Luận Văn Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật ứng dụng xử lý ảnh

B
TR

NG

GIÁO D C & ÀO T O

IH CS

PH M K THU T TP. H

CHệ MINH

KHOA I N ậ I N T
B

MỌN I N T

CỌNG NGHI P ậ Y SINH

---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH CỌNG NGH K THU T I N T

TRUY N THỌNG

TÀI:
THI T K VÀ THI CỌNG H TH NG B O M T

NG D NG X

Lụ NH

GVHD: Th.S Nguy n Duy Th o
SVTH: Lê Hoàng Thành
H

ình V

ng

15141342
15141334

Tp. H Chí Minh ậ 7/2019
i


TR

NG H SPKT TP. H CHệ MINH

C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM

KHOA I N- I N T
B

MỌN I N T

CL P-T

CỌNG NGHI P ậ Y SINH

DO - H NH PHÚC

----o0o----

Tp. HCM, ngày 31 tháng 06 n m 2019

NHI M V
H tên sinh viên:

Lê Hoàng Thành

MSSV: 15141342

L p: 15141DT1C

H

MSSV: 15141334

L p: 15141DT2B

ình V

ng

K thu t i n t - Truy n thông Mã ngành:

Chuyên ngành:
H đào t o:

i h c chính quy

Khóa:
I. TÊN

ÁN T T NGHI P

Mư h :

41
1

2015
TÀI: THI T K VÀ THI CỌNG H TH NG B O M T
X

NG D NG

Lụ NH

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
 B x lý trung tâm: Raspberry Pi 3.
 Camera: Raspberry Pi Camera Module V2.


c ậ Quét th : RFID RC522 Module.

 Bàn phím: 4x4 Matrix keypad Module.
 B x lý tín hi u ng ra: Arduino Uno R3.
 Module đi u khi n đ ng c : L298 Module.


ng c m c a:

ng c 12V DC.

 Ngu n c p: B ngu n 5V và 12V DC.
 S ng

i dùng đ

c h th ng nh n di n: 1.

 S th RFID đ

c s d ng nh n di n: 2.

 S th RFID đ

c cho phép th c hi n: 1.

 S m t kh u có th nh p vào đúng: 1.
ii


2. N i dung th c hi n:

Thu th p d li u quy trình đ thi t k m t h th ng b o m t.
Các gi i pháp trong vi t thi t k mô hình.
L a ch n các thi t b trong vi c thi t k mô hình h th ng b o m t.
Thi t k h th ng đi u khi n.
Thi t k mô hình.
ánh giá k t qu th c hi n.
III. NGÀY GIAO NHI M V :

19/03/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 31/06/2019
V. H VÀ TÊN CÁN B H
CÁN B H

NG D N

NG D N: Th.S Nguy n Duy Th o
BM. I N T

CỌNG NGHI P ậ Y SINH

iii


TR

NG H SPKT TP. H CHệ MINH

C NG HọA Xẩ H I CH NGH A VI T NAM

KHOA I N- I N T
B

MỌN I N T

CL P-T

CỌNG NGHI P ậ Y SINH

DO - H NH PHÚC

----o0o----

Tp. HCM ngày 31 tháng 06 n m 2019

L CH TRỊNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên 1: Lê Hoàng Thành
L p: 15141DT1C

MSSV: 15141342

H tên sinh viên 2: H

ình V

ng

L p: 15141DT2B

MSSV: 15141334

Tên đ tài: THI T K VÀ THI CỌNG H TH NG B O M T
X

NG D NG

Lụ NH
Tu n/ngày
Tu n 1
T 19/03/2019

Xác nh n

N i dung

GVHD

G p GVHD nh n đ tài.
Vi t đ c

ng chi ti t.

đ n 26/03/2019
Tu n 2
T 27/03/2019

Tìm hi u các đ tài đư nghiên c u liên quan đ n ng

d ng x lý nh vào h th ng b o m t.

đ n 02/04/2019
Tu n 3

G p GVHD đ báo cáo v h

ng th c hi n đ tài.

T 03/04/2019
đ n 09/04/2019
Tu n 4

Tìm hi u v Raspberry, RFID, Arduino.

T 10/04/2019
đ n 16/04/2019
Tu n 5

L p trình giao ti p Raspberry v i Module Camera

T 17/04/2019
đ n 23/04/2019

iv


Tu n 6
T 24/04/2019

L p trình giao ti p Raspberry v i RFID và ma tr n
phím.

đ n 30/04/2019
Tu n 7

L p trình giao ti p Arduino v i L298N và đ ng c .

T 01/05/2019
đ n 07/05/2019
Tu n 8
T 08/05/2019

Thi t k mô hình.
L p trình k t n i các ch

ng trình l i v i nhau.

đ n 14/05/2019
Tu n 9
T 15/05/2019

Báo cáo ti n đ cho GVHD.
Hoàn thi n mô hình.

đ n 21/05/2019
Tu n 10
T 22/05/2019

Vi t báo cáo.

Ki m tra ho t đ ng c a h th ng.

đ n 29/05/2019
Tu n 11
T 30/05/2019

Hoàn t t báo cáo.
Kh c ph c các s c .

