Luận Văn Ứng dụng xử lý ảnh thiết kế thi công mạch chống trộm thông minh

TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH
---------------------------------

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

TRUY N THÔNG

TÀI:

NG D NG X

LÝ NH THI T K

THI CÔNG M CH CH NG TR M
THÔNG MINH
GVHD : ThS. Võ

c D ng

SVTH: T ng Nguy n Công Thiên
MSSV : 13141328

Tp. H Chí Minh - 7/2018


TR

NG
B

B GIÁO D C & ÀO T O
I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH
KHOA I N – I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P – Y SINH
---------------------------------

ÁN T T NGHI P
NGÀNH K THU T I N T

TRUY N THÔNG

TÀI:

NG D NG X

LÝ NH THI T K

THI CÔNG M CH CH NG TR M
THÔNG MINH
GVHD : ThS. Võ

c D ng

SVTH: T ng Nguy n Công Thiên
MSSV : 13141328

Tp. H Chí Minh - 7/2018


TR
B

NG H. S PH M K THU T
C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
TP. H CHÍ MINH
C L P - T DO - H NH PHÚC
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P Y SINH
Tp. HCM, ngày 16 tháng 7 n m 2018

NHI M V
H tên sinh viên:
Chuyên ngành:
H đào t o:
Khóa:
I. TÊN

TÀI:

II. NHI M V

ÁN T T NGHI P

T ng Nguy n Công Thiên
i n t công nghi p
i h c chính quy
2013

MSSV: 13141328
Mã ngành: 141
Mã h :
1

NG D NG X LÝ NH THI T K
CH NG TR M THÔNG MINH

THI CÔNG M CH

1. Các s li u ban đ u:
 Matlab 2017a.
 S d ng Webcam Logitech.
 Kit đi u khi n chính: Arduino Uno R3, Servo SG90, Module Sim 800A, Ngu n t
ong 10V-5A, Chuông, 2 Led đ n.
2. N i dung th c hi n:

tài th c hi n n i dung phát hi n ng i và nh n di n khuôn m t v i đ u vào là
hình nh l y đ c t webcam, k t qu s đ c g i qua arduino đ đi u khi n Servo
SG90, Module Sim 800A, Chuông, 2 Led đ n. Nhóm s th c hi n các nôi dung nh
sau:
 Tìm hi u v Matlab.
 Tìm hi u v Arduino Uno R3.
 Cài đ t th c vi n cho Arduino và các liên k t gi a Matlab và Arduino.

 Tìm hi u các thu t toán nh n di n, phát hi n ng i và khuôn m t.
 Xây d ng quá trình x lý nh đ u vào.
 Xây d ng h th ng phát hi n ng i và nh n di n khuôn m t đ ng th i g i d li u
thu đ c qua Arduino.
 Xây d ng ch ng trình đi u khi n servo SG90, Module Sim 800A, chuông, 2 Led
đ n.

ánh giá k t qu th c hi n.
III. NGÀY GIAO NHI M V :
21/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/07/2018
V. H VÀ TÊN CÁN B H NG D N:
ThS. Võ
CÁN B H

NG D N

BM. I N T

c D ng
CÔNG NGHI P - Y SINH


TR
B

NG H. S PH M K THU T
TP. H CHệ MINH
KHOA I N- I N T
MÔN I N T CÔNG NGHI P

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
C L P - T DO - H NH PHÚC
Tp.HCM, ngày 19 tháng 03 n m 2018

L CH TRÌNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên : T ng Nguy n Công Thiên ..................................................................
L p:13141DT3B .......................................................... MSSV:13141328 .......................
Tên đ tài: NG D NG X LÝ NH THI T K THI CÔNG M CH CH NG
TR M THÔNG MINH
Tu n/ngày

N i dung

1
(19-25/3)

 G p GVHD đ ph bi n quy đ nh th c hi n,
ch n đ tài, tên đ tài, th i gian làm vi c.
 Duy t đ tài.
 Vi t đ c ng cho đ tài.

2
(26/3-1/4)

 Tìm hi u ho t đ ng và các ki n th c liên quan
t i Arduino và Matlab.

3
(2/4-8/4)
4
(9/4-15/4)

 Cài đ t Matlab, k t n i Arduino v i Matlab.

5
(16/4-22/4)
6
(23/4-29/4)

 Xây d ng h th ng nh n di n và phát hi n
chuy n đ ng con ng i.
 Xây d ng h th ng nh n di n và so sánh
khuôn m t
 Ti n hành xây d ng c s d li u đ l u gi
khuôn m t
 L p trình Arduino v i các chân I/O đ nhúng
d li u.
 Thi t k s đ kh i gi i thích ch c n ng các
kh i c a k t n i ngo i vi.
 Tính toán s li u.

7
(30/4-6/5)
8
(7/5-13/5)

 L p trình và xây d ng ch ng trình cho x lý
hình nh đ u vào trên Matlab.

9
(14/5-20/5)

 Thi công mô hình.
 L p đ t và k t n i các thi t v ngo i vi.

