Đồ án tốt nghiệp: Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

186
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry” là mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry. Ở đây sử dụng các đặc điểm riêng biệt của từng hình dạng để đi nhận dạng và sau đó phân loại từng sản phẩm. Kết quả thực hiện của đề tài đã nhận dạng được những sản phẩm có hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác) cùng với việc đếm được sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, cùng với việc phất hiện sản phẩm lỗi ở bên ngoài.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry

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: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG KIT RASPBERRY GVHD: ThS. Nguyễn Duy Thảo SVTH: Hà Duy Khánh MSSV: 14141151 Tp. Hồ Chí Minh -07/2018
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: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG KIT RASPBERRY GVHD: ThS. Nguyễn Duy Thảo SVTH: Hà Duy Khánh MSSV: 14141151 Tp. Hồ Chí Minh -07/2018
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 06 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hà Duy Khánh MSSV: 14141151 Chuyên ngành: Điện tử Công nghiệp Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG KIT RASPBERRY II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Một kit Raspberry Pi, Một Camera Pi, một chuột và một bàn phím. Bánh quy gồm bốn hình dạng khác nhau: Hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác. 2. Nội dung thực hiện: Tổng quan về xử lý ảnh;Tìm hiểu phương pháp nhận dạng và phân loại sản phẩm; Tìm hiểu kit Raspberry Pi và các Module liên quan; Viết chương trình trên kit Raspberry Pi; Mô hình phân loại sản phẩm dùng kit Raspberry. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/04/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Duy Thảo CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
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 06 tháng 07 năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Hà Duy Khánh Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141151 Tên đề tài: Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 16/4-20/4 Chọn đề tài 21/4-25/4 Viết đề cương chi tiết 26/4-05/5 Tìm hiểu phương pháp nhận dạng hình cơ bản 06/5-17/5 Tìm hiểu đếm sản phẩm theo hình dạng 18/5-21/5 Nhận dạng sản phẩm bị dính nhau 22/5-04/6 Tìm hiểu thuật toán nhận dạng sản phẩm lỗi 05/6-06/6 Thực hiện trên kit Raspberry ở chế độ offline 07/6-08/6 Chạy chế độ online trên Raspberry 09/6-12/6 Viết giao diện điều khiển trên raspberry 13/6-20/6 Hoàn thành mô hình 21/6-29/6 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Nguyễn Duy Thảo
LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Phân loại sản phẩm dụng kit Raspberry” là nhóm tôi tự thực hiện dựa vào tham khảo một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác. Người thực hiện đề tài Hà Duy Khánh
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên nhóm thực hiện đề tài xin được cám ơn chân thành tới Thầy Nguyễn Duy Thảo, Thầy đã tận tình hướng dẫn nhóm từ những vấn đề nhỏ nhặt nhất cho tới việc hoàn thành tốt đề tài. Nhóm xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Những kiến thức bổ ích mà các Thầy Cô dạy, nó được áp dụng vào đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp rất nhiều, từ những kiến thức nhỏ nhăt cho tới những bài học lớn. Một lần nữa nhóm xin được gửi lời cám ơn đến tất cả Thầy Cô, nếu không có Thầy Cô thì chắc giờ này nhóm sẽ khó có thể hoàn thành đề tài này. Tiếp theo nhóm cũng xin cám ơn tới các Anh, Chị khóa trên cùng các bạn sinh viên đã tạo điều kiện giúp đỡ, từ những tài liệu liên quan tới đề tài cho tới những kinh nghiệm sống thực tế. Nhờ họ mà nhóm mới cỏ thể phát triển được. Nhóm em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT3A đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài, và cũng là lớp học có nhiều kí ức nhất thời sinh viên của chúng em. Cuối cùng là gửi lời cảm ơn đến Cha, Mẹ nếu không có hai đấng sinh thành thì ngày hôm nay cũng không có ai hiện diện ở đây để thực hiện những việc mình muốn, họ đã tạo mọi điều kiện để giúp con của mình hướng tới một tương lai tốt đẹp. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Hà Duy Khánh
