Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật ứng dụng xử lý ảnh

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tạo được một hệ thống bảo mật 2 phương pháp. Với phương pháp thứ nhất là ứng dụng xử lí ảnh để nhận dạng khuôn mặt dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV. Phương pháp thứ hai là phương pháp dự phòng nhằm trường hợp hệ thống nhận dạng khuôn mặt không thành công vì các nguyên nhân khách quan đơn cử như mặt bị biến dạng, phương pháp thứ 2 bao gồm công nghệ RFID có chức năng cho phép Keypad hoạt động.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật ứng dụng xử lý ảnh

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 BẢO MẬT ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo SVTH: Lê Hoàng Thành 15141342 Hồ Đình Vương 15141334 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2019 i
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 31 tháng 06 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Hoàng Thành MSSV: 15141342 Lớp: 15141DT1C Hồ Đình Vương MSSV: 15141334 Lớp: 15141DT2B Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Bộ xử lý trung tâm: Raspberry Pi 3.  Camera: Raspberry Pi Camera Module V2.  Đọc – Quét thẻ: RFID RC522 Module.  Bàn phím: 4x4 Matrix keypad Module.  Bộ xử lý tín hiệu ngỏ ra: Arduino Uno R3.  Module điều khiển động cơ: L298 Module.  Động cơ mở cửa: Động cơ 12V DC.  Nguồn cấp: Bộ nguồn 5V và 12V DC.  Số người dùng được hệ thống nhận diện: 1.  Số thẻ RFID được sử dụng nhận diện: 2.  Số thẻ RFID được cho phép thực hiện: 1.  Số mật khẩu có thể nhập vào đúng: 1. ii
2. Nội dung thực hiện: Thu thập dữ liệu quy trình để thiết kế một hệ thống bảo mật. Các giải pháp trong việt thiết kế mô hình. Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình hệ thống bảo mật. Thiết kế hệ thống điều khiển. Thiết kế mô hình. Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/06/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Duy Thảo 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 31 tháng 06 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lê Hoàng Thành Lớp: 15141DT1C MSSV: 15141342 Họ tên sinh viên 2: Hồ Đình Vương Lớp: 15141DT2B MSSV: 15141334 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Gặp GVHD nhận đề tài. Từ 19/03/2019 Viết đề cương chi tiết. đến 26/03/2019 Tuần 2 Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu liên quan đến ứng Từ 27/03/2019 dụng xử lý ảnh vào hệ thống bảo mật. đến 02/04/2019 Tuần 3 Gặp GVHD để báo cáo về hướng thực hiện đề tài. Từ 03/04/2019 đến 09/04/2019 Tuần 4 Tìm hiểu về Raspberry, RFID, Arduino. Từ 10/04/2019 đến 16/04/2019 Tuần 5 Lập trình giao tiếp Raspberry với Module Camera Từ 17/04/2019 đến 23/04/2019 iv
Tuần 6 Lập trình giao tiếp Raspberry với RFID và ma trận Từ 24/04/2019 phím. đến 30/04/2019 Tuần 7 Lập trình giao tiếp Arduino với L298N và động cơ. Từ 01/05/2019 đến 07/05/2019 Tuần 8 Thiết kế mô hình. Từ 08/05/2019 Lập trình kết nối các chương trình lại với nhau. đến 14/05/2019 Tuần 9 Báo cáo tiến độ cho GVHD. Từ 15/05/2019 Hoàn thiện mô hình. đến 21/05/2019 Tuần 10 Viết báo cáo. Từ 22/05/2019 Kiểm tra hoạt động của hệ thống. đến 29/05/2019 Tuần 11 Hoàn tất báo cáo. Từ 30/05/2019 Khắc phục các sự cố. đến 05/06/2019 Tuần 12 Vá lỗi các sự cố nếu có. Từ 06/06/2018 Hoàn thiện chỉnh chu báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo vệ. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm đồ án tự nghiên cứu và thực hiện dựa vào một số tài liệu tham khảo trước đó và không sao chép từ tài liệu hay các công trình nào. Nhóm thực hiện. vi
LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cảm ơn đến thầy GVHD Th.S Nguyễn Duy Thảo đã trực tiếp hướng dẫn, tham gia đóng góp, gợi ý các ý kiến, chia sẽ nhiều những kinh nghiệm và tận tình giúp đỡ cũng như tạo điều kiện tốt và thoải mái nhất để chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện đề tài. Ngoài ra, chúng em cũng cảm ơn các bạn học ở lớp 15141DT1C cũng như 15141DT2B đã chia sẽ và giúp đỡ chúng em rất nhiều trong đề tài này. Xin chân thành cảm ơn tất cả ! Nhóm thực hiện. vii
MỤC LỤC Trang bìa ............................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ................................................................................................ii Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ............................................................................... iv Lời cam đoan .................................................................................................................... vi Lời cảm ơn ......................................................................................................................vii Mục lục .......................................................................................................................... viii Liệt kê hình vẽ .................................................................................................................. xi Liệt kê bảng .................................................................................................................... xiv 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 .................................................................................................................. 