đ n 05/06/2019
Tu n 12
T 06/06/2018

Vá l i các s c n u có.
Hoàn thi n ch nh chu báo cáo, chu n b g p GVPB
và b o v .
GV H

NG D N

(Ký và ghi rõ h và tên)

v


L I CAM OAN
tài này là do nhóm đ án t nghiên c u và th c hi n d a vào m t s tài li u tham kh o
tr

c đó và không sao chép t tài li u hay các công trình nào.

Nhóm th c hi n.

vi


L IC M

N

Nhóm th c hi n đ án xin g i l i c m n đ n th y GVHD Th.S Nguy n Duy Th o
đư tr c ti p h

ng d n, tham gia đóng góp, g i ý các ý ki n, chia s nhi u nh ng kinh

nghi m và t n tình giúp đ c ng nh t o đi u ki n t t và tho i mái nh t đ chúng em có th
hoàn thành t t đ tài này.
Em xin g i l i c m n đ n các quý th y cô khoa i n ậ

i n t đư giúp đ và t o

đi u ki n t t cho chúng em th c hi n đ tài.
Ngoài ra, chúng em c ng c m

n các b n h c

l p 15141DT1C c ng nh

15141DT2B đư chia s và giúp đ chúng em r t nhi u trong đ tài này.
Xin chân thành c m n t t c !
Nhóm th c hi n.

vii


M CL C
Trang bìa ............................................................................................................................ i
Nhi m v đ án t t nghi p ................................................................................................ii
L ch trình th c hi n đ án t t nghi p ............................................................................... iv
L i cam đoan .................................................................................................................... vi
L i c m n ......................................................................................................................vii
M c l c .......................................................................................................................... viii
Li t kê hình v .................................................................................................................. xi
Li t kê b ng .................................................................................................................... xiv
CH

NG 1: T NG QUAN........................................................................................... 1

1.1.

t v n đ .............................................................................................................. 1

1.2.

M c tiêu ................................................................................................................. 2

1.3.

N i dung nghiên c u .............................................................................................. 2

1.4.

Gi i h n .................................................................................................................. 3

1.5.

B c c..................................................................................................................... 3

CH

NG 2: C

2.1.

T ng quan v x lý nh .......................................................................................... 4

S

Lụ THUY T .............................................................................. 4

2.1.1. Gi i thi u v x lý nh ........................................................................................... 4
2.1.2. Các b
2.1.3. Ph

c c b n trong x lý nh ........................................................................... 5

ng pháp nh n di n khuôn m t ........................................................................ 6

2.1.4. Ngôn ng Python và th vi n OpenCV ................................................................. 7
2.2.

Quy trình ho t đ ng c a khóa c a thông minh .................................................... 12

2.2.1. Mô t quy trình nh n di n khuôn m t .................................................................. 12
2.2.2. Quá trình ho t đ ng c a khóa thông minh b ng công ngh RFID k t h p v i
4x4 Matrix Keypad Module. ...........................................................................................12

2.3.

Gi i thi u ph n c ng ............................................................................................ 13

2.3.1. Gi i thi u các chu n giao ti p ........................................................................................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. Gi i thi u v ma tr n phím 4x4. .....................................................................................27

viii


2.3.6. Lcd 20x4 .........................................................................................................................29
2.3.7. Arduino Uno R3 ..............................................................................................................31
2.3.8. Module đi u khi n đ ng c L298 ...................................................................................33

CH

NG 3: TệNH TOÁN VÀ THI T K ............................................................... 36

3.1.

Gi i thi u.............................................................................................................. 36

3.2.

Tính toán và thi t k h th ng .............................................................................. 36

3.2.1. Thi t k s đ kh i h th ng ................................................................................ 36
3.2.2. Tính toán và thi t k m ch ................................................................................... 38
3.2.3. S đ k t n i toàn m ch ........................................................................................ 46
3.2.4. S đ nguyên lý c a toàn m ch ........................................................................... 47
CH

NG 4: THI CỌNG H TH NG ...................................................................... 48

4.1.

Gi i thi u.............................................................................................................. 48

4.2.

L p trình cho h th ng ......................................................................................... 49

4.2.1 L u đ gi i thu t ................................................................................................... 49
4.4.2. Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n................................................................... 55
4.3.

Vi t tài li u h

ng d n s d ng, thao tác ............................................................ 59

CH

NG 5: K T QU ậ NH N XÉT ậ ÁNH GIÁ ............................................. 63

5.1.

K t qu đ t đ

5.2.

K t qu th c nghi m ............................................................................................ 64

c .................................................................................................. 63

5.2.1. Mô hình s n ph m ................................................................................................ 64
5.2.2. Kh i đ ng h th ng .............................................................................................. 64
5.2.3. K t qu th c nghi m t vi c nh n di n khuôn m t ............................................. 65
5.2.4. Ch n ch đ ho t đ ng cho h th ng ................................................................... 66
5.2.5. Ki m tra thông tin ng

i dùng ............................................................................. 68

5.2.6. Xóa và t o th thành viên m i ............................................................................. 68
5.2.7. Ki m tra m t kh u và t o m t kh u m i .............................................................. 73
5.2.8. Ki m tra ho t đ ng c a đ ng c .......................................................................... 76
5.3.

Nh n xét ậ đánh giá ............................................................................................. 77

5.3.1. Nh n xét ............................................................................................................... 77

5.3.2.

ánh giá ............................................................................................................... 78
ix


CH

NG 6: K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N ........................................... 81

6.1.

