Luận Văn Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.24 MB, 101 trang )
B
TR
NG
GIÁO D C & ẨO T O
IH CS
PH M K THU T TP. H
CHÍ MINH
KHOA: I N ậ I N T
B
MÔN: I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------
ÁN T T NGHI P
NGÀNH: CÔNG NGH K THU T I N T
TRUY N THÔNG
TÀI:
PHÂN LO I S N PH M DÙNG
KIT RASPBERRY
GVHD: ThS. Nguy n Duy Th o
SVTH: Hà Duy Khánh
MSSV: 14141151
Tp. H Chí Minh -07/2018
B
TR
NG
GIÁO D C & ẨO T O
IH CS
PH M K THU T TP. H
CHÍ MINH
KHOA: I N ậ I N T
B
MÔN: I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
---------------------------------
ÁN T T NGHI P
NGÀNH: CÔNG NGH K THU T I N T
TRUY N THÔNG
TÀI:
PHÂN LO I S N PH M DÙNG
KIT RASPBERRY
GVHD: ThS. Nguy n Duy Th o
SVTH: Hà Duy Khánh
MSSV: 14141151
Tp. H Chí Minh -07/2018
C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
C L P - T DO - H NH PHÚC
----o0o----
TR
B
NG H SPKT TP. H CHệ MINH
KHOA I N- I N T
MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH
Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 n m 2018
NHI M V
H tên sinh viên:
Hà Duy Khánh
MSSV: 14141151
i n t Công nghi p
Chuyên ngành:
H đƠo t o:
i h c chính quy
Khóa:
I. TểN
ÁN T T NGHI P
2014
Mã ngành:
01
Mư h :
1
L p:
14141DT3A
TẨI: PHỂN LO I S N PH M DỐNG KIT RASPBERRY
II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
M t kit Raspberry Pi, M t Camera Pi, m t chu t vƠ m t bƠn phím. Bánh quy g m
b n hình d ng khác nhau: Hình tròn, hình vuông, hình ch nh t, hình tam giác.
2. N i dung th c hi n:
T ng quan v x lý nh;Tìm hi u ph
ng pháp nh n d ng vƠ phơn lo i s n ph m;
Tìm hi u kit Raspberry Pi và các Module liên quan; Vi t ch
ng trình trên kit Raspberry
Pi; Mô hình phơn lo i s n ph m dùng kit Raspberry.
III. NGẨY GIAO NHI M V :
16/04/2018
IV. NGẨY HOẨN THẨNH NHI M V :
30/06/2018
V. H VẨ TểN CÁN B H
ThS. Nguy n Duy Th o
CÁN B H
NG D N
NG D N:
BM. I N T
CỌNG NGHI P ậ Y SINH
TR
B
NG H SPKT TP. H CHệ MINH
KHOA I N- I N T
MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH
C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM
C L P - T DO - H NH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 n m 2018
L CH TRÌNH TH C HI N
ÁN T T NGHI P
H tên sinh viên 1: Hà Duy Khánh
L p: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141151
Tên đ tài: Phân lo i s n ph m dùng Kit Raspberry
Tu n/ngày
N i dung
16/4-20/4
Ch n đ tài
Vi t đ c
21/4-25/4
26/4-05/5
Tìm hi u ph
Xác nh n
GVHD
ng chi ti t
ng pháp nh n d ng hình c b n
06/5-17/5
Tìm hi u đ m s n ph m theo hình d ng
18/5-21/5
Nh n d ng s n ph m b dính nhau
22/5-04/6
Tìm hi u thu t toán nh n d ng s n ph m l i
05/6-06/6
Th c hi n trên kit Raspberry
ch đ offline
07/6-08/6
Ch y ch đ online trên Raspberry
09/6-12/6
Vi t giao di n đi u khi n trên raspberry
13/6-20/6
Hoàn thành mô hình
21/6-29/6
Vi t báo cáo
GV H
NG D N
(Ký và ghi rõ h và tên)
Ths. Nguy n Duy Th o
L I CAM OAN
tài ắPhơn lo i s n ph m d ng kit Raspberry” là nhóm tôi t th c hi n d a vào
tham kh o m t s tài li u tr
c đó vƠ không sao chép t tài li u hay công trình nào khác.
Ng
i th c hi n đ tài
Hà Duy Khánh
L IC M
u tiên nhóm th c hi n đ tƠi xin đ
Duy Th o, Th y đư t n tình h
N
c cám n chơn thƠnh t i Th y Nguy n
ng d n nhóm t nh ng v n đ nh nh t nh t cho t i vi c
hoàn thành t t đ tài.
Nhóm xin g i l i chân thành c m n các th y cô trong Khoa i n- i n T đư t o
nh ng đi u ki n t t nh t cho em hoƠn thƠnh đ tài. Nh ng ki n th c b ích mà các Th y
Cô d y, nó đ
c áp d ng vƠo đ tƠi
Án T t Nghi p r t nhi u, t nh ng ki n th c nh
nh t cho t i nh ng bài h c l n. M t l n n a nhóm xin đ
c g i l i cám n đ n t t c
Th y Cô, n u không có Th y Cô thì ch c gi này nhóm s khó có th hoƠn thƠnh đ tài
này.
