Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

ĐỖ TÂN KHOA

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT
TRÊN XE Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

TP. HCM 12- 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
--------- oOo --------

ĐỖ TÂN KHOA

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ
HỆ THỐNG CẢNH BÁO NGỦ GẬT
TRÊN XE Ô TÔ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

MÃ SỐ:

60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MINH THẠNH

TP. HCM 12- 2013


1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: ĐỖ TÂN KHOA
Học viên lớp: Cao học khóa 2010-2012
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Trường Đại Học Giao Thông
Vận Tải TP.HCM

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Đỗ Tân Khoa

2

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng
dẫn tận tình của TS. Nguyễn Minh Thạnh, tôi đã hoàn thành luận văn đúng thời gian
quy định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với
TS. Nguyễn Minh Thạnh, thầy là người tận tâm hết lòng vì học viên, hướng dẫn nhiệt
tình và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong thời gian thực hiện luận
văn.
Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
TP. Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi, giúp tôi học tập và
nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại
học trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tôi trong
quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Tự động hóa” đã
đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013
Người Thực hiện

Đỗ Tân Khoa


3

MỤC LỤC

Tên đề mục

Trang

Lời cam đoan ...............................................................................................................1
Lời cảm ơn ...................................................................................................................2
Mục lục .........................................................................................................................3
Danh mục các từ viết tắt ..............................................................................................6
Danh mục các bảng biểu .............................................................................................7
Danh mục các sơ đồ, hình ảnh ....................................................................................8
Chƣơng 1: Giới thiệu chung ...................................................................................11
1.1.

Đặt vấn đề ........................................................................................................11

1.2.

Tính cấp thiết của luận văn ............................................................................11

1.3.

Nguyên nhân và các dấu hiệu của trạng thái ngủ gật ....................................12

1.4.

Mục tiêu của luận văn .....................................................................................13

1.5.

Nội dung nghiên cứu ......................................................................................13

1.6.

Phương pháp luận ...........................................................................................13

1.7.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................14

1.8.

Nội dung luận văn ...........................................................................................14

Chƣơng 2: Tổng quan về LabVIEW ................................................................ 15
2.1.

LabVIEW là gì? ..................................................................................... 15

2.2.

Các ứng dụng của LabVIEW .................................................................. 17

2.3.

Toolkits thu thập hình ảnh NI Vision Acquisition Software .................. 20


4

2.4.

Toolkits xử lý ảnh ................................................................................... 23

2.4.1.

Vision Development Module (VDM)............................................... 23

2.4.2.

Module Vision Assistant................................................................... 24

2.4.3.

Vision Builder for Automated Inspection (VBAI) ........................... 28

Chƣơng 3: Xử lý ảnh và thuật toán điều khiển ............................................. 30
3.1.

Khái niệm về xử lý ảnh ........................................................................... 30

3.2.

Các phương pháp xử lý ảnh .................................................................... 31

3.3.

Xử lý ảnh trong LabVIEW ...................................................................... 35

3.4.

Lý thuyết điều khiển PID ........................................................................ 35

3.4.1.

Khái niệm .......................................................................................... 35

3.4.2.

Hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID dùng phương pháp Ziegler-

Nichols .................................................................................................... 37
Chƣơng 4: Thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô ........................ 39
4.1.

Tổng quan về hệ thống ........................................................................... 39

4.2.

Các thiết bị trong hệ thống ...................................................................... 40
4.2.1 Thiết bị ngõ vào ............................................................................ 40
4.2.2 Thiết bị xử lý tính hiệu ngõ ra ...................................................... 41

4.3. Thiết kế vị trí lắp đặt ............................................................................... 57
4.4. Thiết kế mô hình ..................................................................................... 59
Chƣơng 5: Xây dựng mô hình hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô ....... 60
5.1

Thiết kế mô hình .................................................................................... 61

5.2

Kết quả lập trình ..................................................................................... 61


5

5.3

Nhận xét .................................................................................................. 64

Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển của luận văn ................................ 65
6.1

Kết quả đạt được .................................................................................... 65

