Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phôi chính xác cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VŨ TRỌNG BÁCH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
CẤP PHƠI CHÍNH XÁC CHO MÁY IN LỤA 6 TRẠM DÙNG
KỸ THUẬT XỬ LÝ ẢNH
Chuyên ngành :
Mã số:

Công nghệ chế tạo máy
60.52.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG Tp. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :

TS. Bùi Trọng Hiếu
TS. Lương Hồng Sâm

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Lưu Thanh Tùng
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Võ Tường Quân
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp. HCM
Ngày 10 tháng 07 năm 2014
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1. PGS.TS. Phạm Ngọc Tuấn
2. PGS.TS. Phạm Huy Hoàng
3. PGS.TS. Nguyễn Trường Thịnh
4. TS. Lưu Thanh Tùng
5. TS. Võ Tường Quân
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS. Phạm Ngọc Tuấn

PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Vũ Trọng Bách

MSHV:

12184762

Ngày, tháng, năm sinh: 03/12/1983

Nơi sinh:

Tiền Hải, Thái Bình

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy

Mã số:

60.52.04

I. TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phơi chính xác cho
máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Xây dựng giải thuật, viết chương trình xử lý ảnh của phơi (mũ giày thể thao)
nhận được từ camera. Tính tốn sai số vị trí của phơi, hiệu chỉnh sai số, đảm
bảo sai lệch vị trí của phơi đạt ±0,5 mm.
2. Tính tốn thiết kế thân máy, bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phơi,
cơ cấu cấp phơi cho băng tải của máy in lụa 6 trạm.
3. Chế tạo và thử nghiệm hệ thống cấp phơi chính xác cho máy in lụa 6 trạm.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):
TS. Bùi Trọng Hiếu, TS. Lương Hồng Sâm
Tp. HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TS. Bùi Trọng Hiếu

TS. Trần Nguyên Duy Phương

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phơi chính xác cho máy in
lụa dùng kỹ thuật xử lý ảnh là một đề tài mới, đòi hỏi kiến thức liên quan đến nhiều
lĩnh vực. Khi thực hiện luận văn này, bản thân học viên cịn ít kinh nghiệm nghiên
cứu cũng như kinh nghiệm thực tế để có thể giải quyết triệt để vấn đề khoa học đặt
ra. Chính vì thế, khi thực hiện luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân học
viên còn có sự giúp đỡ rất nhiệt tình của rất nhiều cá nhân và đơn vị. Tôi xin gửi lời
cảm ơn chân thành tới các Thầy hướng dẫn: TS. Bùi Trọng Hiếu, Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh và TS. Lương Hồng Sâm, Khoa Kỹ
thuật cơ sở - Trường Đại học Trần Đại Nghĩa.
Chính nhờ những sự trợ giúp quý báu đó mà bản thân học viên có thêm kiến
thức chuyên ngành, sự tự tin để hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất và ngày
càng vững vàng trong công việc chuyên môn.
Ngày 20 tháng 6 năm 2014
Học viên thực hiện

Vũ Trọng Bách


TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Nội dung chính của luận văn đi vào xây dựng giải thuật và viết chương trình
xử lý ảnh của phơi (mũ giày thể thao) nhận được từ camera. Trên cơ sở đó tiến hành
tính tốn, thiết kế hệ thống cấp phơi chính xác cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật
xử lý ảnh. Đề tài đã giải quyết được các vấn đề chính sau:
- Xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh của phơi nhận được từ
camera.
- Tính tốn sai số vị trí của phơi. Hiệu chỉnh sai số.
- Tính tốn, thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phôi với giải thuật
xác định và bù sai lệch.
- Tính tốn thiết kế cơ cấu cấp phơi cho băng tải của máy in lụa 6 trạm.
- Thực nghiệm và đánh giá kết quả.