Ti p theo nhóm c ng xin cám n t i các Anh, Ch khóa trên cùng các b n sinh
viên đư t o đi u ki n giúp đ , t nh ng tài li u liên quan t i đ tài cho t i nh ng kinh
nghi m s ng th c t . Nh h mà nhóm m i c th phát tri n đ
c.
Nhóm em c ng g i l i đ ng c m n đ n các b n l p 14141DT3A đư chia s trao
đ i ki n th c c ng nh nh ng kinh nghi m quý báu trong th i gian th c hi n đ tài, và
c ng lƠ l p h c có nhi u kí c nh t th i sinh viên c a chúng em.
Cu i cùng là g i l i c m n đ n Cha, M n u không có hai đ ng sinh thành thì
ngƠy hôm nay c ng không có ai hi n di n đơy đ th c hi n nh ng vi c mình mu n, h
đư t o m i đi u ki n đ giúp con c a mình h
ng t i m t t
ng lai t t đ p.
Xin chân thành c m n!
Ng
i th c hi n đ tài
Hà Duy Khánh
M CL C
TRANG BÌA ..................................................................................................................... i
NHI M V
ÁN ........................................................................................................ii
L CH TRÌNH ..................................................................................................................iii
CAM OAN ................................................................................................................... iv
L I CÁM N .................................................................................................................. v
M C L C ....................................................................................................................... vi
LI T KÊ HÌNH V ........................................................................................................ ix
LI T KÊ B NG ............................................................................................................xii
TÓM T T .....................................................................................................................xiii
CH
NG 1: T NG QUAN ............................................................................................ 1
TV N
1.1
.................................................................................................... 1
1.2
M C TIÊU ......................................................................................................... 2
1.3
N i DUNG NGHIÊN C U ............................................................................... 2
1.4
GI I H N .......................................................................................................... 2
1.5
B C C ............................................................................................................. 3
CH
NG 2: C S LÝ THUY T ................................................................................ 4
2.1
T NG QUAN V X
LÝ NH ....................................................................... 4
2.1.1 Gi i thi u x lý nh............................................................................................ 4
2.1.2 Nh ng v n đ trong x lý nh .......................................................................... 5
2.1.3 Các b
2.2
PH
c c b n trong x lý nh .................................................................... 12
NG PHÁP PHỂN LO I S N PH M THEO HÌNH D NG............... 15
2.2.1 Các hình d ng c b n c a s n ph m ................................................................ 15
Ph
ng pháp nh n d ng hình d ng ................................................................ 16
2.2.3 Ph
ng pháp tìm đ c đi m hình d ng đ phân lo i s n ph m ....................... 19
2.2.2
2.2.4 Ph
ng pháp ki m tra s n ph m l i ............................................................... 22
2.2.5 Các b
2.3
c th c hi n phân lo i s n p m theo hình d ng[2].............................. 24
NGÔN NG
PYTHON VẨ TH
VI N OPENCV........................................ 28
2.3.1 Ngôn ng Python ............................................................................................ 28
2.3.2 Th vi n OpenCV ........................................................................................... 29
2.4
GI I THI U PH N C NG ............................................................................ 30
2.4.1 Raspberry Pi 3 Model B.................................................................................. 30
2.4.2 Camera Raspberry Pi ....................................................................................... 32
CH
NG 3: TệNH TOÁN VẨ THI T K .................................................................. 35
3.1
GI I THI U ..................................................................................................... 35
3.2
H TH NG PH N C NG ............................................................................. 36
3.2.1 Thi t k s đ kh i h th ng........................................................................... 36
3.2.2 S đ k t n i h th ng .................................................................................... 37
CH
NG 4: THI CỌNG H TH NG ......................................................................... 44
4.1
GI I THI U ..................................................................................................... 44
4.2
L P TRÌNH H TH NG ................................................................................ 45
4.2.1 Ti n x lý nh ................................................................................................. 48
4.2.2 Tách biên và l p đ y ....................................................................................... 49
4.2.3 Phân lo i s n ph m và nh n d ng s n ph m l i ............................................. 50
4.3
PHÂN LO I S N PH M ............................................................................... 55
4.4
H
CH
5.1
NG D N S
D NG, THAO TÁC ......................................................... 59
NG 5: K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ .................................................... 63
K T QU ......................................................................................................... 63
5.1.1 K t qu nh n d ng và phân lo i s n ph m ..................................................... 63
5.1.2 K t qu nh n d ng s n ph m l i ..................................................................... 70
5.2
CH
NH N XÉT VẨ ÁNH GIÁ MỌ HỊNH H TH NG .................................. 76
NG 6: K T LU N VÀ PHÁT TRI N .............................................................. 77
6.1
K T LU N ...................................................................................................... 77
6.1.1 K t qu đ t đ
c ............................................................................................. 77
6.1.2 Nh ng m t h n ch ......................................................................................... 77
6.2
H
NG PHÁT TRI N ................................................................................... 77
TÀI LI U THAM KH O.............................................................................................. 78
PH L C ....................................................................................................................... 79
LI T KÊ HÌNH V
Hình
Trang
Hình 2.1: Lân c n 4 và lân c n 8..................................................................................... 6
Hình 2.2: Hình tách biên ................................................................................................. 8
Hình 2.3: Phép giãn ....................................................................................................... 11
Hình 2.4: Phép co .......................................................................................................... 11
Hình 2.5: S đ x lý nh ............................................................................................. 12
Hình 2.6:
c đi m hình ch nh t ................................................................................ 16
Hình 2.7:
c đi m hình vuông .................................................................................... 17
Hình 2.8:
c đi m hình tròn........................................................................................ 17
Hình 2.9:
c đi m hình tam giác ................................................................................ 18
Hình 2.10:
nh c a hình .............................................................................................. 19
Hình 2.11: o n Ramer-Douglas-Peucker ................................................................... 20
Hình 2.12:
ng x p x ............................................................................................... 20
Hình 2.13:
dài c nh ................................................................................................. 21
Hình 2.14: Bán kính b ng nhau .................................................................................... 21
Hình 2.15: T o đ
ng bao ............................................................................................ 22
Hình 2.16: S đ các b
c th c hi n phân lo i s n ph m ............................................ 24
Hình 2.17: B l c Gaussian. ......................................................................................... 25
Hình 2.18: Xác đ nh biên .............................................................................................. 26
Hình 2.19: Nh n d ng đ
ng biên ................................................................................ 26
Hình 2.20: Raspberry Pi 3 Model B .............................................................................. 30
Hình 2.21: S đ Raspberry Pi 3 Model B ................................................................... 31
Hình 2.22: Camera Pi .................................................................................................... 33
Hình 2.23: S đ kh iCamera Raspberry Pi ................................................................. 33
Hình 3.1: S đ kh i. .................................................................................................... 36
Hình 3.2: S đ k t n i h th ng .................................................................................. 37
Hình 3.3: K t n i th c t c a h th ng ......................................................................... 38
Hình 3.4: S đ các c ng ngo i vi s d ng. ................................................................. 39
Hình 3.5: S đ k t n i th nh và raspberry ............................................................... 40
Hình 3.6: G n th nh vào khe ..................................................................................... 40
Hình 3.7: S đ k t n i kh i thu tín hi u hình nh ....................................................... 42
Hình 3.8: K t n i Camera th c t ................................................................................. 42
Hình 3.9: S đ k t n i màn hình v i Raspberry.......................................................... 43
Hình 3.10: K t n i c ng HDMI .................................................................................... 43
Hình 4.1: L u đ gi i thu t chính ................................................................................. 45
Hình 4.2: L u đ ch đ online .................................................................................... 46
Hình 4.3: L u đ ch đ offline .................................................................................... 47
Hình 4.4: L u đ ti n x lý nh .................................................................................... 49
Hình 4.5: L u đ gi i thu t tách biên và l p đ y .......................................................... 50
Hình 4.6: L u đ gi i thu t phân lo i và nhân bi t s n ph m l i ................................. 51
Hình 4.7: L u đ con phân lo i s n ph m và nh n bi t s n ph m l i .......................... 53
Hình 4.8: nh màu g c ................................................................................................. 55
Hình 4.9: nh xám ........................................................................................................ 55
Hình 4.10: nh đư đ
c l c nhi u ................................................................................ 56
Hình 4.11: Tách biên ..................................................................................................... 56
Hình 4.12: L p đ y đ
ng biên kín .............................................................................. 57
Hình 4.13: Gán nhãn ..................................................................................................... 57
Hình 4.14: nh sau phân lo i........................................................................................ 58
Hình 4.15: Truy c p th m c ........................................................................................ 59
Hình 4.16: Th c thi ch
ng trình ................................................................................. 60
Hình 4.17: Giao di n đi u khi n ................................................................................... 60
Hình 4.18: Ch n đ
ng d n .......................................................................................... 61
Hình 4.19: K t qu c a ch đ đ m s n ph m .............................................................. 61
Hình 4.20: nh ch y v i ch đ online ........................................................................ 62
Hình 4.21: Ki m tra s n ph m l i. ................................................................................ 62
Hình 5.1: S n ph m hai tròn, hai ch nh t, m t vuông và m t tam giác...................... 64
Hình 5.2: S n ph m m t tròn, hai ch nh t, m t vuông và hai tam giác...................... 64
Hình 5.3: S n ph m hai tròn, hai ch nh t và hai vuông .............................................. 65
Hình 5.4: S n ph m hai tròn, m t ch nh t, m t vuông và hai tam giác...................... 65
Hình 5.5: S n ph m ba tròn, m t ch nh t, m t vuông và m t tam giác ..................... 66
Hình 5.6: S n ph m hai tròn đ i, hai ch nh t vƠ hai vuông đ i v trí ......................... 66
Hình 5.7: S n ph m hai tròn, hai ch nh t, m t vuông và m t tam giác...................... 67
Hình 5.8: S n ph m hai tròn đ i, hai ch nh t vƠ hai vuông đ i v trí ......................... 67
Hình 5.9: S n ph m hai tròn, ba ch nh t và m t tam giác .......................................... 68
Hình 5.10: S n ph m hai tròn đ i, hai ch nh t vƠ hai vuông đ i v trí ....................... 68
Hình 5.11: Hai s n ph m l i ......................................................................................... 70
Hình 5.12: Hai s n ph m l i, đ i v trí s n ph m ......................................................... 71
Hình 5.13: B n s n ph m l i ........................................................................................ 71
Hình 5.14: B n s n ph m l i, đ i v trí ......................................................................... 72
Hình 5.15: Sáu s n ph m l i ......................................................................................... 72
Hình 5.16: Không có s n ph m l i ............................................................................... 73
Hình 5.17: Hai s n ph m l i ......................................................................................... 73
Hình 5.18: Hai s n ph m l i đ i v trí........................................................................... 74
Hình 5.19: Hai s n ph m l i đ i v trí ti p theo ............................................................ 74
Hình 5.20: B n s n ph m l i ........................................................................................ 75
LI T KÊ B NG
B ng
B ng 2.1:
Trang
c đi m hình d ng s n ph m....................................................................... 18
B ng 3.1: Th ng kê dòng tiêu th .................................................................................. 41
B ng 5.1:
chính xác k t qu phân lo i s n ph m ..................................................... 69
B ng 5.2:
chính xác k t qu nh n d ng s n ph m l i .............................................. 75
TÓM T T
tài ắPhơn lo i s n ph m dùng Kit Raspberry” là mô hình phân lo i s n ph m
theo hình d ng (hình tròn, hình vuông, hình ch nh t, hình tam giác). D a trên ngôn ng
Python v i th vi n chính lƠ OpenCV vƠ đ
c th c hi n trên Kit Raspberry.