6.2

Hạn chế của luận văn ............................................................................. 65

6.3

Hướng phát triển của luận văn ................................................................ 65

Tài liệu tham khảo


6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC

Analog to Digital Converter

DAC

Digital to Analog Converter

LabVIEW

Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbend

NI

National Instruments

NHTSA

National Highway Traffic Safety Administration

PID

Proportional Integral Derivative Controller

PWM

Pulse Width Modulation

VDM

Vision Development Module

VBAI

Vision Builder for Automated Inspection

VISA

Virtual Instrument Software Architecture


7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của các tham số KP,KI,KD............................................... 37
Bảng 3.2: Thông số K của bộ điều khiển tỉ lệ .................................................... 38
Bảng 4.1: Mô tả các chân của USB HDL 9090 ................................................. 42
Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết quả khảo sát vị trí lắp đặt webcam ...................... 58
Bảng 4.3: Bảng tổng hợp kết quả khảo sát loại cảnh báo .................................. 58


8

DANH MỤC CÁC LƢU ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Giao diện LabVIEW

Trang
15

Hình 2.2: Hàm truyền trong LabVIEW

16

Hình 2.3: Giao diện điều khiển trong LabVIEW

16

Hình 2.4: Hệ thống đọc code tự động trong các dây chuyền sản
xuất
Hình 2.5: Hệ thống quét bằng lưới để phân tích dòng chảy cho sản
phẩm nhựa.
Hình 2.6: Hệ thống phân loại sản phẩm trong sản xuất của công ty
Bosch.

17

18

18

Hình 2.7: Lưu đồ xử lý ảnh trong LabVIEW

19

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối các khối xử lý ảnh trong LabVIEW

