều rộng 20cm, chiều cao 25cm. - Kích thước băng tải 2: chiều dài 100cm, chiều rộng 20cm, chiều cao 20cm. - Webcam Logitech C270p đóng vai trò thu nhận ảnh đầu vào. - Board Arduino Uno R3 là bộ điều khiển trung tâm của mô hình. - Dùng động cơ Servo 5V để gạt sản phẩm. - Động cơ DC 12V điều khiển kéo băng tải. 2. Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu, tìm hiểu Webcam Logitech C270p. - Nghiên cứu, tìm hiểu động cơ Servo và board Arduino Uno R3. - Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm lập trình Matlab. - Nghiên cứu, tìm hiểu các thuật toán và các hàm, các không gian màu áp dụng cho việc xử lý màu sắc. - Viết code chương trình Matlab xử lý ảnh, màu sắc. - Xây dựng chương trình điều khiển mô hình giao tiếp giữa Matlab và Arduino. - Thiết kế, xây dựng phần cứng của mô hình. - Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mô hình. - Viết báo cáo luận văn. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp. ii
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/10/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2020 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Văn Tuấn Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141414 Họ tên sinh viên 2: Phạm Văn Long Lớp: 13141DT1A MSSV: 13141171 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BÚT CHÌ THEO MÀU SẮC Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - Gặp GVHD nhận đề tài. Từ 7/10/2019 - Viết đề cương chi tiết. đến 13/10/2019 Tuần 2 - Tìm hiểu và tham khảo các đề tài đã nghiên cứu có liên Từ 14/10/2019 quan đến điều khiển, giám sát và xử lý hình ảnh dùng đến 20/10/2019 Arduino và Matlab. Tuần 3 - Gặp và báo cáo với GVHD về hướng thực hiện đề tài. Từ 21/10/2019 - Tìm hiểu và cài đặt ngôn ngữ lập trình Matlab cho máy đến 27/10/2019 tính. Tuần 4 - Tìm hiểu vi điều khiển Arduino Uno R3. Từ 28/10/2019 - Tìm hiểu động cơ, webcam phục vụ cho đề tài. đến 3/11/2019 Tuần 5 - Cài đặt driver cho webcam và cài đặt Arduino cho Từ 4/11/2019 Matlab. đến 10/11/2019 - Kết nối Arduino và webcam với Matlab. - Kết nối Arduino với động cơ, servo. Tuần 6 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 11/11/2019 - Viết chương trình trên Matlab phân tích và xử lý màu đến 17/11/2019 sắc. - Chạy mô phỏng kết quả trên máy tính. iv
Tuần 7 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 18/11/2019 - Viết chương trình điều khiển động cơ trên MatLab. đến 24/11/2019 - Chạy mô phỏng, kiểm tra hoạt động của cảm biến và động cơ. Tuần 8 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 25/11/2019 - Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình. đến 1/12/2019 - Viết chương trình toàn bộ hệ thống và kiểm tra lỗi. Tuần 9 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 2/12/2019 - Chạy thử nghiệm và cân chỉnh các khối điều khiển trên đến 8/12/2019 mô hình. Tuần 10 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 9/12/2019 - Hoàn thành mô hình. đến 15/12/2019 Tuần 11 - Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 16/12/2019 - Viết báo cáo luận văn. đến 22/12/2019 Tuần 12 - Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo vệ. Từ 23/12/2019 đến 29/12/2019 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và công trình nghiên cứu, không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Nếu có sao chép chúng em hoàn toàn chịu trách nhiệm. Sinh viên thực hiện đề tài Trần Văn Tuấn Phạm Văn Long vi
LỜI CẢM ƠN Tục ngữ có câu “Uống nước nhớ nguồn, ăn quả nhớ người trồng cây”. Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ dù ít hay nhiều, dù gián tiếp hay trực tiếp. Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp chúng em gặp phải những rào cản khó khăn cũng như hạn chế về kiến thức và đã được Thầy PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải hướng dẫn tận tình, chu đáo. Vì thế, trong lời đầu tiên của quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp này, chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải và các Thầy Cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, cũng như dành lời cảm ơn đến cha mẹ, gia đình đã luôn động viên, hỗ trợ để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, bài báo cáo của chúng em chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo và những đóng góp quý báu của quý Thầy Cô để chúng em có điều kiện bổ sung, hoàn thiện đề tài hơn. Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện đề tài Trần Văn Tuấn Phạm Văn Long vii
MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình...................................................................................................................... iv Cam đoan ..................................................................................................................... vi Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii Mục lục ...................................................................................................................... viii Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. xi Liệt kê bảng ............................................................................................................... xiv Tóm tắt ....................................................................................................................... xv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu .............................................................................................................. 2 1.3 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 2 1.4 Giới hạn của đề tài .............................................................................................. 3 1.5 Bố cục ................................................................................................................. 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 4 2.1 Giới thiệu về xử lý ảnh ....................................................................................... 4 2.1.1 Thu nhận ảnh ................................................................................................... 4 2.1.2 Tiền xử lý ảnh .................................................................................................. 5 2.1.3 Phân đoạn ảnh ................................................................................................. 6 2.1.4 Biểu diễn và mô tả ảnh .................................................................................... 6 2.1.5 Nhận dạng và nội suy ...................................................................................... 7 2.2 Không gian màu của ảnh .................................................................................... 7 2.2.1 Không gian màu RGB ..................................................................................... 7 viii
2.2.2 Không gian màu HSV ..................................................................................... 9 2.2.3 Chuyển đổi RGB sang HSV .......................................................................... 10 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. .......................................................... 11 3.1 Thiết kế phần cứng ............................................................................................ 12 3.1.1 Khối nguồn ..................................................................................................... 12 3.1.2 Khối thu nhận ảnh .......................................................................................... 13 3.1.3 Khối điều khiển .............................................................................................. 13 3.1.4 Khối thực thi .................................................................................................. 15 3.2 Phần mềm xử lý ảnh.......................................................................................... 17 3.2.1 Kết nối Webcam với Matlab .......................................................................... 18 3.2.2 Kết nối Arduino với Matlab ........................................................................... 19 3.3 Phương pháp xác định màu của bút chì ............................................................ 19 3.3.1 Bộ lọc trung bình............................................................................................ 20 3.3.2 Chuyển đổi RGB sang HSV .......................................................................... 21 3.3.3 Phân ngưỡng .................................................................................................. 21 3.3.4 Xác định màu bút chì ..................................................................................... 23 3.4 Sơ đồ kết nối hệ thống ...................................................................................... 23 3.5 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................... 24 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................ 26 4.1 Thi công hệ thống ............................................................................................... 26 4.2 Lập trình hệ thống............................................................................................... 30 4.2.1 Lưu đồ giải thuật mô phỏng ............................................................................ 30 4.2.2 Lưu đồ giải thuật hệ thống ............................................................................... 31 4.2.3 Lưu đồ giải thuật xác định màu sắc ................................................................. 32 4.3 Tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ................................................................. 34 ix