K t lu n ................................................................................................................ 81

6.2.

H

ng phát tri n .................................................................................................. 82

TÀI LI U THAM KH O ............................................................................................ xv

x


LI T Kể HỊNH V
Hình

Trang

Hình 2.1 Các b

c trong x lý nh ................................................................................... 5

Hình 2.2 Giao di n c a Raspberry ch y h đi u hành Raspbian ...................................... 8
Hình 2.3 C a s cho phép ho t đ ng các chu n giao ti p ................................................ 8
Hình 2.4 Ph n m m Python ............................................................................................ 10
Hình 2.5 H

ng d n m máy o đ s d ng th vi n OpenCv ...................................... 11

Hình 2.6 Ph n tr m chu k 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 S đ chân Raspberry Pi 3 ............................................................................. 20
Hình 2.11 C u trúc ph n c ng c a Raspberry Pi 3 ......................................................... 20
Hình 2.12 Raspberry Pi Camera Module ........................................................................ 21
Hình 2.13 Raspberry Pi Camera Module V2 .................................................................. 21
Hình 2.14 K t n i Camera v i Raspberry Pi 3 ............................................................... 23
Hình 2.15 M Camera cách 1 ......................................................................................... 24
Hình 2.16 M Camera cách 2 ......................................................................................... 24
Hình 2.17 nh đ

c ch p và l u .................................................................................... 25

Hình 2.18 Th RFID S50 lo i móc khóa ........................................................................ 25
Hình 2.19 Th nh a NFC RFID ...................................................................................... 25

Hình 2.20 RFID Reader .................................................................................................. 26
Hình 2.21 Module RFID RC522 ..................................................................................... 26
Hình 2.22 M ch y file đ ki m tra RFID ...................................................................... 27
Hình 2.23 K t qu ki m tra RFID l n 1 .......................................................................... 28
Hình 2.24 K t qu ki m tra RFID l n 2 .......................................................................... 28
Hình 2.25 Bàn phím ma tr n 4x4 .................................................................................... 28
Hình 2.26 S đ chân ma tr n phím 4x4 ........................................................................ 29
Hình 2.27 Lcd 20x4......................................................................................................... 29
Hình 2.28 S đ chân Lcd 20x4 ...................................................................................... 30
xi


Hình 2.29 Arduino Uno R3 ............................................................................................. 31
Hình 2.30 Module đi u khi n đ ng c L298 .................................................................. 33
Hình 2.31 S đ chân c a module L298 ......................................................................... 34
Hình 2.32 M ch nguyên lý c a module L298 ................................................................. 34
Hình 3.1 S đ kh i c a h th ng ................................................................................... 36
Hình 3.2 S đ nguyên lý k t n i kh i thu tín hi u hình nh v i Raspberry ................. 38
Hình 3.3 K t n i Camera th c t .................................................................................... 39
Hình 3.4 S đ nguyên lý k t n i RC522, ma tr n phím 4x4 v i Raspberry Pi 3 .......... 40
Hình 3.5 S đ nguyên lý k t n i LCD 20x4 v i Raspberry Pi 3 .................................. 41
Hình 3.6 S đ nguyên lý k t n i kh i đi u khi n đ ng c ............................................ 42
Hình 3.7 S đ nguyên lý ngo i vi s d ng .................................................................... 43
Hình 3.8 S đ k t n i th nh v i Raspberry ................................................................ 44
Hình 3.9 S đ chân Raspberry Pi 3 ............................................................................... 44
Hình 3.10 S đ k t n i toàn m ch ................................................................................. 46
Hình 3.11 S đ nguyên lý c a m ch ............................................................................. 47
Hình 4.1 L u đ ch

ng trình chính ............................................................................... 49

Hình 4.2 L u đ ch

ng trình nh n d ng ....................................................................... 51

Hình 4.3 L u đ ch

ng trình x lý nh ch p ................................................................ 52

Hình 4.4 L u đ ch

ng trình đi u khi n đ ng c ......................................................... 53

Hình 4.5 L u đ ch

ng trình cho phép ch y đ ng c ch y thu n ................................ 54

Hình 4.6 L u đ ch

ng trình cho phép ch y đ ng c ch y ngh ch .............................. 54

Hình 4.7 L u đ ch

ng trình d ng đ ng c ................................................................. 55

Hình 4.8 Ph n m m l p trình Arduino IDE .................................................................... 56
Hình 4.9 Giao di n chính c a ph n m m Arduino IDE .................................................. 56
Hình 4.10 Trang web phpMyadmin ................................................................................ 57
Hình 4.11 T o tên b ng và s c t .................................................................................... 58
Hình 4.12 Cài đ t các thông s cho các c t .................................................................... 58

Hình 4.13 B ng đư hoàn thành ........................................................................................ 59
Hình 4.14 B t công t c c p ngu n cho h th ng ............................................................ 60
Hình 4.15 L nh m môi tr

ng o.................................................................................. 60
xii


Hình 4.16 i đ n đ

ng d n l u file ch y ch

ng trình ................................................ 61

Hình 4.17 Ch y ch

ng trình .......................................................................................... 61

Hình 4.18 Camera đang quay video đ nh n di n khuôn m t ........................................ 61
Hình 4.19 Mô hình c a m t tr

c ................................................................................... 62