ABSTRACT
This thesis represents an algorithm and program of camera image processing
of shoes-upper, on the basis of what we can calculate and design an accurate shape
feeding system for 6-station silk printer using image processing technique. In this
investigation, the following problems were solved:
- Development of an algorithm and program for image processing.
- Calculation of shoes-upper position errors and its correction.
- Calculation and design of an adjustable stitching table including a
localization and error compensation algorithm.
- Calculation and design of a shape feeding mechanism for the conveyor of
6-station silk printer.
- Experimentation and evaluation results.

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Luận văn này trình bày những kết quả nghiên cứu của tơi về giải thuật, chương
trình xử lý ảnh mũ giày nhận được từ camera. Tính tốn sai số vị trí của mũ giày so
với vị trí chuẩn đã được lưu trong camera và hiệu chỉnh sai số, đảm bảo sai lệch vị trí
của mũ giày đạt ±0,5 mm; Tính tốn thiết kế thân máy, bàn máy điều chỉnh chính
xác vị trí của phôi, cơ cấu cấp phôi sang băng tải của máy in lụa 6 trạm. Những kết
quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, là của tơi,
khơng vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam. Nếu
sai, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

Tác giả
Vũ Trọng Bách


MỤC LỤC
- Nhận xét .............................................................................................................Trang
- Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ.................................................................................
- Lời cảm ơn .................................................................................................................
- Tóm tắt .......................................................................................................................
- Lời cam đoan..............................................................................................................
- Mục lục.......................................................................................................................
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về các hệ thống cấp phôi tự động trong cơng nghiệp giày............ 1
1.1.1. Tình hình sản xuất giày tại Việt Nam .......................................................... 1
1.1.2. Xu thế tự động hóa trong ngành giày da...................................................... 2
1.1.3. Công đoạn in lụa tại một số Cơng ty giày trong và ngồi nước .................. 2
1.2. Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................... 7
1.3. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 8
1.4. Nội dung nghiên cứu............................................................................................ 8

1.5. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 8
Chương 2: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT - CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH
CỦA MŨ GIÀY NHẬN ĐƯỢC TỪ CAMERA....................................................... 10
2.1. Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh................................................... 10
2.1.1. Xử lý ảnh...................................................................................................... 10
2.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh............................................................... 11
2.2. Thu nhận và biểu diễn ảnh ................................................................................. 16


2.2.1. Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh ............................................................. 16
2.2.2. Biểu diễn ảnh .............................................................................................. 16
2.3. Thuật toán xác định sai lệch vị trí của phơi ...................................................... 18
2.3.1. Các đặc trưng hình của phơi ........................................................................ 20
2.3.2. Biểu diễn dưới dạng moment thống kê ........................................................ 24
2.3.3. Sử dụng các đặc trưng hình học để xác định sai lệch phơi .......................... 25
2.3.4. Điều khiển bàn máy ..................................................................................... 26
2.4. Thuật toán xác định sai số phương pháp và chương trình xử lý ảnh............. 27
2.4.1. Thuật toán xác định sai số phương pháp...................................................... 27
2.4.2. Chương trình xử lý ảnh ................................................................................ 28
2.4.3. Kết quả cụ thể của thuật tốn ....................................................................... 31
Chương 3:TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
CHO MÁY IN LỤA 6 TRẠM ................................................................................... 33
3.1. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế......................................................... 33
3.1.1. Lựa chọn phương án công nghệ................................................................... 33
3.1.2. Thiết kế sơ đồ cấu trúc ................................................................................. 37
3.2. Thiết kế cơ cấu cấp phôi...................................................................................... 39
3.2.1. Thiết kế thân máy......................................................................................... 40
3.2.2. Thiết kế cơ cấu cấp phôi sang băng tải ........................................................ 43
3.2.3. Thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phơi ................................ 50
3.2.4. Bản vẽ kết cấu máy ...................................................................................... 52

Chương 4: CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ........................................ 54


4.1. Chế tạo hệ thống cấp phôi tự động .................................................................... 54
4.1.1. Chế tạo bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phơi ................................. 54
4.1.2. Chế tạo hệ thống di chuyển phôi sang băng tải của máy in lụa................... 55
4.2. Thử nghiệm và đánh giá kết quả........................................................................ 58
4.2.1. Thử nghiệm .................................................................................................. 58
4.2.2. Đánh giá kết quả .......................................................................................... 65
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ .67
Phụ lục ..........................................................................................................................