10
(21/5-28/5)

 Ki m tra l i và ch y th ch
hình hoàn ch nh.
 Vi t báo cáo hoàn ch nh.

ng trình trên mô

Xác nh n
GVHD


11
(29/5-3/6)

 Hoàn thi n chính s a báo cáo g i cho GVHD
đ xem xét và góp ý l n cu i.

12
(4/6-11/6)

 N p quy n báo cáo hoàn ch nh và làm slide
powerpoint báo cáo.
GV H NG D N
(Ký và ghi rõ h và tên)

ii


L I CAM OAN
tài này là do nhóm sinh viên T ng Nguy n Công Thiên t th c hi n, d a vào m t s
tài li u tr c đó và không sao chép t tài li u hay công trình đã có tr c đó.

Ng

i th c hi n đ tài

T ng Nguy n Công Thiên

iv


L IC M

N

Trong th i gian th c hi n đ tài, nh ng ng
đình, quý th y cô và b n bè nên đ tài đã đ

i th c hi n đ

c s giúp đ c a gia

c hoàn thành. Nh ng ng

i th c hi n xin

chân thành g i l i c m n đ n:
Th y Võ
tr c ti p h

c D ng, gi ng viên tr

ng

i H c S Ph m K Thu t Tp.HCM đã

ng d n và t n tình giúp đ t o đi u ki n đ nhóm có th hoàn thành t t đ

tài.
Nh ng ng
i n-

i th c hi n c ng xin chân thành cám n đ n các th y cô trong khoa

i n t c a tr

ng

b o, cung c p cho nh ng ng

i H c S Ph m K Thu t Tp.HCM đã t n tình d y d , ch
i th c hi n nh ng ki n th c n n, chuyên môn làm c s đ

hoàn thành đ tài này.
C m n gia đình đã đ ng viên và luôn luôn bên c nh trong nh ng lúc khó kh n
nh t.
Xin g i l i c m n đ n nh ng ng
nh ng ng

i b n sinh viên khoa

i n- i n t đã giúp đ

i th c hi n đ tài đ có th hoàn thành t t đ tài này.

Xin chân thành c m n!
Ng

i th c hi n đ tài:

T ng Nguy n Công Thiên

v


M CL C
Trang bìa .................................................................................................................... i
Nhi m v đ án ........................................................................................................ ii
L ch trình th c hi n đ án t t nghi p ...................................................................... iii

Cam đoan ................................................................................................................ iv
L i c m n ................................................................................................................ v
M c l c .................................................................................................................... vi
Li t kê hình v ......................................................................................................... ix
Li t kê b ng v ........................................................................................................ xi
Tóm t t ................................................................................................................... xii

CH

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

1.1 Lụ DO CH N

TÀI ...................................................................................... 1

1.2 M C TIểU ......................................................................................................... 2
1.2.1 M c tiêu......................................................................................................... 2
1.2.2 Gi i h n ......................................................................................................... 2
1.3 B C C

CH

NG 2. C

ÁN T T NHI P ........................................................................... 2

S

LÝ THUY T ................................................................ 4

2.1 GI I THI U V H TH NG X

Lụ NH .................................................... 4

2.1.1 Ph n thu nh n nh (Image Acquisiton) ......................................................... 5
2.1.2 Ti n x lý (Image Processing) ...................................................................... 6
2.1.3 Phân đo n (Segmentation) hay phân vùng nh ............................................. 6
2.1.4 Bi u di n nh (Image Representation) .......................................................... 6
2.1.5 Nh n d ng và n i suy (Image Recognition and Interpretation) .................... 6
2.1.6 C s tri th c ................................................................................................. 7
2.1.7 Các thành ph n c b n c a h th ng ............................................................ 7
2.2 NH NG V N

C B N TRONG X

Lụ NH ........................................ 8

2.2.1 i m nh (Picture Element) .......................................................................... 8
2.2.2

phân gi i c a nh ..................................................................................... 8

2.2.3 M c xám c a nh .......................................................................................... 9
2.2.4

nh ngh a nh s .......................................................................................... 9
vi


2.3 GI I THI U KHÁI QUÁT V CÁC LINH KI N S D NG TRONG THI T

K , THI CÔNG
TÀI .......................................................................................... 9
2.3.1 M ch Arduino Uno R3 .................................................................................. 9
2.3.2 T ng quan v đ ng c Servo....................................................................... 14
2.3.3 T ng quan v Buzzer................................................................................... 14
2.3.4 Module SIM 800A ...................................................................................... 15

CH

NG 3. TÍNH TOÁN VÀ THI T K . ................................................ 16

3.1 T NG QUAN CÁC K THU T NH N BI T MÀU DA D A TRểN TệNH
CH T I M NH ................................................................................................ 16
3.1.1 Gi i thi u ..................................................................................................... 16
3.1.2 Không gian màu s d ng cho mô hình hóa màu da .................................... 16
3.1.2.1 Không gian màu RGB ............................................................................ 17
3.1.2.2 Không gian RGB chu n hóa .................................................................. 17
3.1.2.3 Không gian màu HIS, HSV, HSL .......................................................... 18
3.1.2.4 Không gian màu HIS ............................................................................. 18
3.1.2.5 Không gian màu HSV ............................................................................ 19
3.1.2.6 Không gian màu HSL ............................................................................ 20
3.1.2.7 Không gian màu TSL ............................................................................. 21
3.1.2.8 Không gian màu Y