Hình 4.20 Ti n hành đ c th RFID ................................................................................. 62
Hình 5.1 Mô hình h th ng ............................................................................................. 64
Hình 5.2 B t kh i đ ng Raspberry.................................................................................. 64
Hình 5.3 Khuôn m t đ t đúng chu n .............................................................................. 65
Hình 5.4 úng khuôn m t nh ng đ t quá xa .................................................................. 65
Hình 5.5 Nh n di n khuôn m t c a ng

i l .................................................................. 66

Hình 5.6 LCD hi n th khi nh n di n khuôn m t ............................................................ 66
Hình 5.7

i ch đ ho t đ ng cho h th ng.................................................................. 67

Hình 5.8 Cách th c quét th thành viên .......................................................................... 68
Hình 5.9 Nh n nút Delete đ xóa th .............................................................................. 69
Hình 5.10 Sau khi xóa th ............................................................................................... 69
Hình 5.11 M t th RFID m i .......................................................................................... 70
Hình 5.12 Sau khi nh n nút Insert ................................................................................... 70
Hình 5.13 Nh p tu i ........................................................................................................ 71
Hình 5.14 Nh p gi i tính................................................................................................. 71
Hình 5.15 K t qu c a vi c thêm th .............................................................................. 72
Hình 5.16 Quét th đúng và cho phép nh p m t kh u .................................................... 73
Hình 5.17 B t đ u nh p m t kh u ................................................................................... 74
Hình 5.18 M t kh u đúng................................................................................................ 75
Hình 5.19 M t kh u sai ................................................................................................... 75
Hình 5.20 Nh n phím ‘A’ đ thay đ i m t kh u ............................................................. 76
Hình 5.21 Nh p đ 5 kí t ............................................................................................... 76

xiii


LI T Kể B NG
B ng

Trang

B ng 3.1 B ng th ng kê dòng tiêu th c a các thi t b ................................................... 45
B ng 5.1 B ng giám sát đánh giá h th ng b o m t
ph

ng th c nh n di n khuôn m t ............................................................................... 79

xiv


CH

NG 1. T NG QUAN

Ch

ng 1. T NG QUAN

1.1.

TV N
Ngày nay nhi u thi t b thông minh ra đ i nó có th thay m t chìa khóa đ m c a,

có th thay th con ng

i đ đi u khi n v t d ng thông qua m t vài c ch , gi ng nói và

đ c bi t là t hình nh c a con ng
nh ng s n ph m ph bi n và đ
càng đ

i. H th ng b o m t thông minh c ng đang là m t trong

c gi i công ngh r t quan tâm. Các h th ng b o m t ngày

c tích h p thêm nhi u các thi t b đi n t đ t ng c

nên s tin c y cho ng

ng t i đa đ b o m t và t o

i s d ng. Th nên b o m t h th ng d n đ

c ng d ng nhi u h n

vào th c ti n đ i s ng v i m c đích c b n nh t là đ b o v các tài s n nh : ti n b c, nhà
c a, h s …
Hi n nay c ng có m t s bài nghiên c u c a sinh viên c ng làm v nh n d ng khuôn
m t, đ án t t nghi p c a Nguy n Th
d ng c m xúc khuôn m t ng
Uno R3 và ph

ài Trang và Hà Ti n D

ng nghiên c u v nh n

i đ đi u khi n Servo m c a, trong đó s d ng Arduino

ng pháp nh n d ng PCA đ đi u khi n Servo m c a theo 3 c m xúc trên

khuôn m t: vui, bu n, ng c nhiên.

Công ngh RFID đang đ
Tuy nhiên

c ng d ng trên th gi i, ch y u là các n

c phát tri n.

Vi t Nam, công ngh RFID v n là công ngh m i và v n ch a đ

r ng rãi do thi u công ngh s n xu t mà ph i ph thu c vào linh ki n t n

c áp d ng

c ngoài.

V i xu th áp d ng mô hình t đ ng hóa ngày càng nhi u t i Vi t Nam, vi c áp d ng
mô hình khóa c a b o m t t đ ng k t h p công ngh RFID s có nhi u u đi m h n so
v i mô hình b o m t truy n th ng nh :
 Ti t ki m chi phí thuê nhân công.
 Ki m soát t t h n.
 D dàng qu n lý tài s n.
 Chi phí ho t đ ng gi m.
V i m c tiêu mu n ti p c n v i công ngh đang phát tri n và đ

c quan tâm trên

chúng em quy t đ nh làm đ tài “THI T K VÀ THI CÔNG H TH NG B O M T
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

1


CH

NG 1. T NG QUAN

NG D NG X

NH”. Nhóm th c hi n đ án mong mu n t o ra m t h th ng b o

LÝ

m t s d ng x lí nh đ nh n d ng khuôn m t k t h p v i th master card RFID và mã
PIN Keypad trên Raspberry Pi 3 Model B và dùng Arduino đ đi u khi n đ ng c DC 12V
đ m ho c đóng c a.