Trang 1

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tổng quan về các hệ thống cấp phôi tự động trong công nghiệp giày
1.1.1. Tình hình sản xuất giày tại Việt Nam
Ngành Giầy da Việt Nam là một trong những ngành kinh tế kỹ thuật thu hút
được rất nhiều lao động, tham gia vào quá trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế và mang
lại nguồn thu nhập rất lớn cho đất nước thông qua việc đẩy mạnh xuất khẩu. Vì vậy,
nó có vai trị rất quan trọng trong giai đoạn đầu cả quá trình phát triển kinh tế xã hội
ở Việt Nam, hiện nay đang được Chính phủ đang rất quan tâm và coi là đây là
ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển hàng công nghiệp tiêu dùng.
Trước năm 1992 ngành Giày da Việt Nam chủ yếu thực hiện các hợp đồng gia
công mũ, giày cho Liên Xô và các nước XHCN ở Đông Âu. Khi khối này tan rã,
ngành Giày da đã phải trải qua một thời kỳ vơ cùng khó khăn do thiếu đơn đặt hàng.
Tuy nhiên đến năm 1993, ngành Giày da Việt Nam đã khởi sắc trở lại nhờ làn sóng
di chuyển sản xuất của các ngành cơng nghiệp từ các nước phát triển, các nước
công nghiệp mới (NIEs).

Về số lượng các doanh nghiệp, hiện nay ngành Giày da có khoảng 122 doanh
nghiệp, trong đó doanh nghiệp trong nước là 78 và doanh nghiệp có vốn đầu tư
nước ngồi kể cả doanh nghiệp có vốn đầu tư 100% vốn nước ngồi và liên doanh
là 44, trong số này có 7 doanh nghiệp chuyên sản xuất nguyên phụ liệu và đế giày.
Về năng lực sản xuất của toàn ngành đạt 380 triệu đơi giày dép/năm, trong đó
giày thể thao chiếm 48,5% – 148,3 triệu đôi, giày vải chiếm 18% – 68,4 triệu đôi,
giày da chiếm 1,5% - 5,7 triệu đôi, 30 triệu sản phẩm túi cặp, 22 triệu Sqft sản phẩm
da thuộc (1sqft = 0.093m2). Ngành này tạo việc làm cho gần 300.000 lao động
(chưa kể số lao động làm việc trong các lĩnh vực phục vụ cho ngành Giày da).
Về cơ bản có thể nói ngành Giày da Việt Nam có điều kiện thuận lợi để tăng
trưởng mạnh và trở thành nước xuất khẩu giày lớn ở Châu á, cũng như trên thế giới.
Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 2

Trong những năm tới, khả năng tiêu thụ ở các thị trường lớn như Bắc Mỹ, EU
vẫn ổn định ở mức cao; sản phẩm Giày da của Việt Nam xuất khẩu sang EU cũng
như nhiều nước khác không bị hạn chế bởi hạn ngạch, vẫn được hưởng chế độ thuế
quan ưu đãi, nên khuyến khích các nhà đầu tư nước ngoài lập cơ sở sản xuất ở Việt
Nam cả về sản xuất thành phẩm cũng như nguyên liệu phụ để hưởng ưu đãi thuế
quan theo giấy chứng nhận xuất xứ (C/O). Với đặc điểm chi phí thấp, tạo nhiều
cơng ăn việc làm và có lợi thế cạnh tranh, ngành giày da sẽ vẫn là ngành công
nghiệp xuất khẩu mũi nhọn quan trọng của nền kinh tế quốc dân.
1.1.2. Xu hướng tự động hóa trong ngành Giày da
Theo kết quả đánh giá thực trạng công nghệ của ngành Giầy da Việt Nam, tự
động hoá trong sản xuất tại các doanh nghiệp hiện nay vẫn chiếm tỷ lệ rất nhỏ và
những thiết bị này đã chưa thực sự phát huy tác dụng trong các dây chuyền sản xuất
do tính đồng bộ của dây chuyền sản xuất khơng cao. Do đó, khả năng gia cơng
chính xác và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định của các dây chuyền sản xuất