3 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 về xử lý ảnh ........................................................................................... 4 2.1.2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh ........................................................................... 5 2.1.3. Phương pháp nhận diện khuôn mặt ........................................................................ 6 2.1.4. Ngôn ngữ Python và thư viện OpenCV ................................................................. 7 2.2. Quy trình hoạt động của khóa cửa thông minh .................................................... 12 2.2.1. Mô tả quy trình nhận diện khuôn mặt .................................................................. 12 2.2.2. Quá trình hoạt động của khóa thông minh bằng công nghệ RFID kết hợp với 4x4 Matrix Keypad Module. ...........................................................................................12 2.3. Giới thiệu phần cứng ............................................................................................ 13 2.3.1. Giới thiệu các chuẩn giao tiếp ........................................................................................13 2.3.2. Raspberry Pi 3 Model B..................................................................................................17 2.3.3. Camera Raspberry...........................................................................................................22 2.3.4. Module RFID MFRC522 ................................................................................................25 2.3.5. Giới thiệu về ma trận phím 4x4. .....................................................................................27 viii
2.3.6. Lcd 20x4 .........................................................................................................................29 2.3.7. Arduino Uno R3 ..............................................................................................................31 2.3.8. Module điều khiển động cơ L298 ...................................................................................33 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................... 36 3.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 36 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống .............................................................................. 36 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ................................................................................ 36 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch ................................................................................... 38 3.2.3. Sơ đồ kết nối toàn mạch ........................................................................................ 46 3.2.4. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ........................................................................... 47 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................................... 48 4.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 48 4.2. Lập trình cho hệ thống ......................................................................................... 49 4.2.1 Lưu đồ giải thuật ................................................................................................... 49 4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển................................................................... 55 4.3. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ............................................................ 59 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ............................................. 63 5.1. Kết quả đạt được .................................................................................................. 63 5.2. Kết quả thực nghiệm ............................................................................................ 64 5.2.1. Mô hình sản phẩm ................................................................................................ 64 5.2.2. Khởi động hệ thống .............................................................................................. 64 5.2.3. Kết quả thực nghiệm từ việc nhận diện khuôn mặt ............................................. 65 5.2.4. Chọn chế độ hoạt động cho hệ thống ................................................................... 66 5.2.5. Kiểm tra thông tin người dùng ............................................................................. 68 5.2.6. Xóa và tạo thẻ thành viên mới ............................................................................. 68 5.2.7. Kiểm tra mật khẩu và tạo mật khẩu mới .............................................................. 73 5.2.8. Kiểm tra hoạt động của động cơ .......................................................................... 76 5.3. Nhận xét – đánh giá ............................................................................................. 77 5.3.1. Nhận xét ............................................................................................................... 77 5.3.2. Đánh giá ............................................................................................................... 78 ix