......................................................................... 21

3.1.2.9 Các h t a đ không gian màu khác ...................................................... 22
3.1.3 Mô hình hóa màu da .................................................................................... 22
3.1.3.1 Xác đinh ng
3.1.3.2 Ph

ng c th m t đi m nh là màu da ................................. 22

ng pháp mô hình hóa màu da s d ng phân phôi không tham s . 23

3.1.3.3 B ng tra c u chu n c u (LUT – Lookup Table) ................................... 23
3.1.3.4 Phân l p Bayes (bayes Classifier) ......................................................... 24
3.1.3.5 T ng k t ph

ng pháp không tham s ................................................... 25

3.1.3.6 Mô hình hóa phân ph i màu da có tham s ........................................... 25
3.1.3.7 Mô hình d a trên phân ph i Gauss đ n ................................................. 26
3.1.3.8 Mô hình k t h p trên d a trên phân ph i Gauss .................................... 26
3.1.3.9 a phân ph i Gauss ............................................................................... 27
3.1.3.10 T ng k t các ph

ng pháp mô hình hóa theo tham s ........................ 27

3.1.4 So sánh k t qu các mô hình ....................................................................... 27
3.1.5 ánh giá ph

ng pháp ................................................................................ 29
vii


3.1.6 Ch n l a không gian màu và ph ng pháp mô hình hóa dùn đ nh n bi t
màu da cho đ án .................................................................................................. 29
3.2 PHỂN TệCH THÀNH PH N CHệNH PCA ................................................... 30
3.2.1 T ng quan v ph

ng pháp PCA ................................................................ 30

3.2.1.1 Gi i thi u ............................................................................................... 30
3.2.1.2 ụ t

ng .................................................................................................. 30

3.2.2 Trích ch n đ c tr ng khuôn m t ng

i d a trên ph

ng pháp PCA .......... 34

3.2.2.1 Chuy n đ i nh ...................................................................................... 34
3.2.2.2 Tính khuôn m t ng

i trung bình .......................................................... 35

3.2.2.3 Tr m i nh cho m t trung bình ............................................................ 35
3.2.2.4 Xây d ng ma tr n h p ph

ng sai ......................................................... 35

3.2.2.5 Phép chi u .............................................................................................. 36
3.3 PHÂN TÍCH HOG ........................................................................................... 37
3.3.1 Gi i thi u ..................................................................................................... 37
3.3.2 Chu n hóa hình nh tr

c khi x lý ............................................................ 38

3.3.3 Tính toán gradient ....................................................................................... 38
3.3.4 L y votes trong m i cell .............................................................................. 39
3.3.5 Chu n hóa các block ................................................................................... 40
3.3.6 S d ng trong bài toán object recognition .................................................. 40
3.3 K T N I V I THI T B NGO I VI ............................................................. 41
3.4.1 Kh i x lý trung tâm ................................................................................... 42
3.4.2 Kh i Module Sim 800A .............................................................................. 42
3.4.3 Kh i đ ng c servo ..................................................................................... 43
3.4.4 Kh i hi n th và báo đ ng ........................................................................... 44
3.4.5 Kh i ngu n .................................................................................................. 45
3.4.6 S đ nguyên lý h th ng ngo i vi .............................................................. 46

CH

NG 4. THI CÔNG H TH NG ....................................................... 47

4.1 GI I THI U ....................................................................................................... 47
4.2 THI CÔNG H TH NG .................................................................................... 47
4.2.1 H th ng nh n hi n chuy n đ ng ................................................................ 47
4.2.1 H th ng nh n di n khuôn m t ................................................................... 50
4.2.2.1 L u đ gi i thu t c a h th ng nh n di n khuôn m t ............................ 50
4.2.2.2 L u đ gi i thu t c a h th ng hu n luy n ............................................ 51
4.2.2.3 Yêu c u v d li u nh ........................................................................... 52
viii


4.2.2.4 Chu n hóa nh đ u vào .......................................................................... 53
4.2.2.5 Trích xu t đ c tr ng c a khuôn m t ...................................................... 53
4.2.2.6 Xu t k t qu ........................................................................................... 54

4.2.3 H th ng c nh báo ....................................................................................... 55
4.3 GI I THI U CH

NG TRÌNH ....................................................................... 57

4.3.1 H th ng phát hi n chuy n đ ng ................................................................. 57
4.3.2 H th ng nh n di n khuôn m t ................................................................... 58
4.4 ÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................... 62
4.4.1 óng gói b đi u khi n ............................................................................... 62
4.4.1 Thi công mô hình ........................................................................................ 63

CH

NG 5. K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ ................................... 65

5.1 K T QU . .......................................................................................................... 65
5.2 NH N XÉT – ÁNH GIÁ ................................................................................ 76

CH

NG 6. K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N. ........................... 77

6.1 K T LU N ........................................................................................................ 77
6.2 H