còn thấp.
Ứng dụng các hệ thống cấp phôi tự động vào trong công nghiệp giày không
những mang lại hiệu quả kinh tế cao mà cịn tăng độ chính xác và rút ngắn thời gian
gia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm. Trong những năm qua đã có những chuyển
biến lớn trong việc ứng dụng các hệ thống cấp phôi tự động trong tất cả các ngành
nói chung và ngành giầy da nói riêng. Việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệ
thống cấp phôi (mũ giày) tự động trong công nghiệp giày sẽ giúp các doanh nghiệp
có điều kiện hiện đại hóa trang thiết bị máy móc hiện có, tiến đến giảm dần tỉ lệ sử
dụng các phương pháp thủ công và tăng tỉ lệ tự động hóa nhằm đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của nền kinh tế hàng hóa.
1.1.3. Cơng đoạn in lụa tại một số Doanh nghiệp giày trong, ngoài nước
Ở nước ngoài và các nước trong khu vực thì việc ứng dụng khoa học kỹ thuật
tại các cơng ty giày cũng không được chú trọng, đa phần sử dụng lao động thủ công,
Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 3

một nguồn nhân công phổ thông dồi dào, giá thành rẻ hơn nhiều so với việc tự động
hoặc bán tự động hóa vào q trình sản xuất, theo khảo sát của chúng tôi tại một số
công ty đã tự động hoặc bán tự động khâu in lụa để in các họa tiết trang trí trên thân,
mũ giày. Hầu hết các cơng ty đều dùng máy in dạng xoay trịn (do Đài Loan sản
xuất) dùng để in các vạch nhấn trên giày, mũ giày, in các họa tiết lên các chất liệu
như vải, nhựa, simili, bìa cát tơng và khâu cấp phơi do cơng nhân thực hiện bằng tay.

Hình 1.1. Máy in lụa dạng xoay tròn do Đài Loan sản xuất
Ở Việt Nam mặc dù ngành công nghiệp giày được chính phủ coi đây là một
một trong những ngành cơng nghiệp mũi nhọn nhưng thực sự cũng chưa được đầu
tư đúng mức, để lý giải cho vấn đề đó chúng ta chỉ cần nhìn vào mức độ tự động

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 4

hóa một cơng đoạn hay cả quy trình sản xuất giày tại một số công ty giày lớn mà
đang đem lại công ăn việc làm cho vài chục ngàn lao động.
Tại công ty giày Bitis, Doanh nghiệp tư nhân giày Á Châu thì khâu in lụa (in
các vạch nhấn trang trí trên các loại giày, dép) hồn tồn do công nhân thực hiện
bằng tay. Nên sai số của các vạch nhấn và hư hỏng bán thành phẩm rất nhiều và mất
rất nhiều thời gian.

Hình 1.2. In thủ cơng tại Doanh nghiệp tư nhân giày Á Châu

Hình 1.3. In thủ cơng tại Cơng ty TNHH Bình Tiên Đồng Nai

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 5

Tại Cơng ty TNHH Chí Hùng, chun gia cơng giày cho Adidas, công ty này
hiện đang sử dụng máy in lụa tự động dạng 6 trạm đặt dọc để in các vạch nhấn lên
mũ giày và công đoạn định vị mũ giày lên băng tải của máy in vẫn do 03 cơng nhân
thực hiện bằng tay.