1.2. M C TIÊU
T ođ

c m t h th ng b o m t 2 ph

ng pháp. V i ph

ng pháp th nh t là ng

d ng x lí nh đ nh n d ng khuôn m t d a trên ngôn ng Python v i th vi n chính là

OpenCV. Ph

ng pháp th hai là ph

ng pháp d phòng nh m tr

ng h p h th ng nh n

d ng khuôn m t không thành công vì các nguyên nhân khách quan đ n c nh m t b bi n
d ng, ph

ng pháp th 2 bao g m công ngh RFID có ch c n ng cho phép Keypad ho t

đ ng. N u th tag đ a đ n đ u đ c Reader mà có UID trùng v i d li u đ

c l u thì h

th ng s cho phép nh p mã PIN t Keypad. T t c đ u đ

c vi t b ng ngôn ng Python

trên Board m ch Raspberry PI 3. T đó nh ng m c tiêu đ

c đ t ra trong đ tài là:

 Thi t k đ

c mô hình c a t đ ng

 Thi t k bu ng sáng

 Thi t k m t c s d li u đ l u thông tin ng

i dùng

 Thi t k giao ti p gi a Module RFID v i máy tính
 Thi t k c s d li u đ l u hình nh đ

c hu n luy n

1.3. N I DUNG NGHIÊN C U
 Thi t k và thi công h th ng b o m t.
 L p ráp các kh i đi u khi n vào mô hình c a.
 Ch y th nghi m h th ng b o m t.
 Cân ch nh h th ng.
 Vi t sách đ án.
 Báo cáo đ tài t t nghi p.

1.4. GI I H N
 Thi t k mô hình c a đ thay th h th ng b o m t.
 S d ng đ ng c DC 12V đ đi u khi n c a.
 Nh n di n khuôn m t b ng Camera Raspberry Pi v i kit Raspberry.
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

2

CH

NG 1. T NG QUAN

 Dùng Arduino Uno R3 đ đi u khi n đ ng c DC 12V
 Có bu ng sáng s d ng đèn led tr ng 12V đ cho ph

ng pháp nh n d ng đ t

k t qu t t trong m i đi u khi n th i ti t.
 Có 3 nút nh n: nút Mode chuy n ch đ nh n d ng, nút Insert đ cài đ t thông
tin và thêm th m i và cu i cùng nút Delete đ xóa th .
 D li u đ c t th RFID s đ

c l u trên MySQL g m có 4 thông s : Tên,

ID, tu i, gi i tính.
 Dùng th RFID RC522 đ cho phép nh p m t kh u t bàn phím ma tr n 4x4
đ m c a làm mã d phòng.

1.5. B
Ch

C C

ng 1: T ng Quan
Ch

ng này trình bày lý do ch n đ tài, m c tiêu, n i dung nghiên c u, các gi i h n và

b c c đ án.
Ch

ng 2: C S Lý Thuy t.
Ch

ng này trình bày v x lý nh, gi i thi u ngôn ng Python và th vi n OpenCv,

nguyên lý ho t đ ng c a h th ng qua hai ph

ng pháp, gi i thi u các chu n giao ti p đ

c

s d ng trong h th ng, gi i thi u ph n c ng.
Ch

ng 3: Thi t K và Tính toán
ch

ng này chúng em trình bày v : thi t k s đ kh i cho h th ng, tính toán thi t

k cho t ng kh i, s đ nguyên lý c a toàn m ch, thi t k bu ng sáng.
Ch

ng 4: Thi công h th ng
Ch

ng này trình bày s đ : m ch in, các linh ki n s d ng trong m ch, thi công mô

hình, l p trình h th ng, vi t l u đ gi i thu t, vi t tài li u h
Ch

ng d n s d ng thao tác.

ng 5: K t Qu , Nh n Xét và ánh Giá
Ch

ng này trình bày k t qu c a quá trình nghiên c u, n u ra nh ng khó kh n trong

quá trình làm và cách kh c ph c, nh n xét mô hình đư làm có đ t hay không.
Ch

ng 6: K t Lu n và H
Ch

ng Phát Tri n

ng này trình bày: đánh giá mô hình ho t đ ng n hay không, đ t bao nhiêu

ph n tr m so v i ban đ u đ t ra.
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

3

CH

NG 2. C

Ch

S

LÝ THUY T

ng 2. C

S

2.1. T NG QUAN V X

LÝ THUY T
LÝ NH

2.1.1. Gi i thi u v x lý nh [6]
X lý nh là m t l nh v c mang tính khoa h c và công ngh . Nó là m t ngành khoa
h c m i so v i nhi u ngành khoa h c khác nh ng t c đ phát tri n đang r t nhanh, kích
thích các trung tâm nghiên c u, ng d ng, đ c bi t là máy tính chuyên d ng riêng cho nó.
Các ph

ng pháp x lý nh b t đ u t các ng d ng chính: nâng cao ch t l

ng nh báo đ

c

truy n qua cáp t Luân ôn đ n New York t nh ng n m 1920. Hi n nay x lý nh đ

c

và phân tích nh.

ng d ng đ u tiên đ

c bi t đ n là nâng cao ch t l

ng nh

ng d ng trong nhi u l nh v c: Chính tr , y t , giáo d c... 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. 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.
C ng nh x lý d li u b ng đ ho , x lý nh s là m t l nh v c c a tin h c ng
d ng. X lý d li u b ng đ h a đ c p đ n nh ng nh nhân t o, các nh này đ
nh là m t c u trúc d li u và đ
ph

c t o b i các ch

c xem xét

ng trình. X lý nh s bao g m các

ng pháp và k thu t bi n đ i, đ truy n t i ho c mã hoá các nh t nhiên. M c đích

c a x lý nh g m:
 Bi n đ i nh làm t ng ch t l

ng nh.