MỤC LỤC TRANG BÌA ..................................................................................................................... i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ........................................................................................................ii LỊCH TRÌNH ..................................................................................................................iii CAM ĐOAN ................................................................................................................... iv LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................. v MỤC LỤC ....................................................................................................................... vi LIỆT KÊ HÌNH VẼ ........................................................................................................ ix LIỆT KÊ BẢNG ............................................................................................................xii TÓM TẮT .....................................................................................................................xiii 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 .......................................................................................................... 2 1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 4 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH ....................................................................... 4 2.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh............................................................................................ 4 2.1.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh .......................................................................... 5 2.1.3 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh .................................................................... 12 2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG............... 15 2.2.1 Các hình dạng cơ bản của sản phẩm ................................................................ 15 2.2.2 Phương pháp nhận dạng hình dạng ................................................................ 16 2.2.3 Phương pháp tìm đặc điểm hình dạng để phân loại sản phẩm ....................... 19
2.2.4 Phương pháp kiểm tra sản phẩm lỗi ............................................................... 22 2.2.5 Các bước thực hiện phân loại sản pẩm theo hình dạng[2].............................. 24 2.3 NGÔN NGỮ PYTHON VÀ THƯ VIỆN OPENCV........................................ 28 2.3.1 Ngôn ngữ Python ............................................................................................ 28 2.3.2 Thư viện OpenCV ........................................................................................... 29 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................ 30 2.4.1 Raspberry Pi 3 Model B.................................................................................. 30 2.4.2 Camera Raspberry Pi ....................................................................................... 32 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................. 35 3.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 35 3.2 HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ............................................................................. 36 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống........................................................................... 36 3.2.2 Sơ đồ kết nối hệ thống .................................................................................... 37 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................... 44 4.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 44 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................ 45 4.2.1 Tiền xử lý ảnh ................................................................................................. 48 4.2.2 Tách biên và lấp đầy ....................................................................................... 49 4.2.3 Phân loại sản phẩm và nhận dạng sản phẩm lỗi ............................................. 50 4.3 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ............................................................................... 55 4.4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ......................................................... 59 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .................................................... 63 5.1 KẾT QUẢ ......................................................................................................... 63 5.1.1 Kết quả nhận dạng và phân loại sản phẩm ..................................................... 63 5.1.2 Kết quả nhận dạng sản phẩm lỗi ..................................................................... 70 5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH HỆ THỐNG .................................. 76 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN .............................................................. 77