đơy s
d ng các đ c đi m riêng bi t c a t ng hình d ng đ đi nh n d ng vƠ sau đó phơn lo i
t ng s n ph m. K t qu th c hi n c a đ tƠi đư nh n d ng đ
c nh ng s n ph m có hình
d ng (hình tròn, hình vuông, hình ch nh t, hình tam giác) cùng v i vi c đ m đ
ph m theo hình d ng c a t ng s n ph m, cùng v i vi c ph t hi n s n ph m l i
ngoài.
cs n
bên
CH
NG 1: T NG QUAN
CH
NG 1: T NG QUAN
TV N
1.1
Hi n nay, n n Công nghi p đang h
ng t i Công nghi p 4.0, là s k t h p các
Công ngh l i v i nhau, làm m ranh gi i gi a v t lý, k thu t s và sinh h c. T đó,
các thi t b đi n t thông minh đang ngƠy cƠng xu t hi n ph bi n. Trong đó ph i k đ n
m t vài ng d ng c a x lý nh, nh các ng d ng c a nó trong y t trong vi c phát hi n
các m m m ng b nh t nh ng chi c máy x lý hình nh hi n đ i đ phát hi n b nh m t
cách rõ rƠng. NgoƠi ra, đ
c áp d ng hi u qu trong s n xu t nh phơn lo i hay ki m tra
s n ph m.
Chúng ta đư bi t, ngày nay ph n l n các thi t b đi n t đ u phát tri n theo xu
h
ng
ng t đ ng hóa, thông minh, càng hi u ý con ng
i và ho t đ ng theo ý mu n con ng
bi n, thu t toán h tr ra đ i.
i, đ lƠm đ
i, chúng giao ti p đ
c v i con
c đi u đó thì các thi t b c m
tài x lý nh là m t trong s đó, t đó thì bƠi toán ắphơn
lo i s n ph m theo hình d ng” ra đ i.
tƠi đ
c áp d ng trong vi c phân lo i s n ph m theo hình d ng,
đơy hình
d ng có các hình c b n nh hình tròn, hình vuông, hình ch nh t,ầ s d ng hình d ng
c a bánh quy đ nh n d ng. Nh ng tài li u thao kh o:
lý nh trong phân lo i ch t l
án t t nghi p ắ ng d ng x
ng g o”[6], h s d ng Matlab đ nh n bi t hình d ng h t
g o, nh n bi t h t g o l i, Nhóm đư thao kh o và phát tri n thành nh n d ng hình d ng
s n ph m, có thêm nh n bi t s n ph m l i, cùng v i đ m s n ph m theo hình d ng trên
ngôn ng Python v i th vi n là OpenCV, mô hình th c hiên trên Kit Raspberry.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
1
CH
NG 1: T NG QUAN
1.2
M C TIÊU
tƠi ắPhân lo i s n ph m dùng kit raspberry.” M c tiêu c a đ tài này là phân
lo i s n ph m theo hình d ng (hình tròn, hình vuông, hình ch nh t, hình tam giác). D a
trên ngôn ng
Python v i th
vi n chính là OpenCV và đ
c th c hi n trên Kit
Raspberry.
N i DUNG NGHIểN C U
1.3
tƠi ắPhân lo i s n ph m dùng kit raspberry.” Có nh ng n i dung sau:
• N I DUNG 1: Tìm hi u ph
ng pháp nh n d ng vƠ phơn lo i s n ph m.
• N I DUNG 2: T ng quan v x lý nh.
• N I DUNG 3: Tìm hi u kit Raspberry Pi vƠ các Module liên quan.
• N I DUNG 4: Vi t ch
ng trình trên kit Raspberry Pi.
• N I DUNG 5: Hoàn thành mô hình.
• N I DUNG 6: ánh giá k t qu th c hi n
GI I H N
1.4
V i đ tƠi ắ Phơn lo i s n ph m dùng kit raspberry.” thì các gi i h n bao g m:
• Thi t k mô hình phơn lo i s n ph m (s d ng s n ph m bánh quy) theo hình
d ng (hình tròn, hình vuông, hình ch nh t, hình tam giác). Có th phát hi n nh ng l i
n m
ngoƠi c nh c a s n ph m mƠ ch a phát hi n đ
cl i
trong s n ph m, có đ m
s n ph m.