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................... 81 6.1. Kết luận ................................................................................................................ 81 6.2. Hướng phát triển .................................................................................................. 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ xv x
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Các bước trong xử lý ảnh ................................................................................... 5 Hình 2.2 Giao diện của Raspberry chạy hệ điều hành Raspbian ...................................... 8 Hình 2.3 Cửa sổ cho phép hoạt động các chuẩn giao tiếp ................................................ 8 Hình 2.4 Phần mềm Python ............................................................................................ 10 Hình 2.5 Hướng dẫn mở máy ảo để sử dụng thư viện OpenCv ...................................... 11 Hình 2.6 Phần trăm chu kỳ xung ..................................................................................... 15 Hình 2.7 Raspberry Pi 1 Model B ................................................................................... 17 Hình 2.8 Raspberry Pi 2 Model B ................................................................................... 17 Hình 2.9 Raspberry Pi 3 Model B ................................................................................... 18 Hình 2.10 Sơ đồ chân Raspberry Pi 3 ............................................................................. 20 Hình 2.11 Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi 3 ......................................................... 20 Hình 2.12 Raspberry Pi Camera Module ........................................................................ 21 Hình 2.13 Raspberry Pi Camera Module V2 .................................................................. 21 Hình 2.14 Kết nối Camera với Raspberry Pi 3 ............................................................... 23 Hình 2.15 Mở Camera cách 1 ......................................................................................... 24 Hình 2.16 Mở Camera cách 2 ......................................................................................... 24 Hình 2.17 Ảnh được chụp và lưu .................................................................................... 25 Hình 2.18 Thẻ RFID S50 loại móc khóa ........................................................................ 25 Hình 2.19 Thẻ nhựa NFC RFID ...................................................................................... 25 Hình 2.20 RFID Reader .................................................................................................. 26 Hình 2.21 Module RFID RC522 ..................................................................................... 26 Hình 2.22 Mở chạy file để kiểm tra RFID ...................................................................... 27 Hình 2.23 Kết quả kiểm tra RFID lần 1 .......................................................................... 28 Hình 2.24 Kết quả kiểm tra RFID lần 2 .......................................................................... 28 Hình 2.25 Bàn phím ma trận 4x4 .................................................................................... 28 Hình 2.26 Sơ đồ chân ma trận phím 4x4 ........................................................................ 29 Hình 2.27 Lcd 20x4......................................................................................................... 29 Hình 2.28 Sơ đồ chân Lcd 20x4 ...................................................................................... 30 xi
Hình 2.29 Arduino Uno R3 ............................................................................................. 31 Hình 2.30 Module điều khiển động cơ L298 .................................................................. 33 Hình 2.31 Sơ đồ chân của module L298 ......................................................................... 34 Hình 2.32 Mạch nguyên lý của module L298 ................................................................. 34 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................... 36 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý kết nối khối thu tín hiệu hình ảnh với Raspberry ................. 38 Hình 3.3 Kết nối Camera thực tế .................................................................................... 39 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý kết nối RC522, ma trận phím 4x4 với Raspberry Pi 3 .......... 40 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD 20x4 với Raspberry Pi 3 .................................. 