6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 77 6.1.1 Kết quả đạt được ............................................................................................. 77 6.1.2 Những mặt hạn chế ......................................................................................... 77 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 78 PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 79
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Lân cận 4 và lân cận 8..................................................................................... 6 Hình 2.2: Hình tách biên ................................................................................................. 8 Hình 2.3: Phép giãn ....................................................................................................... 11 Hình 2.4: Phép co .......................................................................................................... 11 Hình 2.5: Sơ đồ xử lý ảnh ............................................................................................. 12 Hình 2.6: Đặc điểm hình chữ nhật ................................................................................ 16 Hình 2.7: Đặc điểm hình vuông .................................................................................... 17 Hình 2.8: Đặc điểm hình tròn........................................................................................ 17 Hình 2.9: Đặc điểm hình tam giác ................................................................................ 18 Hình 2.10: Đỉnh của hình .............................................................................................. 19 Hình 2.11: Đoạn Ramer-Douglas-Peucker ................................................................... 20 Hình 2.12: Đường xấp xỉ............................................................................................... 20 Hình 2.13: Độ dài cạnh ................................................................................................. 21 Hình 2.14: Bán kính bằng nhau .................................................................................... 21 Hình 2.15: Tạo đường bao ............................................................................................ 22 Hình 2.16: Sơ đồ các bước thực hiện phân loại sản phẩm ............................................ 24 Hình 2.17: Bộ lọc Gaussian. ......................................................................................... 25 Hình 2.18: Xác định biên .............................................................................................. 26 Hình 2.19: Nhận dạng đường biên ................................................................................ 26 Hình 2.20: Raspberry Pi 3 Model B .............................................................................. 30 Hình 2.21: Sơ đồ Raspberry Pi 3 Model B ................................................................... 31 Hình 2.22: Camera Pi .................................................................................................... 33 Hình 2.23: Sơ đồ khốiCamera Raspberry Pi ................................................................. 33 Hình 3.1: Sơ đồ khối. .................................................................................................... 36 Hình 3.2: Sơ đồ kết nối hệ thống .................................................................................. 37 Hình 3.3: Kết nối thực tế của hệ thống ......................................................................... 38 Hình 3.4: Sơ đồ các cổng ngoại vi sử dụng. ................................................................. 39
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối thẻ nhớ và raspberry ............................................................... 40 Hình 3.6: Gắn thẻ nhớ vào khe ..................................................................................... 40 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối khối thu tín hiệu hình ảnh ....................................................... 42 Hình 3.8: Kết nối Camera thực tế ................................................................................. 42 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối màn hình với Raspberry.......................................................... 43 Hình 3.10: Kết nối cổng HDMI .................................................................................... 43 Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật chính ................................................................................. 45 Hình 4.2: Lưu đồ chế độ online .................................................................................... 46 Hình 4.3: Lưu đồ chế độ offline .................................................................................... 