• Th i gian vƠ t c đ x lý còn ch m, cùng v i Camera ch p nh không mong
mu n
c
đi u ki n thi u ánh sáng mƠ ph i đ
ng sáng.
c che kín vƠ chi u thêm đèn led đ t ng
t i ch xơy d ng v i mô hình nh vƠ g n không lƠm thƠnh dơy chuy n
s n xu t, s d ng kit Raspberry Pi và hi n th k t qu trên màn hình.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
2
CH
NG 1: T NG QUAN
1.5
B
C C
Ch
ng 1: T ng Quan
Ch
ng 2: C S Lý Thuy t
Ch
ng 3: Thi t K và Tính Toán
Ch
ng 4: Thi Công H Th ng
Ch
ng 5: K t Qu Nh n Xét VƠ ánh Giá
Ch
ng 6: K t Lu n vƠ H
• Ch
Ch
ng Phát Tri n
ng 1: T ng quan
ng nƠy trình bƠy đ t v n đ d n nh p lý do ch n đ tài, m c tiêu, nôi dung
nghiên c u, các gi i h n thông s và b c c đ án.
• Ch
Ch
ng 2: C s lỦ thuy t
ng nƠy s trình bƠy c b n v x lý nh, ph
ng pháp c b n đ nh n d ng
và phân lo i nh, gi i thi u c b n v Raspberry vƠ th vi n liên quan.
• Ch
Ch
• Ch
ng 3: Thi t k vƠ tính toán
ng nƠy s đi tìm hi u s đ và cách k t n i cho h th ng.
ng 4: Thi công h th ng
N i d ng ch
ng nƠy lƠ quá trình th c thi ch
ng trình phơn lo i s n ph m và
nh n bi t s n ph m l i.
• Ch
ng 5: K t qu nh n xét vƠ đánh giá
N i d ng ch
ng nƠy lƠ t ng h p các k t qu đ t đ
c sau khi thi công mô hình
cùng v i nh n xét vƠ đánh giá quá trình th c hi n.
• Ch
ng 6: K t lu n vƠ h
K t qu nh n đ
ng phát tri n
c khi hoàn thi n đ tài, đ a ra các h
mô hình nh m ti n t i t i u h n trong t
B
MỌN I N T
ng phát tri n hoàn thi n
ng lai.
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
3
CH
NG 2: C
CH
2.1
S
LÝ THUY T
NG 2: C
S
T NG QUAN V X
LÝ THUY T
Lụ NH
2.1.1 Gi i thi u x lỦ nh.
X lý nh không còn lƠ đ tài quá m i, nó đ
th
c áp d ng t trong các ho t đ ng
ng ngƠy cho đ n vi c nâng cao s n xu t. Nó không nh ng giúp ích cho cá nhân hay
gia đình, mƠ còn ng d ng c trong Chính tr , Y t , Giáo d c,ầ X lý tín hi u là m t
môn h c trong k thu t đi n t , vi n thông và trong toán h c. Liên quan đ n nghiên c u
và x lý tín hi u k thu t s và analog, gi i quy t các v n đ v l u tr , các thành ph n
b l c, các ho t đ ng khác trên tín hi u. Các tín hi u này bao g m truy n d n tín hi u,
âm thanh ho c gi ng nói, hình nh, và các tín hi u khác,ầ
Trong s các ph
ng pháp x lý tín hi u k trên, l nh v c gi i quy t v i các lo i
tín hi u mƠ đ u vào là m t hình nh vƠ đ u ra c ng lƠ m t hình nh, s n ph m đ u ra
đ
c th c hi n trong m t quá trình x lý, đó chính là quá trình x lý nh. Nó có th đ
chia thành x lý hình nh t
ng t và x lý hình nh k thu t s .
c
có 1 b c nh s ta
có qúa trình th c hi n nh sau: Ch p nh t m t máy nh là m t quá trình v t lý. Ánh
sáng m t tr i s d ng nh m t ngu n n ng l
ng. M t dãy c m bi n đ
vi c thu l i c a hình nh. Vì v y, khi ánh sáng m t tr i r i trên ng
s l
ng ánh sáng ph n x c a đ i t
hi u đi n áp liên t c đ
ng đ
c t o ra b i s l
c s d ng cho
iđ it
ng, sau đó
c c m nh n t các c m bi n, và m t tín
ng d li u c m bi n đó.
t o ra m t hình
nh k thu t s , chúng ta c n ph i chuy n đ i d li u này thành m t d ng k thu t s .
i u nƠy liên quan đ n vi c l y m u vƠ l
ng t hóa. K t qu c a vi c l y m u vƠ l
ng
t hóa sau m t quá trình x lý là m t hình nh k thu t s .
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
4
CH
NG 2: C
S
LÝ THUY T
2.1.2 Nh ng v n đ trong x lỦ nh
i m nh(Picture Element)
a.