41 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý kết nối khối điều khiển động cơ ............................................ 42 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý ngoại vi sử dụng .................................................................... 43 Hình 3.8 Sơ đồ kết nối thẻ nhớ với Raspberry ................................................................ 44 Hình 3.9 Sơ đồ chân Raspberry Pi 3 ............................................................................... 44 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối toàn mạch ................................................................................. 46 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý của mạch ............................................................................. 47 Hình 4.1 Lưu đồ chương trình chính ............................................................................... 49 Hình 4.2 Lưu đồ chương trình nhận dạng ....................................................................... 51 Hình 4.3 Lưu đồ chương trình xử lý ảnh chụp ................................................................ 52 Hình 4.4 Lưu đồ chương trình điều khiển động cơ ......................................................... 53 Hình 4.5 Lưu đồ chương trình cho phép chạy động cơ chạy thuận ................................ 54 Hình 4.6 Lưu đồ chương trình cho phép chạy động cơ chạy nghịch .............................. 54 Hình 4.7 Lưu đồ chương trình dừng động cơ ................................................................. 55 Hình 4.8 Phần mềm lập trình Arduino IDE .................................................................... 56 Hình 4.9 Giao diện chính của phần mềm Arduino IDE .................................................. 56 Hình 4.10 Trang web phpMyadmin ................................................................................ 57 Hình 4.11 Tạo tên bảng và số cột .................................................................................... 58 Hình 4.12 Cài đặt các thông số cho các cột .................................................................... 58 Hình 4.13 Bảng đã hoàn thành ........................................................................................ 59 Hình 4.14 Bật công tắc cấp nguồn cho hệ thống ............................................................ 60 Hình 4.15 Lệnh mở môi trường ảo.................................................................................. 60 xii
Hình 4.16 Đi đến đường dẫn lưu file chạy chương trình ................................................ 61 Hình 4.17 Chạy chương trình .......................................................................................... 61 Hình 4.18 Camera đang quay video để nhận diện khuôn mặt ........................................ 61 Hình 4.19 Mô hình cửa mặt trước ................................................................................... 62 Hình 4.20 Tiến hành đọc thẻ RFID ................................................................................. 62 Hình 5.1 Mô hình hệ thống ............................................................................................. 64 Hình 5.2 Bật khởi động Raspberry.................................................................................. 64 Hình 5.3 Khuôn mặt đặt đúng chuẩn .............................................................................. 65 Hình 5.4 Đúng khuôn mặt nhưng đặt quá xa .................................................................. 65 Hình 5.5 Nhận diện khuôn mặt của người lạ .................................................................. 66 Hình 5.6 LCD hiển thị khi nhận diện khuôn mặt ............................................................ 66 Hình 5.7 Đổi chế độ hoạt động cho hệ thống.................................................................. 67 Hình 5.8 Cách thức quét thẻ thành viên .......................................................................... 68 Hình 5.9 Nhấn nút Delete để xóa thẻ .............................................................................. 69 Hình 5.10 Sau khi xóa thẻ ............................................................................................... 69 Hình 5.11 Một thẻ RFID mới .......................................................................................... 70 Hình 5.12 Sau khi nhấn nút Insert ................................................................................... 70 Hình 5.13 Nhập tuổi ........................................................................................................ 71 Hình 5.14 Nhập giới tính................................................................................................. 71 Hình 5.15 Kết quả của việc thêm thẻ .............................................................................. 72 Hình 5.16 Quét thẻ đúng và cho phép nhập mật khẩu .................................................... 73 Hình 5.17 Bắt đầu nhập mật khẩu ................................................................................... 74 Hình 5.18 Mật khẩu đúng................................................................................................ 75 Hình 5.19 Mật khẩu sai ................................................................................................... 75 Hình 5.20 Nhấn phím ‘A’ để thay đổi mật khẩu ............................................................. 76 Hình 5.21 Nhập đủ 5 kí tự ............................................................................................... 76 xiii