19

Hình 2.9: Thực hiện hàm Vision Acquisition

20

Hình 2.10: Quá trình thu nhận ảnh trong Vision Acquisition

21

Hình 2.11: Chọn camera hoặc thư mục chứa ảnh

21

Hình 2.12: Lựa chọn phương pháp thu thập ảnh

22

Hình 2.13: Cài đặt các thông số thu nhận ảnh

22

Hình 2.14: Thiết lập các tín hiệu đầu vào/ra

23

Hình 2.15: Các công cụ trong VDM

24

Hình 2.16: Thực hiện hàm Vision Assistant

25

Hình 2.17: Giao diện module Vision Assistant

25

Hình 2.18: Xử lý ảnh đầu vào

26

Hình 2.19: Kết quả sau khi xử lý ảnh đầu vào ở không gian đỏ

27

Hình 2.20: Chọn lựa tín hiệu đầu ra

28

Hình 2.21: Giao diện VBAI

28

Hình 2.22: Ứng dụng VBAI trong hệ thống xử lý sản phẩm

29

Hình 3.1: Sơ đồ quá trình xử lý ảnh

30


9

Hình 3.2: Sơ đồ xử lý ảnh trong công nghiệp

30

Hình 3.3: Các phương pháp xử lý ảnh

31

Hình 3.4: Các bước xử lý và phân tích ảnh biên

32

Hình 3.5: Cấu trúc xử lý ảnh cơ bản trong LabVIEW

35

Hình 3.6: Sơ đồ khối của bộ PID

36

Hình 4.1: Cấu trúc của hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô

39

Hình 4.2: Quy tắc hoạt động của hệ thống

40

Hình 4.3: Webcam thu thập ảnh

40

Hình 4.4: Card NI USB 6008/6009

41

Hình 4.5: Card USB HDL 9090

42

Hình 4.6: Cài đặt driver cho card USB HDL 9090

43

Hình 4.7: Chọn loại kết nối là cổng USB

44

Hình 4.8: Chọn loại thiết bị

44

Hình 4.9: Xác nhận cài đặt

45

Hình 4.10: Cài đặt thông số cổng USB

45

Hình 4.11: Thay đổi thông số cổng USB

46

Hình 4.12: Chọn cài đặt từ máy tính

46

Hình 4.13: Kiểm tra kết nối card 9090 với máy tính

47

Hình 4.14: Sơ đồ kết nối của card USB HDL 9090

48

Hình 4.15: Kiểm tra kết nối

48

Hình 4.16: Tạo tín hiệu ngõ ra trên lưu đồ

49

Hình 4.17: Giá trị thu về khi Encoder có tín hiệu

50

Hình 4.18: Dùng xung PWM của Encoder điều khiển động cơ

50

Hình 4.19: Thiết kế giao diện điều khiển

51

Hình 4.20: Điều khiển động cơ

51

Hình 4.21: Đảo chiều động cơ

52

Hình 4.22: Thuật toán của bộ điều khiển PID

52

Hình 4.23: Giao diện người dùng điều khiển vị trí DC MOTOR

53


10

Hình 4.24: Thông số cho bộ điều khiển PID điều khiển vị trí DC
MOTOR

53

Hình 4.25: Chương trình điều khiển tốc độ động cơ sử dụng PID

54

Hình 4.26: Giao diện người dùng điều khiển tốc độ DC MOTOR

55

Hình 4.27: Thông số cho bộ điều khiển PID điều khiển tốc độ DC
MOTOR

55

Hình 4.28: Hàm truyền ngõ ra cảnh báo màu đỏ

56

Hình 4.29: Chương trình đọc tên màu sắc

56

Hình 4.30: Giao diện đọc tên màu sắc

57

Hình 4.31: Vị trí có thể lắp đặt webcam trên thực tế

57

Hình 4.32: Quy trình hoạt động của mô hình

59

Hình 5.1: Trạng thái ngủ gật của người tham gia giao thông

60

Hình 5.2: Thiết bị phần cứng của mô hình

60

Hình 5.3: Mô hình thực tế

61

Hình 5.4: Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển PID cho động cơ DC

62

Hình 5.5: Hàm truyền điều khiển động cơ bám đối tượng

62

Hình 5.6: Hình ảnh của người có dấu hiệu ngủ gật

63

Hình 5.7: Hình ảnh sau khi xử lý

63

Hình 5.8: Hàm truyền cảnh báo bằng âm thanh

64


11

CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Đặt vấn đề
Công nghệ xử lý ảnh ngày nay không còn quá xa lạ với các thiết bị công

nghệ hiện đại ngày nay. Nhƣng việc ứng dụng công nghệ này vào trong thực tiển
cuộc sống ngày càng trở nên quan trọng và cần thiết hơn hết. Vì vậy, luận văn sẽ
thực hiện việc ứng dụng thuật toán xử lý ảnh vào trong thiết bị cảnh báo ngủ gật
trên xe ô tô với mục đích đƣa công nghệ vào thực tiển nhằm giúp ngƣời tham gia
giao thông đƣợc an toàn cũng nhƣ hạn chế các tai nạn đáng tiếc xảy ra.
Nhƣng việc chọn lựa thuật toán để ứng dụng công nghệ xử lý ảnh rất đa dạng.
Luận văn đã sử dụng LabVIEW với các thuật toán với các hàm truyền nhằm tách
ảnh, phân tích ảnh và cuối cùng là xử lý nhiễu nhằm phát hiện ra các dấu hiệu dẫn
đến hiện tƣợng ngủ gật của con ngƣời trong khi đang lái xe và đƣa ra biện pháp
cảnh báo phù hợp.
1.2. Tính cấp thiết của luận văn
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học đã xuất hiện từ lâu và đƣợc ứng dụng
nhiều trong y học, khoa học vũ trụ và dự báo thời tiết. Ngày nay, sự phát triển của
kỹ thuật điện tử đã cho ra đời nhiều loại camera và cảm biến hình ảnh có độ phân

