
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
141
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VÀ NHẬN DẠNG KHUYẾT TẬT TRÊN GỖ THANH
DESIGN SYSTEM TO DETECT AND IDENTIFY DEFECTS ON WOOD BARS Vũ Văn Phong1,*, Nguyễn Thị Ngọc Lan1, Đỗ Quang Tài1, Lê Ngọc Duy2 TÓM TẮT Nghiên cứu phát hiện và nhận dạng khuyết tật trên gỗ thanh đượ
c phát
triển để thay thế các phương pháp xử lý khuyết tật gỗ thủ
công. Trong ngành
công nghiệp gỗ và chế biến gỗ, hầu hết việc kiểm tra chất lượng bằng mắ
t
thường vẫn được thực hiện bởi những người vận hành đã qua đào tạo. Kiể
m tra
bằng mắt thường là một công việc tẻ nhạt và lặp đi lặp lại có khả năng xả
y ra sai
sót cao do con người gây ra. Hiện tại, các giải pháp tự động mới với 2 camera độphân giải cao và các thuật toán kiểm tra trực quan đang được thử nghiệ
m, nhưng
chúng không phải lúc nào cũng đủ nhanh và chính xác cho các ứng dụ
ng công
nghiệp thời gian thực. Đề tài này đề xuất một hệ thống kiểm tra trực quan t
ự
động để phát hiện khuyết tật trên bề mặt gỗ. Từ khóa: Khuyết tật trên gỗ thanh, Python/OpenCV. ABSTRACT
Detecting and identifying defects in wood bars is developed to replace the
raw wood technology processing method. In industrial wood and mode wood,
most visual quality checks are still performed
by trained operators. Visual
inspection is extremely boring and repetitive with a high potential for human
error. Currently, the new automated solution with 2 cameras for altimeter
analysis and live technical testing is being tested, but they are not alwa
ys fast
and accurate enough for the application execution work. This account proposes
an automated live inspection system to detect defects in wood surfaces. Keywords: Defects on slats, Python / OpenCV. 1Lớp Cơ Điện tử 03 - K14, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Cơ khí, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: vuphong060701@gmail.com 1. GIỚI THIỆU Khi gỗ được sử dụng trong một tòa nhà làm dầm đỡ, điều quan trọng là phải có một loại gỗ chất lượng tốt và chắc chắn. Nếu gỗ có nhiều mắt (knots) hoặc vết nứt thì nó có thể không ổn định. Nó sẽ yếu hơn ở một số bộ phận và bị vỡ nếu trọng lượng đạt đến mức quá tải mức cho phép. Trong nhiều trường hợp, các nhà máy cưa có khả năng tăng chất lượng ván bằng một giải pháp đơn giản. Đó là bằng cách loại bỏ phần có chứa khuyết tật, kết quả là chất lượng gỗ được cải thiện hơn. Đó là lý do tại sao không chỉ nhận ra khuyết tật mà còn phải biết chính xác vị trí của nó trên tấm ván để không lãng phí tài nguyên. Các khuyết tật gỗ thường thấy gồm khuyết tật về mắt gỗ, u bướu, bạnh vè… Bài báo tập trung nghiên cứu các khuyết tật về mắt gỗ và xây dựng được chương trình phân loại và kiểm tra các khuyết tật đó. 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1. Bài toán nhận dạng hình dáng gỗ Sơ đồ thuật toán nhận dạng hình dáng gỗ như sau: a) Giai đoạn 1: Biến đổi sang ảnh xám Gray và làm mịn ảnh Ảnh đầu vào là một ảnh bất kì, được chuyển về ảnh có 26 mức xám và tiến hành lọc và giảm nhiễu. Để tiến hành giảm nhiễu sử dụng bộ lọc bilateralFilter để làm giảm khả năng bị mờ biên. Hình 1. Biến đổi ảnh sang màu xám b) Giai đoạn 2: Phân ngưỡng, tìm đường bao của vật Có hai quá trình phân ngưỡng đó là phân ngưỡng tự động và phân ngưỡng không tự động.

CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 12.2022
142
KHOA H
ỌC
Với phần vùng của vật khá nhỏ so với toàn bộ ảnh nên quá trình phân ngưỡng tự động sẽ dễ gây lỗi, không làm sáng tỏ vùng có vật(gỗ). Qua thực nghiệm ta thấy phân vùng biến số thường có ngưỡng từ 100 - 220. Vì vậy trong phần này, sẽ tiến hành tìm vùng của gỗ với từng ngưỡng bằng vòng lặp for. Vòng lặp này sẽ xuất phát từ ngưỡng 100 đến 200 vì thông thường phát hiện vùng chứa ảnh gỗ sẽ rõ thì ngưỡng 100 - 120 là có thể dừng vòng lặp để tiết kệm thời gian tính toán. Kết thúc giai đoạn này ta thu được ảnh 8 bit kênh đơn. Khi ta tiến hành phần ngưỡng sẽ làm hiện rö vùng biên số, trong giai đoạn này ta có thẻ sử dụng các phương pháp phát hiện biên. Khi có ảnh 8-bit kênh đơn thu được ở giải đoạn 2 chúng ta tiến hành tìm các vùng biên là đối tượng riêng bằng hàm findContourns (trong thư viện openCV) để trích các vùng và lây thông số của các vùng như tọa độ điểm của các cạnh, diện tích của vùng. Hình 2. Tìm biên của gỗ c) Giai đoạn 3: Khoanh vùng chứa vật Trên cơ sở đã nhận dạng được vật thì chúng ta vẽ lên đường bao của vật bằng hàm drawcontours, đường bao vật là màu xanh lá, có tham số màu là 0, 255, 0. Hình 3. Nhận diện đường biên của gỗ 2.2. Bài toán đo kích thước Lưu đồ thuật toán đo kích thước gỗ như sau: Từ ảnh vật đã được khoanh vùng như trên hình 3, sẽ chọn một vật tham chiếu có kích thước cố định có thể là hình tròn, hình vuông, ở đây nhóm chọn đồng xu làm vật tham chiếu. đầu tiên chúng ta sẽ đo kích thước chuẩn của đồng xu, chúng ta sẽ đưa lên ảnh, đo độ Pixel của đồng xu và chiều dài chiều rộng của theo kích thước pixel, sau đó quy đổi từ kích thước pixel trong ảnh ra mm theo vật tham chiếu với sai số đến hàng phần chục. Thực hiện giống như giải bài toán tìm X theo phương pháp nhân chéo, sau đó chính là ghi kích thước lên ảnh. Với kích thước đã quy đổi ở phần tính toán trên có thể ghi kích thước lên hình bằng lệnh Puttext. 3. NHẬN DẠNG KHUYẾT TẬT TRÊN GỖ THANH 3.1. Phương pháp lượng tử hóa Vectơ - Lưu trữ và cập nhật dữ liệu lớn. - Phát triển, mạng lưới thần kinh sử dụng các vectơ mã hóa để xác định các tập dữ liệu huấn luyện và mã hóa các kết quả cần thiết. - Các vectơ ban đầu là ngẫu nhiên và quá trình học bao gồm điều chỉnh giá trị của chúng để tối đa hóa độ chính xác dự đoán. Hình 4. Sơ đồ lượng tử hóa Vectơ Việc tìm ra các vectơ có giá trị giống nhau nhất dẫn đến mức độ chính xác cao nhất của việc dự đoán giá trị của kết quả. 3.2. Nhận dạng khuyết tật trên gỗ thanh Bài toán này được giải quyết trên phương pháp so sánh với dữ liệu datashet đã được training sẵn trong máy, nhóm đã training khoảng 3000 ảnh. Sau đó mã hóa datashet đưa ảnh đầu vào so sánh với ảnh gần nhất trong datashet đã được train sẵn(ở đây là các

SCIENCE - TECHNOLOGY Số 12.2022 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
143
góc độ khi đưa ảnh vào và các khuyết tật của gỗ) sau đó chọ ra một ảnh tối đa gần nhất với ảnh đầu vào để đưa ra quyết định xem gỗ có bị khuyết tật hay không. Trên màn hình là sơ đồ lượng tử hóa vectơ việc tìm ra các giá trị giống nhau nhất dẫn đến mức độ chính xác cao nhất của việc dự đoán giá trị kết quả, trong nghiên cứu này giá trị đúng trong khoảng 94 - 99%. Hình 5. Nhận diện gỗ thanh Hình 6. Đo kích thước gỗ Hình 7. Nhận dạng khuyết tật gỗ Nghiên cứu, thiết kế thành công hê thống nhận diên khuyết tật trên gỗ thanh và ứng dụng Python.Tìm hiểu, thiết kế được hê thống mô phỏng trên phần mềm Python, phát triển ứng dụng các linh kiên điên tử vào thiêt kế hê thống điều khiển như L298, camera, băng chuyền…. Sản phẩm chạy ổn định, cho kết quả tốt, tuy nhiên độ chính xác của mô hình nhận diên khuyết tật gỗ chưa cao, phần mềm và code chưa được tối ưu. 4. KẾT LUẬN Bài toán đã xây dựng một chương trình để nhận diện và phân loại khuyết tật trên gỗ thanh dựa trên bài toán nhận diện hình dáng và đo kích thước sản phẩm. Kết quả cho thấy thuật toán rất hiệu quả trong việc nhận diện và phân loại khuyết tật trên gỗ thanh. Trong nghiên cứu tiếp theo, chương trình có thể kết hợp với một số các linh kiện điện tử, băng chuyền và các động cơ để có thể loại bỏ các khuyết tật trên gỗ thanh mà không cần đến sự tác động của con người.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Năng Toàn, Phạm Việt Bình, 2007. Giáo trình môn học Xử lý ảnh. Đại học Thái Nguyên. [2]. Learing OpenCV_computer vission with the OpenCV Library_Gary Nreadki & Kaenler [3]. https://docs.opencv.org/ [4]. https://vi.wikipedia.org/wiki/ [5]. https://opencv.org/