 T đ ng nh n d ng nh, đoán nh n nh, đánh giá các n i dung c a nh.
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 mà đ u vào là m t hình nh và đ u ra c ng là m t hình nh, s n ph m đ u ra đ
th c hi n trong m t quá trình x lý, đó chính là quá trình x lý nh. Nó có th đ
thành x lý hình nh t
b

ng t và x lý hình nh k thu t s .

c c n thi t trong x lý nh.

d t

ng t

u tiên, nh t nhiên t th gi i ngoài đ

các thi t b thu (nh Camera, máy ch p nh) sau đó nó đ

c

c chia

ng, xét các

c thu nh n qua

c chuy n tr c ti p thành nh s

t o thu n l i cho x lý ti p theo.
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

4


CH

NG 2. C

S

2.1.2. Các b
Thu nh n nh

LÝ THUY T
c c b n trong x lý nh [6]

Ti n x lý nh

Phân đo n nh

Hình 2.1. Các b

Bi u di n nh

c trong x lý nh

Ph n thu nh n nh (Image Acquisition):
đen tr ng. Th

Nh n d ng nh

ng nh nh n qua camera là nh t

nh có th nh n qua camera màu ho c
ng t (lo i camera ng chu n CCIR v i

t n s 1/25, m i nh 25 dòng), c ng có lo i camera đư s hoá (nh lo i CCD ậ Change
Coupled Device) là lo i photodiot t o c

ng đ sáng t i m i đi m nh. Camera th

dùng là lo i quét dòng; nh t o ra có d ng hai chi u. Ch t l
ph thu c vào thi t b thu, vào môi tr

ng m t nh thu nh n đ

c

ng (ánh sáng, phong c nh).

Ti n x lý (Image Processing): Sau b thu nh n, nh có th nhi u đ t
th p nên c n đ a vào b ti n x lý đ nâng cao ch t l
lý là l c nhi u, nâng đ t

ng

ng ph n

ng. Ch c n ng chính c a b ti n x

ng ph n đ làm nh rõ h n, nét h n.

Phơn đo n nh: Phân đo n nh là tách m t nh đ u vào thành các vùng thành ph n
đ bi u di n phân tích, nh n d ng nh. ây là ph n ph c t p khó kh n nh t trong x lý nh
và c ng d gây l i, làm m t đ chính xác c a nh. K t qu nh n d ng nh ph thu c r t
nhi u vào công đo n này.
Bi u di n nh:

u ra nh sau phân đo n ch a các đi m nh c a vùng nh ( nh đư

phân đo n) c ng v i mã liên k t v i các vùng l n c n. Vi c bi n đ i các s li u này thành
d ng thích h p là c n thi t cho x lý ti p theo b ng máy tính. Vi c ch n các tính ch t đ
th hi n nh g i là trích ch n đ c tr ng (Feature Selection) g n v i vi c tách các đ c tính
c a nh d
v iđ it

i d ng các thông tin đ nh l

ng ho c làm c s đ phân bi t l p đ i t

ng khác trong ph m vi nh nh n đ

ng này

c. Ví d : trong nh n d ng ký t trên phong

bì th , chúng ta miêu t các đ c tr ng c a t ng ký t giúp phân bi t ký t này v i ký t
khác.
Nh n d ng và n i suy nh: Nh n d ng nh là quá trình xác đ nh nh. Quá trình này
th

ng thu đ

c b ng cách so sánh v i m u chu n đư đ

c h c (ho c l u) t tr

c. N i

suy là phán đoán theo ý ngh a trên c s nh n d ng. Ví d : m t lo t ch s và nét g ch
ngang trên phong bì th có th đ
B

MỌN I N T

c n i suy thành mư đi n tho i. Có nhi u cách phân loai

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

5


CH

NG 2. C

S

nh khác nhau v

LÝ THUY T

nh. Theo lý thuy t v nh n d ng, các mô hình toán h c v

nh đ

c

phân theo hai lo i nh n d ng nh c b n: - Nh n d ng theo tham s . - Nh n d ng theo c u
trúc. M t s đ i t

ng nh n d ng khá ph bi n hi n nay đang đ

c áp d ng trong khoa h c

và công ngh là: nh n d ng ký t (ch in, ch vi t tay, ch ký đi n t ), nh n d ng v n b n

(Text), nh n d ng vân tay, nh n d ng mã v ch, nh n d ng m t ng
C s tri th c: Nh đư nói
đ sáng t i, dung l

trên, nh là m t đ i t

ng đi m nh, môi tr

ng khá ph c t p v đ

cách c a con ng

pháp trí tu con ng
2.1.3. Ph

i ta mong mu n b t ch

i. Trong các b
i. Vì v y,

ng nét,

ng đ thu nh phong phú kéo theo nhi u. Trong

nhi u khâu x lý và phân tích nh ngoài vi c đ n gi n hóa các ph
b o ti n l i cho x lý, ng

i…

ng pháp toán h c đ m

c quy trình ti p nh n và x lý nh theo

c x lý đó, nhi u khâu hi n nay đư x lý theo các ph
đây các c s tri th c đ

ng

c phát huy.

ng pháp nh n di n khuôn m t

Có nhi u nghiên c u tìm ph

ng pháp xác đ nh khuôn m t ng

i, t

nh xám đ n

ngày nay là nh màu. D a vào tính ch t c a các ph

ng pháp xác đ nh khuôn m t ng

trên nh. Các ph

ng ti p c n chính. Ngoài b n h

ng pháp này đ

c chia làm b n h

này, nhi u nghiên c u có khi liên quan đ n không nh ng m t h
quan nhi u h n m t h

ng

ng ti p c n mà có liên

ng chính:

 H

ng ti p c n d a trên tri th c.