47 Hình 4.4: Lưu đồ tiền xử lý ảnh .................................................................................... 49 Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật tách biên và lấp đầy .......................................................... 50 Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật phân loại và nhân biết sản phẩm lỗi ................................. 51 Hình 4.7: Lưu đồ con phân loại sản phẩm và nhận biết sản phẩm lỗi .......................... 53 Hình 4.8: Ảnh màu gốc ................................................................................................. 55 Hình 4.9: Ảnh xám ........................................................................................................ 55 Hình 4.10: Ảnh đã được lọc nhiễu ................................................................................ 56 Hình 4.11: Tách biên ..................................................................................................... 56 Hình 4.12: Lấp đầy đường biên kín .............................................................................. 57 Hình 4.13: Gán nhãn ..................................................................................................... 57 Hình 4.14: Ảnh sau phân loại........................................................................................ 58 Hình 4.15: Truy cập thư mục ........................................................................................ 59 Hình 4.16: Thực thi chương trình ................................................................................. 60 Hình 4.17: Giao diện điều khiển ................................................................................... 60 Hình 4.18: Chọn đường dẫn .......................................................................................... 61 Hình 4.19: Kết quả của chế độ đếm sản phẩm .............................................................. 61 Hình 4.20: Ảnh chạy với chế độ online ........................................................................ 62 Hình 4.21: Kiểm tra sản phẩm lỗi. ................................................................................ 62 Hình 5.1: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật, một vuông và một tam giác...................... 64 Hình 5.2: Sản phẩm một tròn, hai chữ nhật, một vuông và hai tam giác...................... 64 Hình 5.3: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật và hai vuông .............................................. 65
Hình 5.4: Sản phẩm hai tròn, một chữ nhật, một vuông và hai tam giác...................... 65 Hình 5.5: Sản phẩm ba tròn, một chữ nhật, một vuông và một tam giác ..................... 66 Hình 5.6: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ......................... 66 Hình 5.7: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật, một vuông và một tam giác...................... 67 Hình 5.8: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ......................... 67 Hình 5.9: Sản phẩm hai tròn, ba chữ nhật và một tam giác .......................................... 68 Hình 5.10: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ....................... 68 Hình 5.11: Hai sản phẩm lỗi ......................................................................................... 70 Hình 5.12: Hai sản phẩm lỗi, đổi vị trí sản phẩm ......................................................... 71 Hình 5.13: Bốn sản phẩm lỗi ........................................................................................ 71 Hình 5.14: Bốn sản phẩm lỗi, đổi vị trí ......................................................................... 72 Hình 5.15: Sáu sản phẩm lỗi ......................................................................................... 72 Hình 5.16: Không có sản phẩm lỗi ............................................................................... 73 Hình 5.17: Hai sản phẩm lỗi ......................................................................................... 73 Hình 5.18: Hai sản phẩm lỗi đổi vị trí........................................................................... 74 Hình 5.19: Hai sản phẩm lỗi đổi vị trí tiếp theo ............................................................ 74 Hình 5.20: Bốn sản phẩm lỗi ........................................................................................ 75
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Đặc điểm hình dạng sản phẩm....................................................................... 18 Bảng 3.1: Thống kê dòng tiêu thụ .................................................................................. 41 Bảng 5.1: Độ chính xác kết quả phân loại sản phẩm ..................................................... 69 Bảng 5.2: Độ chính xác kết quả nhận dạng sản phẩm lỗi .............................................. 75