Hình 1.4. Máy in lụa 6 trạm đặt dọc Cơng ty TNHH Chí Hùng

Chương 1: Đặt vấn đề

Trang 6

Theo nghiên cứu của chúng tôi, hiện tại chưa tìm thấy cơng trình nghiên cứu
(trong và ngồi nước) nào liên quan đến việc dùng hệ thống cấp phôi (mũ giày)
chính xác cho máy in lụa tự động để tăng độ chính xác vị trí các vạch nhấn trên mũ
giày. Hầu hết đều cấp phôi bằng tay lên băng tải dựa vào các đường chuẩn là các
đường kẻ dọc, ngang trên băng tải nên độ chính khơng cao; khoảng ± 1mm. Dưới
đây là một số hình ảnh về cấp phơi bằng tay:

Hình 1.5. Định vị mũ giày trên băng tải của máy in lụa tự động
Ưu điểm của sử dụng hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại giày thể thao của các cơng ty
giày được trang trí bằng cách in các vạch nhấn lên mũ giày. Tất cả các cơng ty này
đều sử dụng hình thức cấp phơi bằng tay cho máy in lụa tự động có nhiệm vụ in các
vạch nhấn trên mũ giày thể thao (2, 3, 4 hoặc 5 vạch nhấn màu trắng như hình 1.6).

Hình 1.6. Các vạch nhấn màu trắng trên mũ giày thể thao

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 7

Các vạch nhấn này được in 6 lần thông qua 6 trạm của máy in lụa tự động nhờ
cấp phôi bằng tay hoặc bán tự động; hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa đang
là một bài tốn đặt ra đối với các cơng ty sản xuất giày ở Việt Nam và vẫn chưa
được nghiên cứu, ứng dụng. Thiết kế thành công hệ thống cấp phôi tự động dùng
cho máy in lụa sẽ có các ưu điểm sau:
- Tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm do giảm nhân công và thời gian

trong việc định vị mũ giày lên băng tải của máy in lụa.
- Sai lệch vị trí của các vạch nhấn trên mũ giày sau khi in giảm đáng kể, nhỏ
hơn 0,5 mm. Nên với sai lệch này không ảnh hưởng đến công đoạn may đường viền
trang trí lên các vạch nhấn trên mũ giày ở công đoạn tiếp theo.
- Tăng cao hiệu quả kinh tế do rất ít phế phẩm, trước đây các khâu in, định vị
đều thực hiện bằng tay nên phế phẩm nhiều.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Từ những thực trạng công đoạn cấp phôi cho máy in lụa tự động để in các
vạch nhấn trên mũ giày đang tồn tại các vấn đề:
- Tốn nhiều nhân công và thời gian trong việc định vị mũ giày lên băng tải
của máy in lụa do thực hiện bằng tay và dựa vào kinh nghiệm của công nhân. Điều
này làm giảm năng suất và tăng giá thành của sản phẩm.
- Sai lệch lớn về vị trí của các vạch nhấn trên mũ giày sau khi in (sai lệch
hiện tại ± 1 mm) nên ảnh hưởng lớn đến công đoạn may đường viền trang trí lên các
vạch nhấn trên mũ giày ở cơng đoạn tiếp theo, vì vậy có nhiều phế phẩm.
Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống cấp phơi chính xác cho
máy in lụa tự động 6 trạm là điều rất cấp thiết để giải quyết các vấn đề trên.

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 8

1.3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo một hệ thống cấp phôi tự động đạt độ chính
xác ±0,5 mm cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh nhằm đạt các mục đích
sau:
- Tăng năng suất lao động.
- Tăng chất lượng sản phẩm.
- Nâng cao hiệu quả kinh tế.

1.4. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh nhận được từ Camera.
- Tính tốn sai số vị trí của mũ giày và hiệu chỉnh sai số.
- Tính tốn, thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của mũ giày với giải
thuật xác định và bù sai lệch.
- Tính tốn thiết kế cơ cấu cấp phôi cho băng tải của máy in lụa.
- Chế tạo, thực nghiệm và đánh giá kết quả.
1.5. Cấu trúc luận văn
Chương 1: Đặt vấn đề
Trình bày tổng quan về tình hình sản xuất giày tại Việt Nam, xu hướng tự
động hoá trong ngành giày da trên thế giới. Đánh giá các ưu điểm của việc ứng
dụng hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa và giới thiệu công đoạn in các vạch
nhấn trên mũ giày tại một số doanh nghiệp trong và ngồi nước. Từ đó xác định
mục đích nghiên cứu, nội dung nghiên cứu.