 H

ng ti p c n d a trên đ c tr ng không thay đ i.

 H

ng ti p c n d a trên so kh p m u.

 H

ng ti p c n d a trên di n m o.

Trong đ tài này chúng em th c hi n theo h
Dùng các m u chu n c a khuôn m t ng
t cho khuôn m t ng

i

ng ti p c n d a trên so kh p m u:

i (các m u này đ

c ch n l a và l u tr ) đ mô

i hay các đ c tr ng khuôn m t. Các m i t

đ a vào và các m u dùng đ xác đ nh khuôn m t ng

ng quan gi a d li u nh

i. Và s d ng ph

ng pháp phân tích

thành ph n chính ậ PCA.
Ph

ng pháp nh n d ng PCA: Phân tích thành ph n chính PCA (Principal

Component Analysis) là m t thu t toán s d ng phép bi n đ i tr c giao đ bi n đ i m t t p
h p d li u t m t không gian nhi u chi u sang m t không gian m i ít chi u h n (2 ho c
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

6


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

3 chi u) nh m t i u hóa vi c th hi n s bi n thiên c a d li u. PCA m t trong nh ng ng
d ng h u ích trong vi c nh n d ng m t và nén nh, là ph

ng pháp phân tích d li u nhi u

bi n đ n gi n nh t [8].
Phép bi n đ i t o ra nh ng u đi m nh :
 Gi m s chi u c a không gian ch a d li u: t o ra m t nh m i t
này có kích th

nh ban đ u, nh

t nh h n nhi u so v i nh ban đ u nh ng v n gi l i nh ng nét

đ c tr ng nh t t

nh ban đ u.

 Thay vì gi l i các tr c t a đ c a không gian c . PCA xây d ng nh ng tr c t a đ
m i nh ng có kh n ng bi u di n d li u t

ng đ

ng, và đ m b o đ bi n thiên

c a d li u trên m i chi u m i.
 Trong không gian m i, các liên k t ti m n c a d li u có th đ

c khám phá, mà

n u đ t trong không gian c thì khó phát hi n h n vì nh ng liên k t này không th
hi n rõ.
 Các tr c t a đ trong không gian m i là t h p tuy n tính c a không gian c . Các
tr c này luôn đ

c tr c giao đôi m t v i nhau m c dù trong không gian ban đ u các

tr c có th không tr c giao.
Nói m t cách ng n g n, m c tiêu c a PCA là tìm m t không gian m i v i s chi u
nh h n không gian c . Các tr c t a đ không gian m i đ

c xây d ng sao cho trên m i

tr c, đ bi n thiên c a d li u trên đó là l n nh t.
Các khái ni m toán h c đ
sai, hi p ph

c s d ng trong PCA bao g m:

l ch chu n, ph

ng

ng sai, véct riêng, giá tr riêng.

2.1.4. Ngôn ng Python vƠ th vi n OpenCV
Tr

c tiên đ Raspberry ho t đ ng thì ta ph i cài h đi u hành cho nó, chúng em

ch n h đi u hành Raspbian đ cài đ t cho Raspberry thông qua th nh SD 32GB.
H đi u hành Raspbian:

ây là h đi u hành c b n, ph bi n nh t và do chính

Raspberry Pi Foundation cung c p. Nó c ng đ
ng

c hãng khuy n cáo s d ng, nh t là cho

i m i b t đ u làm quen v i RPI. Raspbian có dung l

ng sau khi gi i nén là kho ng

g n 4GB, b n c n t i thi u 1 cái th 4GB đ có th s d ng Raspbian. Tuy nhiên, chúng tôi
ngh b n nên s d ng th t i thi u 8GB vì b n c n cài thêm các ng d ng khác n a [8].
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

7


CH

NG 2. C

Raspbian đ

S

ch

LÝ THUY T

ng đ n ng

i dùng có m c đích:

 S d ng Raspberry Pi nh máy tính v n phòng đ l

t web, so n v n b n, check

mail và thi tho ng nghe nh c/xem phim.
 Nghiên c u phát tri n các thi t b đi u khi n t đ ng.

 S d ng nh m t máy ch cung c p các d ch v nh web, file server, printer server,...
Sau khi cài xong thì giao di n c a Raspberry nh hình:

Hình 2.2. Giao di n c a Raspberry ch y h đi u hành Raspbian

Hình 2.3. C a s cho phép ho t đ ng các chu n giao ti p
ây là c a s đ ch nh và cho phép các chu n ho t đ ng c a Raspberry
 Camera: cho phép camera
 SSH: ho c đ
ng

c g i là Secure Shell, là m t giao th c đi u khi n t xa cho phép

i dùng ki m soát và ch nh s a server t xa qua Internet.

 VNC(Virtual Network Computing) là m t công ngh k thu t dùng đ chia s giao
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

8


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

di n màn hình t xa (remote desktop sharing).
 SPI: là m t chu n đ ng b n i ti p đ truy n d li u

ch đ song công toàn ph n.