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 3.1 Bảng thống kê dòng tiêu thụ của các thiết bị ................................................... 45 Bảng 5.1 Bảng giám sát đánh giá hệ thống bảo mật ở phương thức nhận diện khuôn mặt ............................................................................... 79 xiv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay nhiều thiết bị thông minh ra đời nó có thể thay một chìa khóa để mở cửa, có thể thay thế con người để điều khiển vật dụng thông qua một vài cử chỉ, giọng nói và đặc biệt là từ hình ảnh của con người. Hệ thống bảo mật thông minh cũng đang là một trong những sản phẩm phổ biến và được giới công nghệ rất quan tâm. Các hệ thống bảo mật ngày càng được tích hợp thêm nhiều các thiết bị điện tử để tăng cường tối đa độ bảo mật và tạo nên sự tin cậy cho người sử dụng. Thế nên bảo mật hệ thống dần được ứng dụng nhiều hơn vào thực tiễn đời sống với mục đích cơ bản nhất là để bảo vệ các tài sản như: tiền bạc, nhà cửa, hồ sơ… Hiện nay cũng có một số bài nghiên cứu của sinh viên cũng làm về nhận dạng khuôn mặt, đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Thị Đài Trang và Hà Tiến Dương nghiên cứu về nhận dạng cảm xúc khuôn mặt người để điều khiển Servo mở cửa, trong đó sử dụng Arduino Uno R3 và phương pháp nhận dạng PCA để điều khiển Servo mở cửa theo 3 cảm xúc trên khuôn mặt: vui, buồn, ngạc nhiên. Công nghệ RFID đang được ứng dụng trên thế giới, chủ yếu là các nước phát triển. Tuy nhiên ở Việt Nam, công nghệ RFID vẫn là công nghệ mới và vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do thiếu công nghệ sản xuất mà phải phụ thuộc vào linh kiện từ nước ngoài. Với xu thế áp dụng mô hình tự động hóa ngày càng nhiều tại Việt Nam, việc áp dụng mô hình khóa cửa bảo mật tự động kết hợp công nghệ RFID sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với mô hình bảo mật truyền thống như:  Tiết kiệm chi phí thuê nhân công.  Kiểm soát tốt hơn.  Dễ dàng quản lý tài sản.  Chi phí hoạt động giảm. Với mục tiêu muốn tiếp cận với công nghệ đang phát triển và được quan tâm trên chúng em quyết định làm đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH”. Nhóm thực hiện đồ án mong muốn tạo ra một hệ thống bảo mật sử dụng xử lí ảnh để nhận dạng khuôn mặt kết hợp với thẻ master card RFID và mã PIN Keypad trên Raspberry Pi 3 Model B và dùng Arduino để điều khiển động cơ DC 12V để mở hoặc đóng cửa. 1.2. MỤC TIÊU Tạo được một hệ thống bảo mật 2 phương pháp. Với phương pháp thứ nhất là ứng dụng xử lí ảnh để nhận dạng khuôn mặt dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV. Phương pháp thứ hai là phương pháp dự phòng nhằm trường hợp hệ thống nhận dạng khuôn mặt không thành công vì các nguyên nhân khách quan đơn cử như mặt bị biến dạng, phương pháp thứ 2 bao gồm công nghệ RFID có chức năng cho phép Keypad hoạt động. Nếu thẻ tag đưa đến đầu đọc Reader mà có UID trùng với dữ liệu được lưu thì hệ thống sẽ cho phép nhập mã PIN từ Keypad. Tất cả đều được viết bằng ngôn ngữ Python trên Board mạch Raspberry PI 3. Từ đó những mục tiêu được đặt ra trong đề tài là:  Thiết kế được mô hình cửa tự động  Thiết kế buồng sáng  Thiết kế một cơ sở dữ liệu để lưu thông tin người dùng  Thiết kế giao tiếp giữa Module RFID với máy tính  Thiết kế cơ sở dữ liệu để lưu hình ảnh được huấn luyện 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật.  Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình cửa.  Chạy thử nghiệm hệ thống bảo mật.  Cân chỉnh hệ thống.  Viết sách đồ án.  Báo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4. GIỚI HẠN  Thiết kế mô hình cửa để thay thế hệ thống bảo mật.  Sử dụng động cơ DC 12V để điều khiển cửa.  Nhận diện khuôn mặt bằng Camera Raspberry Pi với kit Raspberry. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  Dùng Arduino Uno R3 để điều khiển động cơ DC 12V  Có buồng sáng sử dụng đèn led trắng 12V để cho phương pháp nhận dạng đạt kết quả tốt trong mọi điều khiện thời tiết.  Có 3 nút nhấn: nút Mode chuyển chế độ nhận dạng, nút Insert để cài đặt thông tin và thêm thẻ mới và cuối cùng nút Delete để xóa thẻ.  Dữ liệu đọc từ thẻ RFID sẽ được lưu trên MySQL gồm có 4 thông số: Tên, ID, tuổi, giới tính.  Dùng thẻ RFID RC522 để cho phép nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận 4x4 để mở cửa làm mã dự phòng. 