giải cao và tốc độ lấy ảnh nhanh, với giá cả phù hợp tùy hãng sản xuất và tùy mức
độ thông minh của thiết bị, chất lƣợng hình ảnh, từ đó đã cho phép xử lý ảnh đƣợc
ứng dụng nhiều hơn vào công nghiệp, nhất là trong lĩnh vực quản lý chất lƣợng,
nhận dạng lỗi sản phẩm và phân loại sản phẩm dựa vào các đặc tính có thể nhận
dạng đƣợc bằng mắt thƣờng và những đặc điểm bề ngoài không thể nhận dạng bằng
mắt thƣờng. Với những đặc tính không thể nhận dạng bằng mắt thƣờng do đặc điểm
cần nhận dạng quá nhỏ hoặc hình dạng quá phức tạp, hoặc yêu cầu nhận diện nhiều
vị trí ở cùng một thời điểm, xử lý ảnh là một công cụ vô cùng hiệu quả với độ chính
xác và độ tin cậy cao.
Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay, xử lý ảnh trong công nghiệp vẫn còn là một
lĩnh vực khá mới mẻ và đang bắt đầu phát triển. Vì vậy, việc nghiên cứu, khai thác


12

các ứng dụng của xử lý ảnh sẽ mở ra nhiều cơ hội hơn trong việc phát triển với các
nƣớc phát triển khác trên thế giới.
Vấn đề tự động hóa trong điều khiển và giám sát các thiết bị nói chung là
một trong những giải pháp hàng đầu trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại
hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này đƣa ra một mô hình cảnh báo ngủ
gật trên xe ô tô trong khi tham gia giao thông bằng các thuật toán, hàm truyền xử lý
ảnh trong LabVIEW.
1.3. Nguyên nhân và các dấu hiệu của trạng thái ngủ gật
Theo số liệu thống kê, tổng hợp từ một số Phòng Cảnh sát Giao thông
(CSGT) Đƣờng bộ-Đƣờng sắt khu vực miền Trung thời gian qua cho thấy, 20% số
vụ tai nạn xảy ra về đêm đều rơi vào khoảng từ 2 đến 5 giờ sáng. Đây là thời gian
mà nhịp sinh học cơ thể đòi hỏi đƣợc nghỉ ngơi nhất khi đã căng sức gần 20 tiếng
trong ngày. Đó cũng là múi giờ mà nghiều lái xe đƣờng dài thú nhận là rất khó
cƣỡng lại đƣợc cảm giác thèm ngủ bởi họ đã phải căng sức trong suốt một ngày
đƣờng (rất cần đƣợc nghỉ ngơi để phục hồi sức khỏe).

Nhiều lái xe đã tìm cách “khắc chế” cơn buồn ngủ vào múi thời gian này đã
tìm cách uống rất nhiều nƣớc chè, cà phê trƣớc khi ngồi sau vô lăng. Có lái xe còn
đóng cả nƣớc chè, cà phê vào chai để lúc nào thèm ngủ lại uống vài ngụm để “cắt
cơn” cho đầu óc tỉnh táo. Nhƣng không phải lái xe nào cũng vƣợt qua đƣợc cảm
giác khó khăn này. Và 20% số vụ tai nạn giao thông xảy ra về đêm kể trên là một
minh chứng về tình trạng báo động.
Tìm hiểu thực tế nguyên nhân phát sinh tình trạng TNGT do lái xe thƣờng
xuyên ngủ gật gây lên; chúng tôi đƣợc biết nguyên nhân căn bản vẫn là do áp lực về
môi trƣờng kinh doanh vận tải hiện nay; thực tế không ít doanh nghiệp vận tải hành
khách (nhất là doanh nghiệp tƣ nhân) đã “phớt lờ” những cảnh báo về hậu quả “ép”
lái xe làm việc quá sức, không đƣợc nghỉ ngơi để đạt bằng đƣợc mục đích lợi
nhuận. Nhiều doanh nghiệp đã tìm mọi cách tăng ca, tăng chuyến, thậm chí khoán,
rút ngắn thời gian chạy… khiến lái xe, phụ xe lúc nào cũng ở trong tình trạng “căng
nhƣ dây đàn” và dẫn đến tình trạng mệt mỏi, ngủ gật lúc nào không hay.