NG PHÁT TRI N ..................................................................................... 78

TÀI LI U THAM KH O ............................................................................. 79

PH L C………………………….. ............................................................. 80

ix


LI T KÊ HÌNH V
Hình

Trang

Hình 2.1 Các b

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

Hình 2.2 Các thành ph n chính c u h th ng x lý nh ............................................... 7
Hình 2.3 Arduino UNO R3 .......................................................................................... 10
Hình 2.4 S
Hình 2.5

Chân Arduino UNO R3 ...................................................................... 10
ng c Servo ................................................................................................ 14

Hình 2.6 Buzzer ............................................................................................................ 14
Hình 2.7 Module Sim 800A .......................................................................................... 15
Hình 3.1 Không gian màu RGB .................................................................................... 17
Hình 3.2 Không gian màu HSV .................................................................................... 19
Hình 3.3 ụ t

ng chính c a PCA ................................................................................. 34

Hình 3.4 Bi u đ d a trên Gy,Gx .................................................................................. 39
Hình 3.5 Các cell trong m t block................................................................................. 40
Hình 3.6 S đ k t n i ngo i vi .................................................................................... 41
Hình 3.7 Module Sim 800A .......................................................................................... 42
Hình 3.8 S đ nguyên lý k t n i Module Sim 800A vào Arduino Uno R3 ................ 43
Hình 3.9

ng c Servo ................................................................................................ 43

Hình 3.10 S đ nguyên lý k t n i Arduino Uno R3 v i đ ng c Servo ..................... 44
Hình 3.11 S đ k t n i Arduino Uno R3 v i Buzzer .................................................. 45
Hình 3.12 Ngu n t ong 12V 5A .................................................................................. 46
Hình 3.13 Ngu n t ong 5V 4A .................................................................................... 46
Hình 3.14 S đ nguyên lý h th ng ngo i vi............................................................... 46
Hình 4.1 L u đ c a h th ng nh n di n chuy n đ ng ................................................ 47
Hình 4.2 L u đ đ a hình nh vào h th ng phát hi n chuy n đ ng ........................... 48
Hình 4.3 L u đ c a nh n di n chuy n đ ng ............................................................... 49
Hình 4.4 H th ng nh n di n có chuy n đ ng và khoanh vùng chuy n đ ng .............. 49
Hình 4.5 L u đ c a h th ng nh n di n khuôn m t..................................................... 50
Hình 4.6 L u đ c a h th ng hu n luy n .................................................................... 51
Hình 4.7 M t s

nh m u trong c s d li u ............................................................... 52

Hình 4.8 L u đ ti n trình............................................................................................. 53
Hình 4.9 L u đ h th ng c nh báo chuy n đ ng ........................................................ 55
Hình 4.10 L u đ nh n di n khuôn m t k t h p v i thi t b ngo i vi .......................... 56
Hình 4.11 Giao di n chính c a h th ng ch ng tr m thông minh ................................ 57
ix

Hình 4.12 Giao di n chính c a h th ng phát hi n chuy n đ ng ................................. 58
Hình 4.13 Giao di n chính c a h th ng phát hi n chuy n đ ng khi đang ho t đ ng . 58
Hình 4.14 Giao di n chính c a h th ng nh n di n khuôn m t .................................... 59
Hình 4.15 Thêm nh cho c s d li u ......................................................................... 59
Hình 4.16 Hu n luy n cho c s d li u ....................................................................... 60
Hình 4.17 Ti n hành so sánh khuôn m t v i nh trong c s d li u .......................... 60
Hình 4.18 Cho phép xóa nh trong c s d li u .......................................................... 61
Hình 4.19 Các khuôn m t có s n trong c s d li u .................................................... 61
Hình 4.20 Xóa t t c

nh trong c s d li u ............................................................... 62

Hình 4.21 S đ b trí linh ki n m t tr

c mô hình ..................................................... 62

Hình 4.22 Hình d ng m t bên mô hình ......................................................................... 63
Hình 4.23 Hình d ng m t trên mô hình ......................................................................... 64
Hình 5.1 Phát hi n chuy n đ ng ng

i

phía tr

c ..................................................... 65

Hình 5.2 Phát hi n chuy n đ ng ng

i

phía sau ........................................................ 66

Hình 5.3 Phát hi n chuy n đ ng ng

i khi đang cúi xu ng.......................................... 66

Hình 5.4 H th ng c nh báo g i tin nh n đ n cho gia ch ............................................ 67
Hình 5.5 èn và chuông ho t đ ng khi có chuy n đ ng ............................................... 67
Hình 5.6 nh ch p l i t camera trong đi u ki n ánh sáng y u ................................... 68
Hình 5.7 Giao di n chính c a h th ng nh n di n khuôn m t ...................................... 68
Hình 5.8 Ti n hành thêm hình nh vào kho l u tr ...................................................... 69
Hình 5.9 Ch n thi t b đ quét môi tr