LƠ đ n v c b n nh t đ t o nên m t b
đ
c nh k thu t s .
a ch c a đi m nh
c xem nh lƠ m t t a đ (x,y) nƠo đó. M t b c nh k thu t s , có th đ
b ng cách ch p ho c b ng m t ph
ng pháp đ h a nào khác, đ
c t o ra
c t o nên t hàng ngàn
ho c hàng tri u pixel riêng l . B c nh càng ch a nhi u pixel thì càng chi ti t. M t tri u
pixel thì t
ng đ
ng v i 1 megapixel
b. nh s
nh s là t p h p h u h n các đi m nh v i m c xám phù h p dùng đ mô t
nh
g n v i nh th t. S đi m nh xác đ nh đ phân gi i c a nh. nh có đ phân gi i càng
cao thì càng th hi n rõ nét các đ t đi m c a t m hình càng làm cho t m nh tr nên th c
và s c nét h n. M t hình nh là m t tín hi u hai chi u, nó đ
c xác đ nh b i hàm toán
h c f(x, y) trong đó x vƠ y lƠ hai t a đ theo chi u ngang và chi u d c. Các giá tr c a
f(x, y) t i b t k đi m nào là cung c p các giá tr đi m nh (pixel) t i đi m đó c a m t
hình nh.
c. Phơn lo i nh[2]
M c xám c a đi m nh lƠ c
m c nh xám thông th
ng đ sáng, gán b ng m t giá tr t i đi m đó. Các
ng: 16, 32, 64, 128, 256. M c đ
c s d ng thông d ng nh t là
265, t c là dùng 1byte đ bi u di n m c xám. Trong đó:
•
nh nh phơn: LƠ nh có 2 m c tr ng vƠ đen, ch có 2 giá tr 0 vƠ 1 vƠ ch s d ng
1 bit d li u trên 1 đi m nh;
•
xám
•
nh đen tr ng: LƠ nh có hai mƠu đen, tr ng (không ch a mƠu khác) v i m c
các đi m nh có th khác nhau;
nh mƠu: LƠ nh k t h p c a 3 mƠu c b n l i v i nhau đ t o ra m t th gi i
mƠu sinh đ ng. Ng
i ta th
ng dùng 3byte đ mô t m c mƠu, t c lƠ có kho ng 16,7
tri u m c mƠu.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
5
CH
NG 2: C
S
LÝ THUY T
d. Quan h gi a các đi m nh[3]
Lân c n đi m nh: đ
c nói m t cách hƠi h
c nh lƠ hƠng xóm c a cái đi m
nh. Có 2 lo i lân c n c b n là lân c n 4 và lân c n 8.
Đ à
xét
L
à
à4
Đ à
xét
Đ à
xét
à
L
à
L
à4 chéo
à
à8
Hình 2.1: Lân c n 4 và lân c n 8
4 đi m nh lân c n 4 theo c t và hàng v i t a đ l n l
t là (x+1, y), (x-1, y),
(x,y+1), (x, y-1) ký hi u là t p N4(p). 4 đi m nh lân c n 4 theo đ
l nl
ng chéo có t a đ
t là (x+1, y+1), (x+1, y+1), (x-1, y+1), (x-1, y-1) ký hi u là t p ND(p). T p 8
đi m nh lân c n 8 là h p c a 2 t p trên:
(2.1)
N8(p) = N4(p) + ND(p)
Liên k t nh[3][4]: Các m i liên k t c a nh đ c xem nh lƠ m i liên ki t c a
2 đi m nh g n nhau, có 3 lo i liên k t: liên k t 4, liên k t 8, lên k t m(liên k t h n h p).
Trong nh đa m c xám, ta có th đ t V ch a nhi u giá tr nh V={t p con}. Cho p có
t a đ (x, y).
Liên k t 4: hai đi m nh p và q có giá tr thu c v t p V đ
c g i là liên k t 4 c a
nhau n u q thu c v t p N4(p).
Liên k t 8: hai đi m nh p và q có giá tr thu c v t p V đ
c g i là liên k t 8 c a
nhau n u q thu c v t p N8(p).
Liên k t m: hai đi m nh p và q có giá tr thu c v t p V đ
c g i là Liên k t M
c a nhau n u thõa 1 trong 2 đi u ki n sau: q thu c v t p N4(p), q thu c v t p ND(p)
và giao c a hai t p N4(p), N4(q) không ch a đi m nh nào có giá tr thu c V.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
6
CH
NG 2: C
S
LÝ THUY T
e. L c nhi u[2][3]
nh thu nh n đ
c th
ng s b nhi u nên c n ph i lo i b nhi u. Các toán t
không gian dùng trong k thu t t ng c
tr n nhi u, n i biên.
ng nh đ
c phân nhóm theo công d ng: làm
lƠm tr n nhi u hay tách nhi u, ng
i ta s d ng các b l c tuy n
tính (l c trung bình, thông th p) ho c l c phi tuy n (trung v , gi trung v , l c đ ng hình).
T b n ch t c a nhi u (th
ng t
ng ng v i t n s cao) và t c s lý thuy t l c là: b
l c ch cho tín hi u có t n s nƠo đó thông qua, đ l c nhi u ng
i ta th
ng dùng l c
thông th p (theo quan đi m t n s không gian) hay l y t h p tuy n tính đ san b ng
(l c trung bình).
cao, l c Laplace. Ph
làm n i c nh ( ng v i t n s cao), ng
i ta dùng các b l c thông
ng pháp l c nhi u. Chia làm 2 lo i: l c tuy n tính, l c phi tuy n.
LƠm tr n nhi u b ng l c tuy n tính[2]: Khi ch p nh có th xu t hi n nhi u
lo i nhi u vào qúa trình x lý nh, nên ta c n ph i l c nhi u. G m các ph
ng pháp c
b n l c trung bình, l c thông th p,ầ Ví d l c trung bình: V i l c trung bình, m i đi m
nh đ
c thay th b ng trung bình tr ng s c a các đi m lân c n.