 I2C: chu n giao ti p n i ti p 2 dây
Ngôn ng Python:
Python là m t ngôn ng l p trình b c cao cho các m c đích l p trình đa n ng, do
Guido van Rossum t o ra và l n đ u ra m t vào n m 1991. Python đ

c thi t k v i u

đi m m nh là d đ c, d h c và d nh . Python là ngôn ng có hình th c r t sáng s a, c u
trúc rõ ràng, thu n ti n cho ng
ng

i m i h c l p trình. C u trúc c a Python còn cho phép

i s d ng vi t mã l nh v i s l n gõ phím t i thi u.
Python là m t ngôn ng l p trình đ

tr

ng h c đ

c s d ng ph bi n ngày nay t trong môi

ng cho t i các d án l n. Ngôn ng phát tri n nhi u lo i ng d ng, ph n

m m khác nhau nh các ch

ng trình ch y trên desktop, server, l p trình các ng d ng

web... Ngoài ra Python c ng là ngôn ng

a thích trong xây d ng các ch

nhân t o trong đó bao g m machine learning. Ban đ u, Python đ

ng trình trí tu

c phát tri n đ ch y trên

n n Unix, nh ng sau này, nó đư ch y trên m i h đi u hành t MS-DOS đ n Mac OS, OS/2,
Windows, Linux và các h đi u hành khác thu c h Unix.
Python do Guido van Rossum t o ra n m 1990. Python đ

c phát tri n trong m t d

án mã m , do t ch c phi l i nhu n Python Software Foundation qu n lý. M c dù s phát
tri n c a Python có s đóng góp c a r t nhi u cá nhân, nh ng Guido van Rossum hi n nay
v n là tác gi ch y u c a Python. Ông gi vai trò ch ch t trong vi c quy t đ nh h

ng

phát tri n c a Python.
Qua nhi u n m phát tri n thì có nhi u phiên b n: Python 1, Python 2, Python 3.

Nhóm em s d ng phiên b n Python 3.5.7 đ vi t ch

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng trình [8].

9


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Gi i thi u ngôn ng Python

Hình 2.4. Ph n m m Python
c i m N i B t C a Python
Python là ngôn ng có hình th c đ n gi n, cú pháp ng n g n, s d ng m t s l
t khoá, do đó Python là m t ngôn ng d h c đ i v i ng

ng ít các

i m i b t đ u tìm hi u. Python

là ngôn ng có mã l nh (source code hay đ n gi n là code) không m y ph c t p. C tr
h p b n ch a bi t gì v Python b n c ng có th suy đoán đ

ng

c ý ngh a c a t ng dòng l nh

trong source code.
Python có nhi u ng d ng trên nhi u n n t ng, ch
Python có th đ

ng trình ph n m m vi t b ng ngôn ng

c ch y trên nhi u n n t ng h đi u hành khác nhau bao g m Windows,

Mac OSX và Linux.
Th vi n OpenCV [8]
Gi i thi u OpenCV
OpenCV (Open Source Computer Vision Library) là m t th vi n mã ngu n m , nó
là mi n phí cho nh ng ai b t đ u ti p c n v i các h c thu t. OpenCV đ

c ng d ng trong

nhi u l nh v c nh cho th giác máy tính hay x lý nh và máy h c. Th vi n đ

c l p trình

trên các ngôn ng c p cao: C++, C, Python, hay Java và h tr trên các n n t ng Window,

Linux, Mac OS, iOS và Android. OpenCV đư đ

c t o ra t i Intel vào n m 1999 b i Gary

Bradsky, và ra m t vào n m 2000. Opencv có r t nhi u ng d ng: Nh n d ng nh, x lý
hình nh, ph c h i hình nh/video, th c t

B

MỌN I N T

o,…

đ tài này th vi n OpenCV đ

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

c ch y

10


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

trên ngôn ng Python. OpenCV đ

c dùng làm th vi n chính đ x lý hình nh đ u vào

và sau đó đi nh n d ng nh
c đi m OpenCv
OpenCV Là m t th vi n m nên s d ng các thu t toán m t cách mi n phí, cùng
v i vi c chúng ta c ng có th đóng góp thêm các thu t toán giúp Th vi n thêm ngày càng
phát tri n.
M ts

ng d ng n i b t Opencv nh : Nh n d ng nh, X lý hình nh, Ph c h i

hình nh/video, Th c t

o, ng d ng trong Machine Learning…

Các tính n ng c a th vi n OpenCV:
i v i hình nh, chúng ta có th đ c và l u hay ghi chúng.



 V Video c ng t

ng t nh hình nh c ng có đ c và ghi.

 X lý hình nh có th l c nhi u cho nh, hay chuy n đ i nh.
 Th c hi n nh n d ng đ c đi m c a hình d ng trong nh.
 Phát hi n các đ i t

ng xác đ nh đ

c xác đ nh tr

c nh khuôn m t, m t, xe trong

video ho c hình nh.
 Phân tích video,...
t

cl

ng chuy n đ ng c a nó, tr n n ra và theo dõi các đ i

ng trong video.

Sau khi cài đ t xong thì ta th c hi n l nh trên Terminal đ m máy o

Hình 2.5. H

B

MỌN I N T

ng d n m máy o đ s d ng th vi n OpenCv

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

11