TÓM TẮT Đề tài “Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry” là mô hình phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry. Ở đây sử dụng các đặc điểm riêng biệt của từng hình dạng để đi nhận dạng và sau đó phân loại từng sản phẩm. Kết quả thực hiện của đề tài đã nhận dạng được những sản phẩm có hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác) cùng với việc đếm được sản phẩm theo hình dạng của từng sản phẩm, cùng với việc phất hiện sản phẩm lỗi ở bên ngoài.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, nền Công nghiệp đang hướng tới Công nghiệp 4.0, là sự kết hợp các Công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Từ đó, các thiết bị điện tử thông minh đang ngày càng xuất hiện phổ biến. Trong đó phải kể đến một vài ứng dụng của xử lý ảnh, như các ứng dụng của nó trong y tế trong việc phát hiện các mầm mống bệnh từ những chiếc máy xử lý hình ảnh hiện đại để phát hiện bệnh một cách rõ ràng. Ngoài ra, được áp dụng hiệu quả trong sản xuất như phân loại hay kiểm tra sản phẩm. Chúng ta đã biết, ngày nay phần lớn các thiết bị điện tử đều phát triển theo xu hướng tự động hóa, thông minh, càng hiểu ý con người, chúng giao tiếp được với con người và hoạt động theo ý muốn con người, để làm được điều đó thì các thiết bị cảm biến, thuật toán hỗ trợ ra đời. Đề tài xử lý ảnh là một trong số đó, từ đó thì bài toán “phân loại sản phẩm theo hình dạng” ra đời. Đề tài được áp dụng trong việc phân loại sản phẩm theo hình dạng, ở đây hình dạng có các hình cơ bản như hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật,… sử dụng hình dạng của bánh quy để nhận dạng. Những tài liệu thao khảo: Đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại chất lượng gạo”[6], họ sử dụng Matlab để nhận biết hình dạng hạt gạo, nhận biết hạt gạo lỗi, Nhóm đã thao khảo và phát triển thành nhận dạng hình dạng sản phẩm, có thêm nhận biết sản phẩm lỗi, cùng với đếm sản phẩm theo hình dạng trên ngôn ngữ Python với thư viện là OpenCV, mô hình thực hiên trên Kit Raspberry. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU Để tài “Phân loại sản phẩm dùng kit raspberry.” Mục tiêu của đề tài này là phân loại sản phẩm theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác). Dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV và được thực hiện trên Kit Raspberry. 1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU Để tài “Phân loại sản phẩm dùng kit raspberry.” Có những nội dung sau: • NỘI DUNG 1: Tìm hiểu phương pháp nhận dạng và phân loại sản phẩm. • NỘI DUNG 2: Tổng quan về xử lý ảnh. • NỘI DUNG 3: Tìm hiểu kit Raspberry Pi và các Module liên quan. • NỘI DUNG 4: Viết chương trình trên kit Raspberry Pi. • NỘI DUNG 5: Hoàn thành mô hình. • NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện 1.4 GIỚI HẠN Với để tài “ Phân loại sản phẩm dùng kit raspberry.” thì các giới hạn bao gồm: • Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm (sử dụng sản phẩm bánh quy) theo hình dạng (hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác). Có thể phát hiện những lỗi nằm ở ngoài cạnh của sản phẩm mà chưa phát hiện được lỗi ở trong sản phẩm, có đếm sản phẩm. • Thời gian và tốc độ xử lý còn chậm, cùng với Camera chụp ảnh không mong muốn ở điều kiện thiếu ánh sáng mà phải được che kín và chiếu thêm đèn led để tăng cường sáng. Đề tải chỉ xây dựng với mô hình nhỏ và gọn không làm thành dây chuyền sản xuất, sử dụng kit Raspberry Pi và hiển thị kết quả trên màn hình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.5 BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương 4: Thi Công Hệ Thống Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Và Đánh Giá Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển • Chương 1: Tổng quan Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này sẽ trình bày cơ bản về xử lý ảnh, phương pháp cơ bản để nhận dạng và phân loại ảnh, giới thiệu cơ bản về Raspberry và thư viện liên quan. • Chương 3: Thiết kế và tính toán Chương này sẽ đi tìm hiểu sơ đồ và cách kết nối cho hệ thống. • Chương 4: Thi công hệ thống Nội dụng chương này là quá trình thực thi chương trình phân loại sản phẩm và nhận biết sản phẩm lỗi. • Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá Nội dụng chương này là tổng hợp các kết quả đạt được sau khi thi công mô hình cùng với nhận xét và đánh giá quá trình thưc hiện. • Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Kết quả nhận được khi hoàn thiện đề tài, đưa ra các hướng phát triển hoàn thiện mô hình nhằm tiến tới tối ưu hơn trong tương lai. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 2.