ng ................................................................... 69

Hình 5.10 Ch n thi t b đ quét môi tr

ng ................................................................. 70

Hình 5.11 Phát hi n ra khuôn m t ................................................................................. 70
Hình 5.12 Yêu c u nh p tên .......................................................................................... 71
Hình 5.13 Hu n luy n h th ng..................................................................................... 71
Hình 5.14 ang ti n hành hu n luy n h th ng ............................................................ 72
Hình 5.15 ã hoàn t c hu n luy n ................................................................................ 72
Hình 5.16 Ti n hành so sánh khuôn m t ....................................................................... 73
Hình 5.17 Phát hi n ra khuôn m t có s n trong c s d li u ....................................... 73
Hình 5.18 C a m ra trong 6 giây sau đó t đ ng đóng l i .......................................... 74
Hình 5.19 Phát hi n ra khuôn m t không có trong c s d li u.................................. 74
Hình 5.20 èn c nh báo sáng lên kèm theo chuông ..................................................... 75

x


LI T KÊ B NG
B ng
Trang
B ng 2.1 Các thông s c a Arduino UNO R3 ...................................................... 11
B ng 3.1 K t qu nh n bi t đúng sai c a các ph ng pháp ........................... 28

xi


TÓM T T
Hi n nay, h th ng ch ng tr m ngày càng ph bi n và đ

c tích h p thêm nhi u các

thi t b đi n t đ nâng cao tính hi u qu c a h th ng. Vì th h th ng ch ng tr m ngày
càng đ

c ng d ng nhi u h n vào th c ti n đ i s ng nh không cho ng

b o v tài s n,ầ đã đ

c đ a vào các h gia đình, công ty, tr

i l xâm nh p,

ng h c,...

V i m c đích mu n ti p c n v i các công ngh đang phát tri n trên. Vì v y, nhóm
th c hi n đ án v i mong mu n ch t o ra mô hình ch ng tr m s d ng x lý nh k t
h p v i s d ng kit Arduino đ

c giám sát b ng máy tính thông qua Laptop và tin nh n

trong đó bao g m:
H th ng có các ch c n ng nh sau:
 H th ng chính g m có hai ph n
Nh n di n đ



c chuy n đ ng ng

i trong khu v c có camera quan sát và

đ a ra c nh báo qua tin nh n.
Nh n di n khuôn m t và so sánh khuôn m t đã quét v i kho d li u đ đ a


ra h

ng x lý m c a hay không.

 H th ng m r ng bao g m:
 H th ng đi u khi n thi t b t xa thông qua Internet, hi n th t t c thông tin
mà camera thu đ

c vào thi t b di đ ng.

Mô hình s d ng kit Arduino Uno R3 làm vi đi u khi n trung tâm đ đi u khi n các
module m r ng nh Module Sim 800A, Buzzer, Servo.
óng m c a b ng cách s d ng đ ng c Servo. Ng
thông qua camera đ

i dùng t

ng tác s d ng

c đ t s n.

H th ng c nh báo b ng Module Sim 800A g i tin nh n c nh báo khi có ng

il

đ t nh p.

xiii


CH

NG 1. T NG QUAN

CH

NG 1

T NG QUAN
1.1

LÝ DO CH N

TÀI

Tình hình an ninh tr t t đang là v n đ nh c nh i c a toàn xã h i, đ t bi t là v n đ
tr m c p tài s n t i t gia khi n cho gia ch ph i t n r t nhi u th i gian và công s c trong
vi c b o v tài s n
Dù

m c đ tr m c p nào đi ch ng n a c ng đ l i là nh ng h u qu

nh h

ng

tr c ti p cho gia ch . Và m t trong nh ng nguyên nhân ch y u c a n n tr m c p chính
là an ninh l ng l o giúp k tr m có c h i ra tay. Hi n nay khóa đang là hình th c đ
s d ng thông d ng nh t. Tuy nhiên nh ng tên tr m hoàn toàn có th b , phá đ

c

c khóa,

th m chí là khóa s đi n t . Do đó c n ph i có nh ng thi t b báo tr m, v a đ ch nhà
nh n bi t đ

c có k tr m đ t nhâp, v a đ tên tr m khi bi t đã b phát hi n s ho ng

lo n s ph i quay đ u b ch y ngay. V i nh ng ngôi nhà thông minh hay c n h chung
c , thi t b báo tr m l i càng c n thi t.
Chính vì c n có bi n pháp hi u qu h n trong v n đ an ninh, phòng ch ng nh ng
r i ro có th x y ra nên nhóm sinh viên chúng em ch n đ tài “ ng d ng x lý nh thi t
k thi công m ch ch ng tr m thông minh.” đ làm đ án t t nghi p.
Nh m kh c ph c m t ph n và ng n ng a nh ng h u qu nêu trên, nhóm sinh viên
chúng em ch n đ tài “ ng d ng x lý nh thi t k thi công m ch ch ng tr m thông
minh” đ làm đ án t t nghi p.
ây là m t đ tài không quá m i m , đã đ
tr

c nghiên c u nhi u trong các đ tài

c đây. Và k t qu cho th y r ng đ chính xác n m

m c trung bình .

tài đã kh c

ph c nh ng h n ch nh v n có th so sánh liên t c v i nh ng kho nh đã l u tr , c nh
báo cho ng

1.2

i dùng ầ nh m t ng đ chính xác trong vi c phát hi n có k l .

M C TIÊU VÀ GI I H N

1.2.1 M c tiêu

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

1


CH

NG 1. T NG QUAN
Thi t k và thi công đ

c h th ng ch ng tr m thông minh thông qua quá trình x

lý nh nh n di n chuy n đ ng và nh n d ng khuôn m t đ c nh báo b ng tin nh n SMS
và báo đ ng đ ng th i đóng m c a.

1.2.2 Gi i h n
c tính c a h th ng x lý nh thông th

ng b nh h

ng b i nhi u y u t . Trong

đi u ki n th c t cho phép nhóm th c hi n đ tài trong m t s đi u ki n gi i h n sau:
i u ki n thu nh n hình nh ngày và đêm, trong đi u ki n ánh sáng n đ nh.
Khuôn m t không trang đi m ho c b bi n d ng.
Không th xác đ nh đ

c m t khi khuôn m t nghiêng, xoay trái, xoay ph i m t góc

l n h n 45 đ , cúi xu ng ho c ng

c lên m t góc l n h n 300 đ .

Kho ng cách t camera đ n đ i t
nh n d ng s không đ

B

C C

i dùng có kh n ng qu n lý h th ng t xa.

ÁN T T NGHI P

án t t nghi p có b c c đ

Ch

i 1.2 mét, trên kho ng cách này thì vi c

c chính xác.

Ch a xây d ng app android đ ng

1.3

ng d

c th hi n nh sau:

ng 1: T ng quan

 Gi i thi u và nêu lý do ch n đ tài.
 M c tiêu và gi i h n.
 Trình bày b c c đ án.

Ch

ng 2: C s lý thuy t

 Gi i thi u v h th ng x lý nh.
 Nh ng v n đ trong h th ng x lý nh.
 Gi i thi u khái quát v các linh ki n s d ng trong thi t k , thi công đ tài.

Ch

ng 3: Tính toán thi t k

 T ng quan các k thu t nh n bi t màu da d a trên tính ch t đi m nh.
 Phân tích thành ph n chính b ng PCA.
 Phân tích HOG.
 K t n i v i thi t b ngo i vi.

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

2


CH

NG 1. T NG QUAN

Ch

ng 4: Thi công và gi i thi u ch

ng trình

 Gi i thi u.
 Thi công h th ng.
 Gi i thi u ch

ng trình.

 óng gói và thi công mô hình.

Ch

ng 5: K t qu _Nh n xét_ ánh giá

 K t qu .
 Nh n xét_ ánh giá.

Ch

ng 6: K t Lu n Và H

ng Phát Tri n

 K t lu n.
H

B

ng phát tri n.

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

3


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

CH
C

2.1

S

NG 2

LÝ THUY T

GI I THI U V H TH NG X

LÝ NH

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 m so v i nhi u ngành khoa h c khác nh ng t c đó phát tri n c a nó 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.
X lý nh là k thu t áp d ng trong vi c t ng c

ng và x lý các nh thu nh n t

các thi t b nh camera, webcamầ Do đó, x lý nh đã đ

c ng d ng và phát tri n

trong r t nhi u l nh v c quan tr ng nh :
 Trong l nh v c quân s : x lý và nh n d ng nh quân s .
 Trong l nh v c giao ti p ng

i máy: nh n d ng nh, x lý âm thanh, đ h a.

 Trong l nh v c an, b o m t: nh n di n khuôn m t ng

i, nh n di n vân tay, m u

m t, ầ
 Trong l nh v c gi i trí: trò ch i đi n t .
 Trong l nh v c y t : X lý nh y sinh, ch p X quang, MRI,ầ
Các ph
phân tích nh.

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

c bi t đ n là nâng cao ch t l

ng và

ng nh báo đ

c

truy n t Luân đôn đ n New York t nh ng n m 1920. V n đ nâng cao ch t l

ng nh

có liên quan t i phân b m c sáng và đ phân gi i c a nh. Vi c nâng cao ch t l

ng nh

đ

c phát tri n vào kho ng nh ng n m 1955.

i u này có th gi i thích đ

c vì sau th

chi n th hai, máy tính phát tri n nhanh t o đi u ki n cho quá trình x lý nh s đ
thu n l i h n. N m 1964, máy tính đã có kh n ng x lý và nâng cao ch t l
m t tr ng và v tinh Ranger 7 c a M bao g m: làm n i đ

c

ng nh t

ng biên, l u nh. T n m

1964 đ n nay, các ph

ng ti n x lý, nâng cao ch t l

không ng ng. Các ph

ng pháp tri th c nhân t o nh m ng n -ron nhân t o, các thu t

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

ng, nh n d ng nh phát tri n

4


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

toán x lý hi n đâ và c i ti n, các công c nén nh ngày càng đ
thu đ

c áp d ng r ng rãi và

c nhi u k t qu kh quan h n.
Sau đây, ta s xét các b

nhiên t th gi i bên ngoài đ
nh). Tr

c c n thi t trong quá trình x lý nh.

c thu nh n qua các thi t b thu (nh Camera, máy ch p

c đây, nh thu qua Camera là các nh t

ng t (lo i Camera ng ki u CCIR).