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................... 37 5.1 Thu thập dữ liệu ảnh ........................................................................................... 37 5.2 Kết quả quá trình thực hiện đề tài....................................................................... 38 5.2.1 Kết quả tính toán thời gian thu nhận ảnh......................................................... 38 5.2.2 Kết quả xử lý màu sắc ..................................................................................... 38 5.2.3 Kết quả xử lý trên mô hình .............................................................................. 40 5.2.4 Kết quả thống kê .............................................................................................. 43 5.3 Nhận xét và đánh giá chung ............................................................................... 44 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ..................................... 45 6.1 Kết luận............................................................................................................... 45 6.2 Hướng phát triển ................................................................................................. 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ......................................................................................................... xvi x
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh ............................................................. 4 Hình 2.2: Cách thức nhân chập điểm ảnh với cửa sổ lọc .............................................. 5 Hình 2.3: Không gian màu RGB ................................................................................... 8 Hình 2.4: Hệ tọa độ màu RGB ...................................................................................... 8 Hình 2.5: Không gian màu HSV ................................................................................... 9 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống phân loại bút chì .................................................... 11 Hình 3.2: Nguồn Adapter 12V ...................................................................................... 12 Hình 3.3: Webcam Logitech C270p ............................................................................. 13 Hình 3.4: Mặt trước và sau của board Arduino UNO R3 ............................................. 14 Hình 3.5: Động cơ DC .................................................................................................. 15 Hình 3.6: Động cơ RC Servo S3003 ............................................................................. 16 Hình 3.7: Module 2 Relay ............................................................................................. 17 Hình 3.8: Giao diện chính của Matlab .......................................................................... 18 Hình 3.9: Cửa sổ Command Window của Matlab khi gõ lệnh webcamlist .................. 18 Hình 3.10: Cửa sổ Command Window của Matlab khi gõ lệnh arduino ...................... 19 Hình 3.11: Sơ đồ khối xác định màu của bút chì .......................................................... 19 Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động của bộ lọc trung bình ....................................................... 20 Hình 3.13a: Ảnh RGB gốc của bút chì ......................................................................... 20 Hình 3.13b: Ảnh RGB đã qua bộ lọc trung bình của bút chì ........................................ 20 Hình 3.14: Sơ đồ hoạt động bộ chuyển đổi RGB sang HSV ........................................ 21 Hình 3.15: Ảnh khi được chuyển đổi sang HSV .......................................................... 21 Hình 3.16: Ảnh vòng màu HSV 360° ........................................................................... 21 Hình 3.17: Ảnh nhị phân của bút chì sau khi phân ngưỡng .......................................... 22 xi