13

Tuy nhiên, nghiên cứu mới đây của Cục quản lý an toàn giao thông quốc gia
Mỹ (NHTSA) đã cho thấy 20% các vụ tai nạn và 12% các vụ “suýt tai nạn” là do tài
xế ngủ gật. Một tài xế bị coi là đang “gà gật” khi anh ta nhắm mắt thay vì chớp mắt,
đầu anh ta lắc lƣ về phía trƣớc rồi gật gù về phía sau và thay vì đảo mắt quan sát
đƣờng đi hay nhìn gƣơng, mắt anh ta thƣờng đờ đẫn và chỉ tập chung về một điểm
cố định rồi sau đó nhắm mắt trong một thời gian ngắn 1 đến 1,8 giây.
1.4. Mục tiêu của luận văn
Trong phạm vi của luận văn, tôi chủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng
phần mềm LabVIEW: cách tạo giao diện, xử lý ảnh, ứng dụng của LabVIEW trong
điều khiển tự động . Nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh từ đó kết hợp với phần
mềm LabVIEW để tự thiết kế ra một hàm truyền nhằm đáp ứng đƣợc mục tiêu
“Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô”.

1.5. Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu các thuật toán xử lý ảnh khác nhau rồi so sánh, lựa chọn thuật

toán.
-

Nghiên cứu phần mềm LabVIEW và các công phƣơng pháp thu thập ảnh.

-

Dấu hiệu của hiện tƣợng ngủ gật.

-

Thiết kế mạch điều khiển và vị trí đặt webcam quan sát.

-

Thiết kế PID cho động cơ DC để tự động tìm, xác định khuôn mặt ngƣời láy

xe bằng LabVIEW.
-

Thiết kế hàm truyền để thu thập, xử lý hình ảnh, triệt nhiễu và kiểm nghiệm

thực tế.
1.6. Phương pháp luận
-

Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm, nghiên cứu

đến hệ thống điều khiển phần mềm LabVIEW.
-

Tìm hiểu xử lý ảnh trong LabVIEW.

-

Luận văn này cung cấp một mô hình cảnh báo ngủ gật trên xe ôtô bằng phần

mềm xử lý ảnh trong LabVIEW có thể ứng dụng trong thực tiễn.


14

1.7. Phương pháp nghiên cứu
-

Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hƣớng dẫn, sách, các bài

báo và internet.v.v…
-

Nghiên cứu dấu hiệu ngủ gật của ngƣời láy xe ôtô.

-

Nghiên cứu phần mềm LabVIEW

-

Xây dựng hàm truyền điều khiển hệ thống bằng phần mềm LabVIEW

-

Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử.

-

Đánh giá hiệu quả của việc điều khiển hệ thống.

1.8. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm 6 chƣơng:
Chƣơng 1 : Giới thiệu chung
Chƣơng 2 : Tổng quan LabVIEW
Chƣơng 3 : Xử lý ảnh và thuật toán điều khiển
Chƣơng 4 : Thiết kế hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô
Chƣơng 5 : Thiết kế hàm truyền hệ thống cảnh báo ngủ gật trên xe ô tô
Chƣơng 6 : Kết luận và hƣớng phát triển của luận văn


15

CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ LabVIEW
2.1 LabVIEW là gì
LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering
Workbench) là môi trƣờng ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh

giữ con ngƣời, thuật toán và các thiết bị.
Gọi LabVIEW là ngôn ngữ đồ học hiệu quả vì về cách thức lập trình, LabVIEW
khác với các ngôn ngữ C (hay Python, Basic, vv.). Thay vì sử dụng các từ vựng (từ
khóa) cố định, LabVIEW sử dụng các khối hình ảnh sinh động và các dây nối để tạo
ra các lệnh và các hàm nhƣ trong hình 2.2. Đặc biệt, LabVIEW rất phù hợp đối với
kỹ sƣ, nhà khoa học, hay giảng viên. Chính vì vậy LabVIEW trở thành một trong
những công cụ phổ biến trong các ứng dụng thu thập dữ liệu từ các cảm biến, phát
triển các thuật toán, và điều khiển thiết bị tại các phòng thí nghiệm trên thế giới.