LƠm tr n nhi u b ng l c phi tuy n[2]: Các b l c phi tuy n c ng hay đ
dùng trong k thu t t ng c
ng nh. M t s ph
c
ng pháp l c c b n b l c trung v , l c
ngoƠi,ầ V i l c trung v , đi m nh đ u vào s đ
c thay th b i trung v các đi m nh
còn l c gi trung v s dùng trung bình c ng c a hai giá tr ắtrung v ” (trung bình c ng
c a max và min).
L c trung v : K thu t nƠy đòi h i giá tr các đi m nh trong c a s ph i x p theo
th t t ng hay gi m d n so v i giá tr trung v . Kích th
c c a s th
ng đ
c ch n
sao cho s đi m nh trong c a s là l .
L c ngoài: Gi thi t có ng
ng nƠo đó cho các m c nhi u (có th d a vƠo l
c
đ xám). Ti n hành so sánh giá tr đ xám c a m t đi m nh v i trung bình s h c 8 lân
c n c a nó. N u sai l ch l n h n ng
ng, đi m nh nƠy đ
c coi nh nhi u. Trong
tr
ng h p đó, thay th giá tr c a đi m nh b ng giá tr trung bình 8 lân c n v a tính
đ
c.
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
7
CH
NG 2: C
f. Ph
S
LÝ THUY T
ng pháp phát hi n biên[2]
Biên là m t trong nh ng v n đ n ta c n quan tâm trong x lý nh. Vì
giai đo n
phơn đo n nh ch y u d a vào biên.
Hình 2.2: Hình tách biên
i m biên: M t đi m nh đ
c coi lƠ đi m biên n u có s thay đ i nhanh ho c
đ t ng t v m c xám (ho c màu). Ví d trong nh nh phơn, đi m đen g i lƠ đi m biên
n u lân c n nó có ít nh t m t đi m tr ng.
các đi m biên liên ti p t o thành m t đ
ụ ngh a c a đ
ng biên (đ
ng biên hay đ
ng bao: boundary): t p h p
ng bao.
ng biên trong x lý: ý ngh a đ u tiên c a đ
ng biên là m t lo i
đ c tr ng c c b tiêu bi u trong phân tích, nh n d ng nh. Th hai, ng
biên làm phân cách các vùng xám (màu) cách bi t. Ng
vùng nh đ tìm đ
i ta c ng s d ng các
ng phân cách. T m quan tr ng c a biên: đ th y rõ t m quan tr ng
c a biên, xét ví d sau: khi ng
đ
c l i, ng
i h a s mu n v m t danh nhân, h a s ch c n v vài
ng n t t c h a mà không c n v m t cách đ y đ .
Nh v y, phát hi n biên m t cách lý t
biên trong các đ i t
ng.
ng là phát hi n đ
nh ngh a toán h c c a biên
đó bi n thiên đ sáng c a đi m biên th
i ta th
ng s d ng hai ph
hàm b c m t[2]: Có 2 ph
c t t c các đ
ng
trên lƠ c s cho các k thu t
phát hi n biên. i u quan tr ng là s bi n thiên gi a các đi m nh th
ng
i ta s d ng
ng nh , trong khi
ng là khá l n khi qua biên. Xu t phát c s này
ng pháp phát hi n biên nh sau: Tách biên theo đ o
ng pháp c b n là: m t là t o gradient c a hai h
giao trong nh, hai là dùng t p đ o hàm có h
ng và tr c
ng. Tách biên theo đ o hàm b c hai[2]:
đ
c th c hi n trên m t s d ng vi phân b c 2 đ làm xu t hi n biên. Có hai d ng c a
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
8
CH
ph
NG 2: C
S
LÝ THUY T
ng pháp đ o hàm b c hai đư đ
c nghiên c u lƠ: ph
ng pháp Lapplace vƠ đ o hàm
tr c ti p.
B tách biên Canny[1]: ph
có nhi u u đi m h n các ph
ng pháp phát hi n nƠy đ
ng pháp khác. Các b
l c Gauss; Sau đó, Gradient c c b c a biên đ vƠ h
c s d ng ph bi n vì nó
c th c hi n: Làm ph ng dùng b
ng đ
c tính. Tìm đi m nh có
biên đ l n nh t dùng k thu t nonmaximal suppression; Các đi m nh đ nh (tìm đ
t b
c 2) đ
l n h n T2 đ
c chia lƠm hai ng
c
ng T1 vƠ T2, T1 < T2. Các đi m nh đ nh có giá tr
c g i là Strong và n m trong kho ng T1 vƠ T2 đ
c g i là Weak. Liên
ki t các đi m nh Weak có 8 k t n i đ n đi m nh Strong.
Ph
ng pháp gradient: Gradient là m t vector có các thành ph n bi u th t c đ
thay đ i giá tr c a đi m nh theo 2 h
thay đ i v h
ng x và y, hay có th nói lƠ nó đ i di n cho s
ng vƠ đ l n c a m t vùng nh.
(2.2)
(2.3)
V i dx, dy l n l
t là kho ng cách gi a 2 đi m lân c n theo chi u x và chi u y.
(Ta có th xem dx, dy là s l
ng đi m nh gi a 2 đi m.)