G n đây v i s phát tri n c a công ngh , nh màu ho c đen tr ng đ
sau đó nó đ

u tiên, nh t

c l y ra t Camera,

c chuy n tr c ti p thành nh s t o thu n l i cho x lý ti p theo. M t khác,

nh c ng có th ti p theo. M t khác nh có th đ

c quét t v tinh ch p tr c ti p b ng

máy quét nh.
Hình 2.1 d

i đây mô t các b

c c b n trong x lý nh.

Hình 2.1 Các b c c b n trong x lý nh
S đ này bao g m các thành ph n sau:
2.1.1

Ph n thu nh n nh (Image Acquisition)
nh có th nh n qua camera mà ho c tr ng đen. Th

nh t

ng nh nh n qua camera là

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 đã s hóa (nh lo i CCD – Change Coupled Device) là lo i photodiot t o
c

ng đ sáng t i m i đi m nh.

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

5


CH

NG 2. C
Camera th

thu nh n đ

2.1.2

S

LÝ THUY T

ng dùng là lo i quét dùng: nh t o ra có d ng hai chi u. Ch t l

c ph thu c vào thi t b thu, vào môi tr

ng nh

ng (ánh sáng, phong c nh).

Ti n x lý (Image Processing)
Sau b thu nh n, nh có th nhi u đ t

đ nâng cao ch t l

ng ph n th p nên c n đ a vào b ti n x lý

ng. Ch c n ng chính c a b ti n x lý là l c nhi u, nâng đ t

ng

ph n đ làm nh rõ nét h n.

2.1.3

Phơn đo n (Segmentation) hay phân vùng nh
Phân v ng nh là tách m t nh ban đ u vào thành các vùng thành ph n đ bi u di n

phân tích, nh n di n nh. Ví d : đ nh n d ng ch (ho c mã v ch) trên phong bì th cho

m c đích phân lo i b u ph m, c n chia các câu ch v đ a ch ho c tên ng
t , các ch , các s (ho c các v ch) riêng bi t đ nh n d ng.

i thành các

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.

2.1.4

Bi u di n nh (Image Representation)
u ra nh sau phân đo n ch a các đi m nh c a vùng nh ( nh đã phân đo n) c ng

v i mã liên k t

các vùng lân 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 Extration) g n v i vi c tách các đ c tính c a nh d
các thông tin đ nh l

ng ho c làm c s đ phân bi t l p đ i t

khác trong ph m vi nh nh n đ

i d ng

ng này v i đ i t

ng

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 ph n bi t ký t này v i ký t khác.

2.1.5

Nh n d ng và nôi suy nh (Image Recognition and Interpretation)
Nh n d ng nh là quá trình xác đ nh nh. Quá trình này th

so sánh v i m u chu n đã đ

c h c (ho c l u) t tr

ng thu đ

c b ng cách

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 n i suy thành mã đi n tho i. Có nhi u cách phân lo i nh khác nhau v

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

nh. Theo lý

6


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

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 ts đ it

ng nh n d ng khá ph bi n hi n nay 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

2.1.6

nh là m t d i t
môi tr

ng khá ph c t p v đ

ta mong mu n b t ch
các b

ng nét, đ sáng t i, dung l

ng đi m nh,

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

2.1.7

i,ầ

ng pháp toán h c đ m b o ti n l i cho x lý, ng

c quy trình ti p nh n và x lý nh theo cách c a con ng

c x ly đó, nhi u khâu hi n nay đã x lý theo ph

i

i. Trong

ng pháp trí tu con ng

i.

Các thành ph n c b n c a h th ng x lý nh

Hình 2.2 Các thành ph n chính c a h th ng x lý nh
M t h th ng x lý nh c b n có th g m:máy tính các nhân kèm theo vi m ch
chuy n đ i đ h a VGA ho c SVGA. N u đi u ki n cho phép, nên có m t h th ng nh
hình 2.2, bao g m m t máy tính PC kem theo thi t b x lý nh, n i v i c ng vào c a
thi t b thu nh n nh là m t video camera và c ng ra n i v i m t màn hình.
Khi h th ng này th c hi n m t quá trình x lý nh, đ u tiên, nh s đ

c nh n qua

nh này có th là nh đen tr ng ho c nh màu, ch t l

ng nh tùy

thi t b thu nh n nh.
thu c vào ch t l
B

ng c a camera c ng nh các y u t c a môi tr

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

ng. Sau đó, nh s
7


CH
đ

NG 2. C

S

LÝ THUY T

c đ a qua thi t b x lý nh,

nh sau khi đ

c x lý s đ

c đ a ra thi t b hi n th /

th c thi đ xu t k t qu cu i cùng (hi n th k t qu ra màn hình ho c th c thi ch c n ng
c a thi t b : m c a, c nh báo,ầ).