Hình 2.1: Giao diện LabVIEW


16

Hình 2.2: Hàm truyền trong LabVIEW

Hình 2.3: Giao diện điều khiển trong LabVIEW
Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW cũng đƣợc dùng để lập trình ra các chƣơng
trình (source code: mã nguồn) trên máy tính tƣơng tự các ngôn ngữ lập trình dựa
trên chữ (text – bassed language) nhƣ C, Python, Java, Basic, vv
Đồng thời, LabVIEW hỗ trợ các kỹ sƣ, nhà khoa học và sinh viên, vv. Xây
dựng (thực thi) các thuật toán một cách nhanh, gọn, sáng tạo, và dễ hiểu nhờ các
khối hình ảnh có tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng dữ liệu (date
flow) lần lƣợt từ trái qua phải. Các thuật toán này đƣợc áp dụng lên các mạch điện
và cơ cấu chấp hành thực nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông
qua nhiều chuẩn giao tiếp nhƣ chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng COM),
chuẩn USB, chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GBIB, ... Vì vậy LabVIEW
là một ngôn ngữ giao tiếp đa kênh.

17
2.2. Các ứng dụng của LabVIEW
LabVIEW đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực đo lƣờng, tự động hóa, cơ điện
tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật lý, ôtô, ... Nhìn chung:
- LabVIEW giúp kỹ sƣ kết nối bất kỳ cảm biến và bất kỳ cơ cấu chấp hành
nào với máy tính.
- LabVIEW có thể đƣợc sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu nhƣ tín hiệu tƣơng
tự (analog), tín hiệu số (digital) hình ảnh (vision), âm thanh (audio).
- LabVIEW hỗ trợ các giao thức giao tiếp khác nhau nhƣ RS232, RS485,
TCP/IP, PCI, PXI, và nhƣ vậy.
- LabVIEW cũng có thể tạo ra các thực thi độc lập và các thƣ viện chia sẽ
(ví dụ nhƣ viên liên kết động DLL), bởi vì LabVIEW là một trình biên dịch 32 – bit.

Hình 2.4: Hệ thống đọc code tự động trong các dây chuyền sản xuất.


18

Hình 2.5: Hệ thống quét bằng lƣới để phân tích dòng chảy cho sản phẩm nhựa.

Hình 2.6: Hệ thống phân loại sản phẩm trong sản xuất của công ty Bosch.


19
 Với tất cả những ứng dụng trên thì phƣơng pháp xử lý ảnh trong
LabVIEW đều theo lƣu đồ sau:
THU NHẬN ẢNH
(Vision
Acquisition)

XỬ LÝ ẢNH
(Vision Assistant)

XUẤT TÍN
HIỆU
(NI VISA)

- Giao tiếp camera,
webcam.
- Lựa chọn nguồn
ảnh.
- Thiết lập thông số
ảnh.
- Chọn thông số
xuất ra.

- Lấy tín hiệu từ
Vision Acquisition.
- Phân tích, chỉnh
sửa ảnh.
- Trích chọn đặc
điểm ảnh.
- Chọn thông số
xuất ra.

- Lấy tín hiệu sau
khi xử lý ảnh.
- Giao tiếp với
mạch điều khiển.
- Đƣa tín hiệu

điều khiển vào cơ
cấu chấp hành.

Hình 2.7: Lƣu đồ xử lý ảnh trong LabVIEW

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối các khối xử lý ảnh trong LabVIEW


20
2.3 . Toolkits thu thập hình ảnh NI Vision Acquisition Software
Việc thu nhận ảnh trong môi trƣờng LabVIEW đƣợc thực hiện riêng thông
qua module Vision Acquisition. Đây là một module mở rộng đƣợc lập trình với
chức năng thực hiện việc tìm kiếm camera đang liên kết với máy, thu nhận ảnh,
xuất ảnh nhận đƣợc về môi trƣờng LabVIEW và đƣa dữ liệu xuất sang môi trƣờng
xử lý ảnh (Vision Assistant). Trong LabVIEW, module này tƣơng ứng với hàm
Vision Acquisititon nằm trong thƣ viện Vision Express.