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh. Xử lý ảnh không còn là đề tài quá mới, nó được áp dụng từ trong các hoạt động thường ngày cho đến việc nâng cao sản xuất. Nó không những giúp ích cho cá nhân hay gia đình, mà còn ứng dụng cả trong Chính trị, Y tế, Giáo dục,… Xử lý tín hiệu là một môn học trong kỹ thuật điện tử, viễn thông và trong toán học. Liên quan đến nghiên cứu và xử lý tín hiệu kỹ thuật số và analog, giải quyết các vấn đề về lưu trữ, các thành phần bộ lọc, các hoạt động khác trên tín hiệu. Các tín hiệu này bao gồm truyền dẫn tín hiệu, âm thanh hoặc giọng nói, hình ảnh, và các tín hiệu khác,… Trong số các phương pháp xử lý tín hiệu kể trên, lĩnh vực giải quyết với các loại tín hiệu mà đầu vào là một hình ảnh và đầu ra cũng là một hình ảnh, sản phẩm đầu ra được thực hiện trong một quá trình xử lý, đó chính là quá trình xử lý ảnh. Nó có thể được chia thành xử lý hình ảnh tương tự và xử lý hình ảnh kỹ thuật số. Để có 1 bức ảnh số ta có qúa trình thực hiện như sau: Chụp ảnh từ một máy ảnh là một quá trình vật lý. Ánh sáng mặt trời sử dụng như một nguồn năng lượng. Một dãy cảm biến được sử dụng cho việc thu lại của hình ảnh. Vì vậy, khi ánh sáng mặt trời rơi trên người đối tượng, sau đó số lượng ánh sáng phản xạ của đối tượng được cảm nhận từ các cảm biến, và một tín hiệu điện áp liên tục được tạo ra bởi số lượng dữ liệu cảm biến đó. Để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số, chúng ta cần phải chuyển đổi dữ liệu này thành một dạng kỹ thuật số. Điều này liên quan đến việc lấy mẫu và lượng tử hóa. Kết quả của việc lấy mẫu và lượng tử hóa sau một quá trình xử lý là một hình ảnh kỹ thuật số. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh a. Điểm ảnh(Picture Element) Là đơn vị cơ bản nhất để tạo nên một bước ảnh kỹ thuật số. Địa chỉ của điểm ảnh được xem như là một tọa độ (x,y) nào đó. Một bức ảnh kỹ thuật số, có thể được tạo ra bằng cách chụp hoặc bằng một phương pháp đồ họa nào khác, được tạo nên từ hàng ngàn hoặc hàng triệu pixel riêng lẻ. Bức ảnh càng chứa nhiều pixel thì càng chi tiết. Một triệu pixel thì tương đương với 1 megapixel b. Ảnh số Ảnh số là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật. Số điểm ảnh xác định độ phân giải của ảnh. Ảnh có độ phân giải càng cao thì càng thể hiện rõ nét các đặt điểm của tấm hình càng làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn. Một hình ảnh là một tín hiệu hai chiều, nó được xác định bởi hàm toán học f(x, y) trong đó x và y là hai tọa độ theo chiều ngang và chiều dọc. Các giá trị của f(x, y) tại bất kỳ điểm nào là cung cấp các giá trị điểm ảnh (pixel) tại điểm đó của một hình ảnh. c. Phân loại ảnh[2] Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng, gán bằng một giá trị tại điểm đó. Các mức ảnh xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256. Mức đước sử dụng thông dụng nhất là 265, tức là dùng 1byte để biểu diễn mức xám. Trong đó: • Ảnh nhị phân: Là ảnh có 2 mức trắng và đen, chỉ có 2 giá trị 0 và 1 và chỉ sử dụng 1 bit dữ liệu trên 1 điểm ảnh; • Ảnh đen trắng: Là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau; • Ảnh màu: Là ảnh kết hợp của 3 màu cơ bản lại với nhau để tạo ra một thế giới màu sinh động. Người ta thường dùng 3byte để mô tả mức màu, tức là có khoảng 16,7 triệu mức màu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT d. Quan hệ giữa các điểm ảnh[3] Lân cận điểm ảnh: được nói một cách hài hước như là hàng xóm của cái điểm ảnh. Có 2 loại lân cận cơ bản là lân cận 4 và lân cận 8. Điểm Điểm Điểm xét xét xét Lân cận 4 hàng cột Lân cận 4 chéo Lân cận 8 Hình 2.1: Lân cận 4 và lân cận 8 4 điểm ảnh lân cận 4 theo cột và hàng với tọa độ lần lượt là (x+1, y), (x-1, y), (x,y+1), (x, y-1) ký hiệu là tập N4(p). 4 điểm ảnh lân cận 4 theo đường chéo có tọa độ lần lượt là (x+1, y+1), (x+1, y+1), (x-1, y+1), (x-1, y-1) ký hiệu là tập ND(p). Tập 8 điểm ảnh lân cận 8 là hợp của 2 tập trên: N8(p) = N4(p) + ND(p) (2.1) Liên kết ảnh[3][4]: Các mối liên kết của ảnh được xem như là mối liên kiết của 2 điểm ảnh gần nhau, có 3 loại liên kết: liên kết 4, liên kết 8, lên kết m(liên kết hỗn hợp). Trong ảnh đa mức xám, ta có thể đặt V chứa nhiều giá trị như V={tập con}. Cho p có tọa độ (x, y). Liên kết 4: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V được gọi là liên kết 4 của nhau nếu q thuộc về tập N4(p). Liên kết 8: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V được gọi là liên kết 8 của nhau nếu q thuộc về tập N8(p). Liên kết m: hai điểm ảnh p và q có giá trị thuộc về tập V được gọi là Liên kết M của nhau nếu thõa 1 trong 2 điều kiện sau: q thuộc về tập N4(p), q thuộc về tập ND(p) và giao của hai tập N4(p), N4(q) không chứa điểm ảnh nào có giá trị thuộc V. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6