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 9

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh của mũ giày
nhận được từ camera
Nội dung chương 2 xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh của mũ
giày nhận được từ camera. Tính tốn sai số vị trí của mũ giày so với vị trí chuẩn đã
được lưu trong camera và hiệu chỉnh sai số, đảm bảo sai lệch vị trí của mũ giày đạt
±0,5 mm.
Chương 3: Tính tốn, thiết kế hệ thống cấp phơi tự động cho máy in lụa 6
trạm
Trình bày phần tính tốn, thiết kế thân máy, bàn máy điều chỉnh chính xác vị
trí của mũ giày, cơ cấu cấp phôi sang băng tải của máy in lụa 6 trạm.

Chương 4: Chế tạo hệ thống cấp phôi tự động. Thử nghiệm và đánh giá
kết quả
Trình bày kết quả chế tạo hệ thống cấp phôi tự động. Tiến hành thử nghiệm
và đánh giá kết quả đạt được.

Chương 1: Đặt vấn đề


Trang 10

Chương 2
XÂY DỰNG GIẢI THUẬT - CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH CỦA MŨ GIÀY
NHẬN ĐƯỢC TỪ CAMERA
2.1. Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
2.1.1. Xử lý ảnh
Xử lý ảnh là một khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa
học khác, nhất là trên quy mô công nghiệp, song trong xử lý ảnh đã bắt đầu xuất
hiện những máy tính chuyên dụng. Để có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lý
ảnh chuyên dụng hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trước
hết chúng ta nghiên cứu các bước cần thiết trong xử lý ảnh.
Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình t ác đ ộn g lê n ảnh đầu
vào nhằm cho ra kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một q trình xử lý
ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận.
Ảnh tốt hơn
Ảnh

Xử lý Ảnh
Kết luận

Hình 2.1. Q trình xử lý ảnh

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như
là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối
tượng trong khơng gian và nó có thể xem như một hàm n biến P(c1, c2,..., cn). Do
đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều và có sơ đồ tổng quát của một
hệ thống xử lý ảnh như sau:
Hệ quyết định
Thu nhận ảnh
(Scanner,
Camera,Sensor)

Tiền xử lý

Trích chọn
đặc điểm

Hậu
xử lý

Đối sánh rút
ra kết luận
Lưu trữ

Hình 2.2. Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh
Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 11

2.1.2. Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh
2.1.2.1. Một số khái niệm cơ bản

* Ảnh và điểm ảnh:
Điểm ảnh được xem như là dấu hiệu hay cường độ sáng tại 1 toạ độ trong
không gian của đối tượng và ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm ảnh.
* Mức xám, màu
Là số các giá trị có thể có của các điểm ảnh của ảnh.
2.1.2.2. Nắn chỉnh biến dạng
Ảnh thu nhận thường bị biến dạng do các thiết bị quang học và điện tử.
P’i

Pi

f(P i)

Ảnh thu nhận

Ảnh mong uốn

Hình 2.3. Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn
Để khắc phục người ta sử dụng các phép chiếu, các phép chiếu thường được
xây dựng trên tập các điểm điều khiển.
Giả sử (Pi, Pi’) i = 1,n có n các tập điều khiển.
Tìm hàm f: Pi  (Pi) sao cho

n


i 1

f ( Pi )  Pi

'

2

 min

Giả sử ảnh bị biến đổi chỉ bao gồm: Tịnh tiến, quay, tỷ lệ, biến dạng bậc
nhất tuyến tính. Khi đó hàm f có dạng:

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 12

f (x, y) = (a1x + b1y + c1, a2x + b2y + c2)
n

n

i 1

i 1



Ta có:    (( Pi )  Pi ' ) 2  (a1 xi  b1 yi  c1  xi ' ) 2  (a2 xi  b2 yi  c2  yi ' ) 2