Hình 3.18: Ảnh RGB của bút chì được tái hiện sau khi nhân chập .............................. 22 Hình 3.19: Sơ đồ kết nối hệ thống ................................................................................ 23 Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ........................................................................... 24 Hình 4.1: Hình dạng mô hình thực tế hoàn chỉnh ......................................................... 26 Hình 4.2: Vị trí đặt Webcam Logitech C270p .............................................................. 27 Hình 4.3: Vị trí đặt động cơ DC .................................................................................... 27 Hình 4.4: Vị trí đặt board Arduino Uno R3 và Module Relay ..................................... 28 Hình 4.5: Vị trí đặt 2 động cơ Servo ............................................................................. 28 Hình 4.6: Vị trí đặt 2 khay chứa bút chì ........................................................................ 29 Hình 4.7: Vị trí đặt buồng tối ........................................................................................ 29 Hình 4.8: Lưu đồ giải thuật mô phỏng .......................................................................... 30 Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật hệ thống ............................................................................ 31 Hình 4.10: Lưu đồ giải thuật xác định màu sắc ............................................................ 33 Hình 4.11: Giao diện khi khởi động Matlab ................................................................. 34 Hình 4.12: Nút Run trong giao diện Matlab ................................................................. 35 Hình 4.13: Giao diện điều khiển ................................................................................... 35 Hình 4.14: Kết quả thu được ......................................................................................... 36 Hình 5.1: Tập ảnh thu thập 7 màu sắc khác nhau ......................................................... 37 Hình 5.2a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu đỏ .............................................................. 38 Hình 5.2b: Ảnh nhị phân của bút chì màu đỏ ............................................................... 38 Hình 5.2c: Ảnh phân vùng của bút chì màu đỏ ............................................................. 38 Hình 5.3a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu cam ........................................................... 38 Hình 5.3b: Ảnh nhị phân của bút chì màu cam ............................................................. 38 Hình 5.3c: Ảnh phân vùng của bút chì màu cam .......................................................... 38 Hình 5.4a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu vàng .......................................................... 39 Hình 5.4b: Ảnh nhị phân của bút chì màu vàng............................................................ 39 xii
Hình 5.4c: Ảnh phân vùng của bút chì màu vàng ......................................................... 39 Hình 5.5a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu lục ............................................................. 39 Hình 5.5b: Ảnh nhị phân của bút chì màu lục .............................................................. 39 Hình 5.5c: Ảnh phân vùng của bút chì màu lục ............................................................ 39 Hình 5.6a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu lam ............................................................ 39 Hình 5.6b: Ảnh nhị phân của bút chì màu lam ............................................................. 39 Hình 5.6c: Ảnh phân vùng của bút chì màu lam ........................................................... 39 Hình 5.7a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu hồng .......................................................... 40 Hình 5.7b: Ảnh nhị phân của bút chì màu hồng ........................................................... 40 Hình 5.7c: Ảnh phân vùng của bút chì màu hồng ......................................................... 40 Hình 5.8a: Ảnh tiền xử lý của bút chì màu tím ............................................................. 40 Hình 5.8b: Ảnh nhị phân của bút chì màu tím .............................................................. 40 Hình 5.8c: Ảnh phân vùng của bút chì màu tím ........................................................... 40 Hình 5.9: Bút chì nhập liệu trên băng tải 1 ................................................................... 41 Hình 5.10: Bút chì đi vào buồng tối .............................................................................. 41 Hình 5.11: Bút chì ra khỏi buồng tối ............................................................................ 42 Hình 5.12: Bút chì được tay gạt mở ra đón lấy ............................................................. 42 Hình 5.13: Tay gạt đóng lại gạt bút chì lăn xuống khay ............................................... 43 xiii