(2.4)
(2.5)
N u đ nh ngh a g1 (f’x), g2 (f’y) lƠ Gradient (vector gradient thƠnh G(g1,g2))
theo hai h
(m,n) đ
ng x, y t
ng ng thì biên đ (t c đ l n) g(m,n) vƠ h
ng c a biên t i đi m
c tính nh sau:
(2.6)
arctan
(2.7)
Vi c tính x p x đ o hƠm b c nh t (f’x vƠ f’y
x vƠ y đ
đơy lƠ g1 vƠ g2) theo các h
c th c hi n thông qua 2 m t n nhơn ch p (toán t đ o hƠm), t
cho ta các k thu t phát hi n biên khác nhau t
ng
ng ng s
ng ng v i m t n mƠ nó s d ng
(Roberts, Sobel, Prewitt,ầ).
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
9
CH
NG 2: C
S
LÝ THUY T
g. Phơn đo n nh[2]
Phơn đo n nh lƠ b
c then ch t trong x lý nh. Giai đo n nƠy nh m phơn tích
nh thƠnh các vùng có cùng tính ch t nƠo đó d a theo biên hay các vùng liên thông. Tiêu
chu n đ xác đ nh các vùng liên thông có th lƠ cùng m c xám, cùng mƠu hay cùng đ
nhóm.
Quá trình phơn đo n nh nh m tách đ i t
còn l i c a nh, hay phơn chia các đ i t
ng c n kh o sát ra kh i ph n n i dung
ng trong nh thƠnh nh ng đ i t
Nh v y quá trình phơn đo n nh lƠ quá trình gi m b t s l
ng riêng bi t.
ng thông tin trong nh vƠ
ch gi l i nh ng thông tin c n thi t cho ng d ng. Do đó phơn đo n nh lƠ quá trình
lo i b các đ i t
ng không quan tơm trong nh. Có nhi u ph
ng pháp phơn đo n nh
khác nhau. Trong đó quá trình phơn đo n nh s d ng m t ng
ng giá tr xám đ phơn
đo n nh ra thƠnh các đ i t
bên d
i ng
ng vƠ n n lƠ ph
ng pháp đ n gi n nh t. Lúc nƠy các đi m
ng giá tr xám thu c v n n còn nh ng đi m nh
tr xám thu c v đ i t
ng. Ph
bên trên ng
ng giá
ng pháp phơn đo n nh nƠy hi u qu l n đ i v i nh
nh phơn, v n b n in hay đ h a... D a vƠo đ c tính v t lý c a vùng nh, các k thu t phơn
đo n vùng có th đ
c chia lƠm 3 lo i:
• Các k thu t c c b : d a trên các đ c tính c c b c a các đi m nh vƠ các lơn
c n c a nó.
• Các k thu t t ng th : phơn đo n m t nh d a trên c s c a thông tin l y t t ng
th nh s d ng bi u đ m c xám histogram.
• Các k thu t chia, n i vƠ phát tri n: d a trên các khái ni m t
d ng vƠ tính đ ng nh t. Hai vùng có th đ
vùng không đ ng nh t có th đ
ng đ ng v hình
c n i l i v i nhau vƠ li n k bên nhau. Các
c chia thƠnh các vùng nh . M t vùng có th đ
c phát
tri n b ng các n i các đi m nh sao cho nó đ ng nh t v i nhau.
h. Các phép toán hình thái Morphology[2]
Khái ni m Morphology trong x lý nh s kh i ngu n t m t ngƠnh c a sinh h c,
nghiên c u v hình th vƠ c u trúc c a đ ng th c v t. ơy lƠ m t công c giúp rút trích
các thƠnh ph n trong nh nh phơn, bi u di n vƠ mô t chúng d
d ng nh các đ
B
ng biên, x
MỌN I N T
i d ng các vùng ho c
ng vƠ bao l i. K thu t morphology c ng đ
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
c áp d ng
10
CH
NG 2: C
S
LÝ THUY T
trên nh xám cho các công đo n ti n/h u x lý nh (pre or post processing). Các phép
toán đ u tiên trong Morphology đ
c phát tri n vƠo nh ng n m 1964 b i Georges
Matheron (1930 - 2000) vƠ Jean Serra (1940) t i tr
Paris, Pháp. Matheron lƠ ti n s h
ng đ i h c École des Mines de
ng d n c a Jean, h c g ng xác đ nh s l
ng đ c
tính c a khoáng s n thông qua ắthin cross section” vƠ công vi c cho ra k t qu lƠ m t
ph
ng pháp ti p c n m i, c ng nh s ti n b trong hình h c tích phơn vƠ tô pô. T đó
đ n h t n m 1970, Morphology x lý c b n v i các nh nh phơn, t o ra các phép toán
vƠ k thu t nh : Dilation, Erosion, Opening, Closingầ.
Phép giãn (Dilation)[1]: Phép toán Dilation là thao tác giãn n /phình to các đ i
t
ng nh đ n s c.
Hình 2.3: Phép giãn
Phép co (Erosion)[1]: Phép toán Erosion lƠ thao tác xói mòn/co h p các đ i t
nh đ n s c. N u nh phép dưn có th nói lƠ thêm đi m nh vƠo trong đ i t
lƠm cho đ i t
ng nh tr nên l n h n thì phép co s lƠm cho đ i t
ng nh,
ng nh tr nên nh
h n, ít đi m nh
Hình 2.4: Phép co
B
MỌN I N T
CÔNG NGHI P ậ Y SINH
ng
11