1.5. BỐ CỤC Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày về xử lý ảnh, giới thiệu ngôn ngữ Python và thư viện OpenCv, nguyên lý hoạt động của hệ thống qua hai phương pháp, giới thiệu các chuẩn giao tiếp được sử dụng trong hệ thống, giới thiệu phần cứng. Chương 3: Thiết Kế và Tính toán Ở chương này chúng em trình bày về: thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống, tính toán thiết kế cho từng khối, sơ đồ nguyên lý của toàn mạch, thiết kế buồng sáng. Chương 4: Thi công hệ thống Chương này trình bày sơ đồ: mạch in, các linh kiện sử dụng trong mạch, thi công mô hình, lập trình hệ thống, viết lưu đồ giải thuật, viết tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Chương này trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu, nếu ra những khó khăn trong quá trình làm và cách khắc phục, nhận xét mô hình đã làm có đạt hay không. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày: đánh giá mô hình hoạt động ổn hay không, đạt bao nhiêu phần trăm so với ban đầu đặt ra. 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 về xử lý ảnh [6] Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là một ngành khoa học mới so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển đang rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó. Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh. Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân Đôn đến New York từ những năm 1920. Hiện nay xử lý ảnh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: 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. 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. Cũng như xử lý dữ liệu bằng đồ hoạ, xử lý ảnh số là một lĩnh vực 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 hoá các ảnh tự nhiên. Mục đích của xử lý ảnh gồm:  Biến đổi ảnh làm tăng chất lượng ảnh.  Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh. 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 dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh. Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh) sau đó nó được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2. Các bước cơ bản trong xử lý ảnh [6] Thu nhận ảnh Tiền xử lý ảnh Phân đoạn ảnh Biểu diễn ảnh Nhận dạng ảnh Hình 2.1. Các bước trong xử lý ảnh Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition): Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc đen trắng. Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh. Camera thường dùng là loại quét dòng; ảnh tạo ra có dạng hai chiều. Chất lượng một ảnh thu nhận được phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh). Tiền xử lý (Image Processing): Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng. Chức năng chính của bộ tiền xử lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn. Phân đoạn ảnh: Phân đoạn ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh. Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh. Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này. Biểu diễn ảnh: Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận. Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính. Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được. Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác. Nhận dạng và nội suy ảnh: Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh. Quá trình này thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước. Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng. Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại. Có nhiều cách phân loai BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ảnh khác nhau về ảnh. Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: - Nhận dạng theo tham số. - Nhận dạng theo cấu trúc. Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụng trong khoa học và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch, nhận dạng mặt người… Cơ sở tri thức: Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét, độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu. Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người. Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương pháp trí tuệ con người. Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy. 2.1.3. Phương pháp nhận diện khuôn mặt Có nhiều nghiên cứu tìm phương pháp xác định khuôn mặt người, từ ảnh xám đến ngày nay là ảnh màu. Dựa vào tính chất của các phương pháp xác định khuôn mặt người trên ảnh. Các phương pháp này được chia làm bốn hướng tiếp cận chính. Ngoài bốn hướng này, nhiều nghiên cứu có khi liên quan đến không những một hướng tiếp cận mà có liên quan nhiều hơn một hướng chính:  Hướng tiếp cận dựa trên tri thức.  Hướng tiếp cận dựa trên đặc trưng không thay đổi.  Hướng tiếp cận dựa trên so khớp mẫu.  Hướng tiếp cận dựa trên diện mạo. Trong đề tài này chúng em thực hiện theo hướng tiếp cận dựa trên so khớp mẫu: Dùng các mẫu chuẩn của khuôn mặt người (các mẫu này được chọn lựa và lưu trữ) để mô tả cho khuôn mặt người hay các đặc trưng khuôn mặt. Các mối tương quan giữa dữ liệu ảnh đưa vào và các mẫu dùng để xác định khuôn mặt người. Và sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính – PCA. Phương pháp nhận dạng PCA: Phân tích thành phần chính PCA (Principal Component Analysis) là một thuật toán sử dụng phép biến đổi trực giao để biến đổi một tập hợp dữ liệu từ một không gian nhiều chiều sang một không gian mới ít chiều hơn (2 hoặc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6