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1: Danh sách các linh kiện ............................................................................. 12 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 ..................................................... 14 Bảng 3.3: Bảng giá trị thông số HSV của từng màu.................................................... 23 Bảng 5.1: Kết quả thống kê khi đưa vào bút chì có màu sắc nằm trong dữ liệu ............ 43 Bảng 5.2: Kết quả thống kê khi đưa vào bút chì có màu không nằm trong dữ liệu........ 44 xiv
TÓM TẮT Ngày nay việc sử dụng xử lý ảnh là rất phổ biến như trong sản xuất công nghiệp, trí tuệ nhân tạo. Do vậy, đề tài thiết kế và thi công mô hình hệ thống cho việc phân loại màu sắc từng cây bút chì là cần thiết. Cụ thể, trong đồ án tốt nghiệp này bút chì sau khi nhận diện màu sắc sẽ được đưa vào từng hộp, mỗi hộp gồm bảy cây bút chì có màu sắc khác nhau là đỏ, cam, vàng, lục, lam, hồng, tím dùng kỹ thuật xử lý ảnh. Nếu hộp bút chì thiếu màu nào trong bảy màu, servo sẽ gạt bút chì còn thiếu vào lần lượt hộp 1 và hộp 2, nếu cả hai hộp đều có màu đó rồi, bút chì sẽ tiếp tục đi thẳng. Động cơ DC sẽ kéo băng tải hoạt động, bút chì được đặt trên băng tải và được băng tải di chuyển. Khi bút chì đi vào buồng tối, thiết bị thu nhận ảnh sẽ thực hiên việc thu nhận ảnh cây bút chì và gửi dữ liệu cho máy tính để xử lý màu sắc. Khi máy tính xử lý xong sẽ truyền dữ liệu xuống Arduino Uno R3 để điều khiển servo phân loại màu sắc bút chì. Máy tính xử lý phân loại màu sắc dựa trên ngôn ngữ lập trình Matlab. Phần mềm Matlab cung cấp môi trường tính toán số và lập trình do công ty MathWorks thiết kế, cho phép thực hiện thuật toán, vẽ đồ thị, tạo giao diện người dùng cũng như liên kết với các chương trình máy tính được viết trên ngôn ngữ khác như C/C++ của Arduino, giúp cho việc xử lý trở nên dễ dàng hơn. xv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khoa học kỹ thuật luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những cải tiến và nâng cấp đó là tự động hóa hệ thống phân loại sản phẩm. Hệ thống này giúp cho sản xuất được linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng năng suất, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Công nghiệp đòi hỏi phải ngày càng chính xác và nhanh chóng để đáp ứng được xu thế hiện đại hóa. Các ngành công nghiệp đóng gói sản phẩm, dược phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện tử là những ngành cần sự chính xác trong kiểm tra đầu ra, và để thay thế con người trong việc kiểm tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triển để ngày càng hoàn thiện hơn. Sự ra đời của xử lý ảnh và những ứng dụng của nó là rất cần thiết cho cuộc sống. Xử lý ảnh đã có từ rất lâu và đã được vận dụng trong những lĩnh vực như dân sự, quân sự, y tế và nhiều lĩnh vực khác. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ London đến New York từ những năm 1920. Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh. Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955. Từ năm 1964 đến nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát triển không ngừng. Tuy nhiên, mới chỉ khoảng một thập niên trở lại đây, kiến thức xử lý ảnh mới được đưa vào để giảng dạy tại một vài trường đại học tại Việt Nam nhưng cũng chỉ hạn chế ở một vài trường lớn tại Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội [1-2]. Hiện nay, các ứng dụng về xử lý ảnh đã bước đầu được triển khai trên một số lĩnh vực như lắp đặt hệ thống nhận dạng biển số xe, nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch ở Việt Nam. Tuy nhiên nhìn một cách tổng quan thì số lượng các ứng dụng trên thực tế vẫn là quá ít, lĩnh vực này sẽ còn phát triển mạnh mẽ trong tương lai nếu được quan tâm một cách nghiêm túc [3]. Đã có nhiều công trình trước đó nghiên cứu về đề tài này như đồ án “Nhận diện cảm xúc khuôn mặt người” của Nguyễn Thị Đài Trang – Hà Tiến Dương [4] sử dụng camera, động cơ servo cùng với board Arduino BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Uno R3 và phần mềm Matlab vào việc nhận diện cảm xúc vui để mở cửa, cảm xúc buồn để bật đèn, cảm xúc ngạc nhiên để đóng cửa và tắt đèn. Hay tác giả Nguyễn Phạm Anh Tuấn đã nghiên cứu đề tài khoa học “Nhận dạng biển số xe” dùng camera và kỹ thuật tách biên cùng với chuyển ảnh nhị phân để nhận dạng biển số xe bất kì [5]. Và theo đó, xử lý ảnh trong phân loại sản phẩm đã và đang được nghiên cứu phát triển với tốc độ nhanh chóng. Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên hiện nay phương pháp phân loại dựa vào màu sắc chưa được ứng dụng nhiều và cũng có rất nhiều phương pháp như dùng cảm biến màu sắc, kính lọc màu. Trên cơ sở đó, chúng em đã tìm hiểu và quyết định chọn đề tài mang tính nghiên cứu, ứng dụng cao, phù hợp với sự phát triển của các ngành sản xuất là “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm bút chì theo màu sắc” bằng phương pháp xử lý ảnh trên phần mềm Matlab. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế và thi công một hệ thống phân loại bút chì, trong đó sử dụng Webcam để thực hiện việc thu nhận hình ảnh bút chì, rồi gửi dữ liệu vào máy tính để xử lý màu sắc cho việc phân loại 7 màu sắc khác nhau của bút chì. Hệ thống sử dụng bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển Arduino Uno R3 nhận dữ liệu từ máy tính. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài được thực hiện qua những nội dung như sau: - Nghiên cứu, tìm hiểu Webcam Logitech C270p. - Nghiên cứu, tìm hiểu động cơ Servo và board Arduino Uno R3. - Nghiên cứu, tìm hiểu phần mềm lập trình Matlab. - Nghiên cứu, tìm hiểu các thuật toán và các hàm, các không gian màu áp dụng cho việc xử lý màu sắc. - Viết code chương trình Matlab xử lý ảnh, màu sắc. - Xây dựng chương trình điều khiển mô hình giao tiếp giữa Matlab và Arduino. - Thiết kế, xây dựng phần cứng của mô hình. - Chạy thử nghiệm, cân chỉnh và sửa lỗi mô hình. - Viết báo cáo luận văn. - Báo cáo đề tài tốt nghiệp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài này chỉ tập trung vào việc xác định màu sắc của cây bút chì cụ thể: màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, hồng, tím. Không đánh giá chất lượng của bút chì. Do đó, các bức ảnh đưa vào được thực hiện như sau: - Bút chì được đặt trên phông nền có màu sắc không trùng với màu của bút chì. - Xử lý và phân loại màu sắc từng cây bút chì trên hệ thống. - Ảnh được chụp trong điều kiện ánh sáng bình thường, cố định. - Đề tài chỉ giới hạn trong mô hình thu nhỏ. 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Đặt vấn đề liên quan đến đề tài, tìm hiểu những lý do và sự cần thiết để thực hiện đề tài, mục tiêu hoàn thành, giới hạn cũng như những bước đi từ cơ bản đến cụ thể mà nhóm sẽ thực hiện trong quá trình nghiên cứu đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày các kiến thức về các bước cơ bản trong xử lý ảnh, không gian màu của ảnh. Chương 3: Thiết Kế Hệ Thống Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, thiết kế cho từng khối. Sơ đồ kết nối phần cứng, nguyên lý hoạt động. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Lắp đặt webcam, động cơ servo, buồng tối và khay chứa bút chì cho mô hình băng tải, trình bày lưu đồ giải thuật và viết chương trình phân tích màu sắc bút chì cho mô hình. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả đã đạt được, đưa ra những bàn luận về sản phẩm và viết tài liệu hướng dẫn hệ thống. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Kết luận chung về đề tài và hướng phát triển của nó. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ XỬ LÝ ẢNH Xử lý ảnh kỹ thuật số là một trong những đối tượng nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy tính (computer vision), cùng với phương pháp thu nhận, phân tích và nhận dạng các hình ảnh. Cũng như xử lý dữ liệu bằng đồ họa, xử lý ảnh số là một phần của tin học ứng dụng. Xử lý dữ liệu bằng đồ họa đề cập đến những ảnh nhân tạo, các ảnh này được xem xét như là một cấu trúc dữ liệu và được tạo bởi các chương trình. Xử lý ảnh số bao gồm các phương pháp và kỹ thuật biến đổi, để truyền tải hoặc mã hóa các ảnh tự nhiên. Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh đã phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống. Có thể liệt kê những ứng dụng của xử lý ảnh như: khôi phục, chỉnh sửa hình ảnh; các lĩnh vực nhận dạng như nhận dạng chữ viết, vân tay; thị giác máy tính, chuyển động của robot; xe không người lái, xe tự hành; ứng dụng trong an ninh và giám sát; các ứng dụng trong y học như nội soi, xử lý tế bào; Mô tả cụ thể các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh: Thu nhận ảnh Tiền xử lý Phân đoạn Biểu diễn và Nhận dạng và (Camera, ảnh ảnh mô tả ảnh nội suy Scanner) Hình 2.1: Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh [6]. 2.1.1 Thu Nhận Ảnh Đây là công đoạn đầu tiên mang tính quyết định đối với quá trình xử lý ảnh. Ảnh đầu vào sẽ được thu nhận qua các thiết bị như camera, máy scan. Sau đó các tín hiệu này sẽ được số hóa. Các thông số quan trọng ở đây là độ phân giải, chất lượng màu và tốc độ thu nhận ảnh của các thiết bị. Chất lượng của một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4