 Cách lấy hàm Vision Acquisition trong LabVIEW

Hình 2.9: Thực hiện hàm Vision Acquisition
Sau khi lấy hàm Vision Acquisition để lập trình thu nhận ảnh, double click vào
biểu tƣợng của hàm, giao diện lập trình sẽ mở ra và việc thực thi quá trình thu nhận
ảnh đƣợc thiết lập hoàn toàn riêng biệt trên module này.


21
Quá trình thu nhận ảnh đƣợc thực hiện qua 4 bƣớc:
CHỌN ẢNH
NGUỒN

PHƯƠNG
PHÁP THU
THẬP ẢNH

CÀI ĐẶT
THÔNG
SỐ CHO
ẢNH

THIẾT LẬP
TÍN HIỆU
VÀO/RA

Hình 2.10: Quá trình thu nhận ảnh trong Vision Acquisition
- Bƣớc đầu tiên: là chọn địa chỉ để lấy ảnh nguồn, Select Acquisition Source .
Vision Acquisition cho phép thực hiện xử lý ảnh tĩnh, ảnh động (trực tiếp từ camera
hoặc lấy từ file video định dạng .AVI ).

Hình 2.11: Chọn camera hoặc thƣ mục chứa ảnh.
- Bƣớc 2: lựa chọn phƣơng pháp thu thập ảnh, Select Acquisition type , là lựa
chọn cách thức mà phần mềm sẽ lấy ảnh bao gồm: lấy một ảnh, lấy ảnh liên tục, lấy
ảnh liên tục sau một khoảng thời gian (lấy mẫu) ... với mỗi cách thức lấy ảnh, trên
LabVIEW sẽ sinh ra kiểu vòng lặp tƣơng ứng.


22

Hình 2.12: Lựa chọn phƣơng pháp thu thập ảnh
- Bƣớc 3: cài đặt các thông số cho ảnh thu nhận, Configure Acquisition Setting
, là cài đặt các thông số cho ảnh sẽ thu nhận bao gồm: độ phân giải, chế độ chụp,

các thông số về độ sáng, độ tƣơng phản, không gian màu... cho ảnh và kiểm tra các
thông số đã cài đặt bằng cách click vào nút test để xem ảnh và quyết định tiếp tục
hoặc quay lại chỉnh sửa các thông số cho thích hợp.

Hình 2.13: Cài đặt các thông số thu nhận ảnh.


23
- Bƣớc 4: là bƣớc cuối cùng và là bƣớc quan trọng nhất. Tại đây ngƣời lập
trình sẽ lựa chọn các thông số để thiết lập đầu vào/ra cho ảnh, Select
Control/Indicator . Các thông số đầu vào (control) chính là các thông số đã đƣợc
cài đặt ở bƣớc 3, khi lựa chọn nó, phần mềm sẽ cho phép sửa chữa các thông số này
ngay trên LabVIEW, nghĩa là có thể thay đổi các thông số này mà không cần quay
lại cửa sổ Vision Acquisition. Các thông số đầu ra (Indicator) là các yếu tố kết quả
của quá trình thu nhận ảnh mà ngƣời lập trình mong muốn lấy ra để tiếp tục xử lý,
trong đó, quan trọng nhất là image out đƣợc chọn mặc định vì đây sẽ là yếu tố liên
kết sang module xử lý ảnh và hiển thị ảnh lên trên giao diện khi chạy phần mềm.

Hình 2.14: Thiết lập các tín hiệu đầu vào/ra.

2.4 . Toolkits xử lý ảnh
2.4.1 Vision Development Module (VDM)
Đây là công cụ chung nhất cho việc tạo các hàm truyền xử lý các hình ảnh.
Ngoài ra VDM còn cho phép ngƣời dùng cài đặt thêm các công cụ xử lý ảnh mở
rộng thêm từ tất cả nhà cung cấp phần mềm của LabVIEW.