Để cho   min

n
n
n
 
 n
2
'

0
a
x

b
x
y

c
x

xi xi




1 i
1 i i
1 i


i 1

i 1
i 1
 ai
 in1
n
n
n
 

2
'
 0   a1 xi yi   b1 yi   c1 yi   yi xi

i 1
i 1
i 1
 bi
 i 1 n
n
n


'


a1 xi   b1 yi  nc1   xi

 c  0

i 1

i 1
i 1

 i

Giải hệ phương trình tuyến tính tìm được a1, b1, c1; tương tự tìm được a2, b2,
c2 khi đó xác định được hàm f.
2.1.2.3. Khử nhiễu
Có 2 loại nhiễu cơ bản trong quá trình thu nhận ảnh.
- Nhiều hệ thống: là nhiễu có quy luật có thể khử bằng các phép biến
đổi.
- Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân và cần phải khắc
phục bằng các phép lọc.
2.1.2.4. Chỉnh mức xám
Nhằm khắc phục tính khơng đồng đều của hệ thống gây ra. Thơng
thường có 2 hướng tiếp cận:
- Giảm số mức xám: Thực hiện bằng cách nhóm các mức xám gần nhau
thành một bó. Trường hợp chỉ có 2 mức xám thì chính là chuyển về ảnh đen
trắng.

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 13

- Tăng số mức xám: Thực hiện nội suy ra các mức xám trung gian bằng
kỹ thuật nội suy. Kỹ thuật này nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh.
2.1.2.5. Trích chọn đặc điểm
Các đặc điểm của đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng
trong q trình xử lý ảnh. Có thể nêu ra một số đặc điểm của ảnh sau đây:

Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm
uốn v.v..
Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc thực
hiện lọc vùng (zonal filtering). Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc điểm”
(feature mask) thường là các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ nhật, tam
giác, cung tròn v.v..).
Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối tượng
và do vậy rất hữu ích trong việc trích trọn các thuộc tính bất biến được dùng
khi nhận dạng đối tượng. Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ tốn tử
gradient, toán tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo khơng” (zero crossing)
v.v..
Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đối
tượng ảnh chính xác, với tốc độ tính tốn cao và dung lượng nhớ lưu trữ giảm
xuống.
2.1.2.6. Nhận dạng
Nhận dạng tự động (automatic recognition), mơ tả đối tượng, phân loại
và phân nhóm các mẫu là những vấn đề quan trọng trong thị giác máy, được ứng
dụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau. Tuy nhiên, một câu hỏi đặt ra là:
mẫu (pattern) là gì? Watanabe, một trong những người đi đầu trong lĩnh vực này
đã định nghĩa: “Ngược lại với hỗn loạn (chaos), mẫu là một thực thể (entity),
được xác định một cách ang áng (vaguely defined) và có thể gán cho nó một tên
Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 14

gọi nào đó”. Ví dụ mẫu có thể là ảnh của vân tay, ảnh của một vật nào đó được
chụp, một chữ viết, khuôn mặt người hoặc một ký đồ tín hiệu tiếng nói. Khi biết
một mẫu nào đó, để nhận dạng hoặc phân loại mẫu đó có thể:
Hoặc phân loại có mẫu (supervised classification), chẳng hạn phân tích

phân biệt (discriminant analyis), trong đó mẫu đầu vào được định danh như một
thành phần của một lớp đã xác định.
Hoặc phân loại khơng có mẫu (unsupervised classification hay clustering)
trong đó các mẫu được gán vào các lớp khác nhau dựa trên một tiêu chuẩn đồng
dạng nào đó. Các lớp này cho đến thời điểm phân loại vẫn chưa biết hay chưa được
định danh.
Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai đoạn
chủ yếu sau đây:
1. Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý.
2. Biểu diễn dữ liệu.
3. Nhận dạng, ra quyết định.
Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:
1. Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn.
2 . Phân loại thống kê.
3. Đối sánh cấu trúc.
4. Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo.
Trong các ứng dụng rõ ràng là khơng thể chỉ dùng có một cách tiếp cận
đơn lẻ để phân loại “tối ưu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều phương
pháp và cách tiếp cận khác nhau. Do vậy, các phương thức phân loại tổ hợp hay