2.2

NH NG V N

C

B N TRONG X

LÝ NH

i m nh (Picture Element)

2.2.1

G c c a nh ( nh t nhiên) là nh liên t c v không gian và đ sáng.
máy tính (s ), nh c n ph i đ

x lý b ng

c s hóa. S hóa nh là s bi n đ i g n đúng m t nh liên

t c thành m t t p đi m phù h p v i nh th t v v trí (không gian) và đ sáng (m c sáng).
Kho ng cách gi a các di m nh đó đ
đ

c thi t l p sao cho m t ng

c ranh gi i gi a chúng. M i m t đi m nh v y đ

Element) hay g i t t là Pixel. Trong khuôn kh

i không phân bi t

c g i là đi m nh (PEL: Picture

nh hai chi u, m i pixel ng v i c p t a

đ (x,).
nh ngh a:
i m nh (Pixel) là m t ph n t c a nh s t i t a đ (x,y) v i đ xám ho c màu
nh t đ nh. Kích th
m t ng
nh

c và kho ng cách gi a các đi m nh đó đ

c ch n thích h p sao cho

i c m nh n s liên t c v không gian và m c xám (ho c màu) c a nh s g n

nh th t. M i ph n t trong ma tr n đ

2.2.2

c g i là m t ph n t

nh.

phân gi i c a nh
nh ngh a:

trên m t nh s đ

phân gi i (Resolution) c a nh là m t đ c a đi m nh đ
c hi n th .

Theo đ nh ngh a, kho ng cách gi a các đi m nh ph i đ
v n th y đ

c n đ nh

c ch n sao cho m t ng

i

c s liên t c c a nh. Vi c l a ch n kho ng cách thích h p t o nên m t m t

đ phân b , đó chính là đ phân gi i và đ

c phân b theo tr c x và y trong không gian

hai chi u.
Ví d :
l

phân gi i c a nh trên màn hình CGA (Color Graphic Adaptor) là m t

i đi m theo chi u ngang màn hình: 320 đi m chi u d c nhân v i 200 đi m nh

(320*200). Rõ ràng cùng màn hình CGA 12 inch ta nh n th y m n h n màn hình CGA 17

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

8


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

inch đ phân gi i 320*200. Lý do: cùng m t m t đ (đ phân gi i) nhwung di n tích màn
hình r ng h n thì d m n (liên t c c a các đi m) kém h n.

2.2.3

M c xám c a nh
M t đi m nh (pixel) có hai đ c tr ng c b n là v trí (x,y) c a đi m nh va đ xám

c a nó. D

i đây chúng ta xem xét m t s khái ni m và thu t ng th

ng đ

c dùng

trong x lý nh.
nh ngh a: M c xám c a đi m nh là c

ng đ sáng c a nó đ

c gán b ng giá tr

s t i đi m đó.
nh tr ng đen: là nh có hai màu đen, tr ng (không ch a màu khác) v i m c xám



các đi m nh có th khác nhau.
nh nh phân nh: ch có hai m c đen tr ng phân bi t t c dùng 1 bit mô ta 2 m c



khác nhau. Nói cách khác: m i đi m nh c a nh nh phân ch có th là 0 ho c 1.
nh màu: trong khuôn kh lý thuy t ba màu (Red, Blue, Green) đ t o nên th gi i



đa màu, ng

i ta th

ng dùng 3 byte đ mô t m c màu, khi đó các giá tr màu:
tri u màu. Vì khi bi u di n d

256*256*256 hay
RGB th

ng đ

i d ng s , các giá tr

c ghi b ng 3 c p s nguyên gi a 0 và 255, m i s đ i di n cho c

ng đ

c a 3 màu: Red (255, 0, 0) Blue (0, 255, 0) Green (0, 0, 255).

nh ngh a nh s

2.2.4

nh s là t p h p các ddiemr nh v i m c xám phù h p dùng đ mô t

nh g n v i

nh th t.

2.3

GI I THI U KHÁI QUÁT V CÁC LINH KI N S

THI T K , THI CÔNG

D NG TRONG

TÀI

2.3.1 M ch Arduino Uno R3
Hình dáng và công d ng c a m ch Arduino Uno R3

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH

9


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Arduino là m t board m ch vi x lý, nh m xây d ng các ng d ng t
nhau ho c v i môi tr
ngu n m đ

ng đ

ng tác v i

c thu n l i h n. Ph n c ng bao g m m t board m ch

c thi t k trên n n t ng vi x lý AVR Atmel 8bit, ho c ARM Atmel 32-bit.

Nh ng Model hi n t i đ

c trang b g m 1 c ng giao ti p USB, 6 chân đ u vào analog,

14 chân I/O k thu t s t

ng thích v i nhi u board m r ng khác nhau.

c gi i thi u vào n m 2005, Nh ng nhà thi t k c a Arduino c g ng mang đ n
m t ph

ng th c d dàng, không t n kém cho nh ng ng

chuyên nghi p đ t o ra nh ng nhi t b có kh n ng t

i yêu thích, sinh viên và gi i

ng tác v i môi tr

các c m bi n và các c c u ch p hành. Nh ng ví d ph bi n cho nh ng ng

ng thông qua
i yêu thích

m i b t đ u bao g m các robot đ n gi n, đi u khi n nhi t đ và phát hi n chuy n đ ng.

Hình 2.3 Arduino UNO R3

B

MÔN I N T

CÔNG NGHI P – Y SINH