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 15

được sử dụng khi nhận dạng và nay đã có những kết quả có triển vọng dựa trên
thiết kế các hệ thống lai (hybrid system) bao gồm nhiều mô hình kết hợp.
Việc giải quyết bài tốn nhận dạng trong những ứng dụng mới, nảy sinh
trong cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về thuật giải, mà còn đặt ra
những u cầu về tốc độ tính tốn. Đặc điểm chung của tất cả những ứng dụng

đó là những đặc điểm đặc trưng cần thiết thường là nhiều, không thể do chuyên
gia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa trên các thủ tục phân tích dữ liệu.
2.1.2.7. Nén ảnh
Nhằm giảm thiểu không gian lưu trữ. Thường được tiến hành theo cả hai
cách khuynh hướng là nén có bảo tồn và khơng bảo tồn thơng tin. Nén khơng
bảo tồn thì thường có khả năng nén cao hơn nhưng khả năng phục hồi thì kém
hơn. Trên cơ sở hai khuynh hướng, có 4 cách tiếp cận cơ bản trong nén ảnh:
- Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén này dựa vào việc thống kê tần xuất xuất
hiện của giá trị các điểm ảnh, trên cơ sở đó mà có chiến lược mã hóa thích hợp.
Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật mã hóa này là *.TIF.
- Nén ảnh khơng gian: Kỹ thuật này dựa vào vị trí khơng gian của các
điểm ảnh để tiến hành mã hóa. Kỹ thuật lợi dụng sự giống nhau của các điểm ảnh
trong các vùng gần nhau. Ví dụ cho kỹ thuật này là mã nén *.PCX.
- Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây là kỹ thuật tiếp cận theo hướng
nén không bảo toàn và do vậy, kỹ thuật thướng nến hiệu quả hơn. *.JPG chính là
tiếp cận theo kỹ thuật nén này.
- Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal của các đối tượng ảnh, thể
hiện sự lặp lại của các chi tiết. Kỹ thuật nén sẽ tính tốn để chỉ cần lưu trữ phần
gốc ảnh và quy luật sinh ra ảnh theo nguyên lý Fractal.

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh


Trang 16

2.2. Thu nhận và biểu diễn ảnh
2.2.1. Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh
Các thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner các thiết bị thu nhận
này có thể cho ảnh đen trắng.
Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh thông dụng

Raster, Vector.
Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster là camera các thiết bị thu
nhận ảnh thông thường Vector là sensor hoặc bàn số hoá Digitalizer hoặc được
chuyển đổi từ ảnh Raster.
Nhìn chung các hệ thống thu nhận ảnh thực hiện 1 quá trình:
- Cảm biến: biến đổi năng lượng quang học thành năng lượng điện.
- Tổng hợp năng lượng điện thành ảnh.
2.2.2. Biểu diễn ảnh
Ảnh trên máy tính là kết quả thu nhận theo các phương pháp số hoá được
nhúng trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau. Q trình lưu trữ ảnh nhằm 2 mục
đích: Tiết kiệm bộ nhớ và giảm thời gian xử lý.
Việc lưu trữ thơng tin trong bộ nhớ có ảnh hưởng rất lớn đến việc hiển thị,
in ấn và xử lý ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm với cùng kích thước nếu
sử dụng càng nhiều điểm ảnh thì bức ảnh càng đẹp, càng mịn và càng thể hiện rõ
hơn chi tiết của ảnh người ta gọi đặc điểm này là độ phân giải.
Việc lựa chọn độ phân giải thích hợp tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng và
đặc trưng của mỗi ảnh cụ thể, trên cơ sở đó các ảnh thường được biểu diễn theo
2 mơ hình cơ bản.

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh