BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH NHẬN DẠNG CÁC VẬT
THỂ CÓ HÌNH DẠNG KHÁC NHAU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ ẢNH

Họ và tên sinh viên : ĐẶNG PHƯỚC THẢO (06153027)
DƯƠNG NGỌC THÁNH QUAN MINH
(07153024)
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2007-2011

Tp.HCM, Tháng 06/2011


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cám ơn tất cả Qúy Thầy/ Cô ở trường Đại
Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh và Qúy Thầy/ Cô trong khoa cơ khí đã giúp đỡ và trang
trang bị cho chúng em những kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường và những
người thân, bạn bè đã luôn động viên chúng em trong quá trình thực hiện.
Chúng em cũng chân thành cảm ơn các Thầy/ Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã chỉ
dạy nhiệt tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian thực hiện đề tài này.
Đặc biệt chúng em cũng hết sức cám ơn Cô ThS. NGUYỄN LÊ TƯỜNG đã
hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình làm luận văn.
Chúng em cũng bày tỏa lònng biết ơn đối với Qúy Thầy/ Cô trong Hội Đồng đã
dành thời gian quý báu để nhận xét và đóng góp ý kiến để luận văn này hoàn thiện hơn.
Cuối cùng chúng em xin chúc các Thầy/ Cô luôn thành công,hạnh phúc, đầy sức
khỏe trên mọi mặt.
TP. Hồ Chí Minh, 06 Tháng 06 Năm 2011

Lời cảm ơn ............................................................................................................. ii
Tóm tắt .................................................................................................................. iii
Mục lục ................................................................................................................. iv
Danh sách các hình .............................................................................................. vii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................. 1
1.3 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.4 Giơí hạn đề tài .................................................................................................. 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ............................................................................... 3
2.1 Tổng quan về nhận dạng vật thể ...................................................................... 3
2.2 Tổng quan và ứng dụng về xử lý ảnh ............................................................... 3
2.2.1 Xử lý ảnh là gì? ....................................................................................... 3
2.2.2 Ứng dụng xử lý ảnh ................................................................................ 5
2.3 Sơ lược về phần mềm xử lý ảnh của Siemen ................................................... 8
2.3.1 Spectation ............................................................................................... 8
2.3.2 Công cụ blob của Spectation ................................................................. 9

iii


2.4 Giới thiệu một số phần mềm xử lý ảnh khác .................................................. 11
2.4.1 Image Analyze ...................................................................................... 11
2.4.2 Paint Star............................................................................................... 12

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 13
3.1 Chương trình xử lý ảnh .................................................................................. 13
3.1.1Nhiệm vụ chương trình.......................................................................... 13

3.6.7 Hình khác .............................................................................................. 32

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................... 33
4.1 Thiết kế mô hình hệ thống ............................................................................. 33
4.1.1 Sơ đồ khối ............................................................................................ 33
4.1.2 Mô hình vẽ trên Autocad ..................................................................... 34
4.2 Giao diện phần mềm ...................................................................................... 37
4.2.1 Giao diện chính của phần mềm ........................................................... 37
4.2.2 Trình đơn chính ................................................................................... 38
4.2.3 Hiển thị video ...................................................................................... 38
4.2.4 Hiển thị xử lý ....................................................................................... 38
4.2.5 Thanh kết quả ...................................................................................... 39
v


4.2.6 Biểu đồ cường độ sáng ........................................................................ 39
4.2.7 Bảng kết quả ........................................................................................ 39
4.3 Lưu đồ giải thuật phần mềm .......................................................................... 40
4.4 So sánh kết quả tính thực tế với kết quả tính của phần mềm ......................... 43
4.4.1 Xử lý với hình tròn ............................................................................... 43
4.4.2 Xử lý với hình vuông ............................................................................ 46
4.4.3 Xử lý với hình tam giác ........................................................................ 49
4.4.4 Xử lý với hình bất kỳ ............................................................................ 52
4.5 Bảng khảo nghiệm kết quả so sánh kích thước thực với phần mềm………...54
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................... 55
5.1 Kết quả đạt được ............................................................................................ 55
5.2 Đề nghị .......................................................................................................... 55
Tài liệu tham khảo ............................................................................................... 56
Phục lục ............................................................................................................... 57



Hình 4.8. Lưu đồ giải thuật phần trước sử dụng công cụ ............................................40
Hình 4.9. Lưu đồ giải thuật của phần sử dụng Generation..........................................41
Hình 4.10. Lưu đồ giải thuật của phần sử dụng Selector ............................................42
Hình 4.11. Bảng giới hạn thông số hình tròn ..............................................................43
Hình 4.12. Ảnh kết quả của vật tròn mẫu ....................................................................44
Hình 4.13. Ảnh kết quả của vật tròn so sánh ...............................................................45
Hình 4.14. Bảng giới hạn thông số hình vuông ...........................................................46
Hình 4.15. Ảnh kết quả của hình vuông mẫu ..............................................................47
Hình 4.16. Ảnh kết quả của hình vuông so sánh .........................................................48
Hình 4.17. Bảng giới hạn thông số hình tam giác .......................................................49
Hình 4.18. Ảnh kết quả trong hình tam giác mẫu .......................................................50
Hình 4.19. Ảnh kết quả trong hình tam giác so sánh ..................................................51
Hình 4.20. Ảnh kết quả trong vật mẫu ........................................................................52
Hình 4.21. Ảnh kết quả trong vật so sánh ...................................................................53
Hình 4.22. Bảng khảo nghiệm .....................................................................................54

viii


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật hiện đại đã
ứng dụng nhiều thành tựu mới vào các qui trình sản xuất công nghiệp để nâng cao
năng suất hay tránh lỗi sai sót theo một điều kiện tiêu chuẩn nào đó. Với lại các giai
đoạn của qui trình sản xuất hiện nay vẫn bị hạn chế vẫn phụ thuộc vào sức người là
chính nên năng suất lao động thấp và sản phẩm bị lỗi nhiều khi đưa ra thị trường tiêu
thụ. Một trong những ứng dụng nhằm hạn chế những nhược điểm đó là công nghệ sử

dụng nhiều vào các nghành nghề khác: nhận dạng mã vạch,vân tay, khuôn mặt….
Tạo được phần mềm xử lý ảnh có các chức năng tương đồng với bộ Blod Tools
của phần mềm Spectation: là một công cụ xử lý ảnh có nhiều chức nãng đặc biệt trong
qui trình kiểm tra sản phẩm của hãng Siemem.
1.4 Giơí hạn đề tài
Mô hình chưa được tự động.
Nhận dạng và phân loại vật dựa vào kích thước.
Tốc độ xử lý của Webcam chậm .

2 
 


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về nhận dạng vật thể
Trong các dây truyền sản xuất để tạo ra sản phẩm hoàn thiện, đúng theo yêu
cầu hay đat một tiêu chuẩn nào đó nhưng sản phẩm vẫn còn bị lỗi khi đưa ra thị trường
tiêu thụ hay các bước kiểm tra an ninh: nhận dạng khuôn mặt, vân tay, các loại thẻ hay
mã vạch ở các sân bay, khách sạn, ngân hàng hoặc các khu vực công cộng vẫn còn bị
hạn chế và cũng chính do các vật thể có hình dạng, kích thước, màu sắc khác nhau (ví
dụ: hình tròn, hình vuông, hình tam giác…) mà chính do con người quan sát, thực hiện
dễ gây sai sót, hạn chế, nhầm lẫn khó phân biệt bằng mắt thường.
Để khắc phục những sai sót và hạn chế đó con người đã tìm ra các phương pháp
kiểm tra, nhận định, giám sát với các kỹ thuật hiện đại đó là công nghệ xử lý ảnh có
thể dùng Webcam hay Camera …thay thế cho mắt người với năng suất và hiệu quả
cao hơn nhiều .
2.2 Tổng quan và ứng dụng về xử lý ảnh
2.2.1 Xử lý ảnh là gì?

thống thị giác máy thì chỉ cần sử dụng máy ảnh số, máy ảnh thông minh và phần mềm
xử lý ảnh để thực hiện việc kiểm tra tương tự.
Quá trình xử lý ảnh có thể xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra
kết quả mong muốn. Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt
hơn” hoặc một kết luận :
Ảnh

Ảnh
“Tốt

XỬ LÝ ẢNH

Kết luận
4 
 


Tóm lại xử lý ảnh là quá trình chụp ảnh, phân tích nhận dạng ảnh và đưa ra các tín
hiệu điều khiển hợp lý. Thiết bị thu nhận (chụp ảnh) có thể là Scanner, camera,
webcam,….Thực chất quá trình phân tích và nhận dạng ảnh bao gồm nhiều công đoạn
nhỏ có thể hình hình dung quá trình xử lý ảnh thông qua sơ đồ khối sau :

 

Hệ quyết định


Thu nhận ảnh
(Scanner,
Camera,Sensor)

5 
 


Hình 2.2: Robot đánh bóng bàn TOPIO

Nhóm tác giả ở Viện tự động hóa Kỹ thuật quân sự (Bộ Quốc phòng) đã thực hiện
thành công đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống tự động hóa nhận dạng và
phân loại sản phẩm công nghiệp".
Với ứng dụng công nghệ nhận dạng, xử lý ảnh và trí tuệ nhân tạo trên cơ sở hệ
thống thu thập thông tin ảnh chất lượng cao sẽ bảo đảm tốc độ và độ chính xác nhận
dạng phân loại sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao hơn hẳn bằng mắt thường hoặc các
phương pháp thủ công khác.
Hệ thống có tính linh hoạt và thích nghi cao vì có thể áp dụng trong nhiều dây
chuyền công nghiệp sản xuất hàng loạt sản phẩm có tiêu chuẩn phân loại cần áp dụng
công nghệ nhận dạng và xử lý ảnh. Tính thích nghi của hệ thống tạo các khả năng ứng
dụng cho nhiều loại sản phẩm khi cần thiết bằng sự thay đổi mềm dẻo các đặc trưng
của mẫu sản phẩm.

6 
 


b) Ngoài nước:
Thế giới đã phát triển và ứng dụng xử lý ảnh từ những năm 1960. Khởi đầu từ
nghiên cứu của các phòng thí nghiệm Jet Propulsion, MIT, Bell Labs, và đại học
Maryland. Ban đầu được ứng dụng để phân tích ảnh từ vệ tinh. Ngày nay có rất
nhiều ứng dụng dân dụng liên quan đến công nghệ xử lý ảnh như:
- Kiểm tra lỗi ổ cứng trong nhà máy sản xuất ổ cứng.
- Robot Asimo của công ty Honda Nhật.


Khi xử dụng phần mềm này thì kèm theo đó là một camera công nghiệp với tốc
độ xử lý cao, bên cạnh đó camera có thể sử dụng Ethernet và giao thức kết nối TCP/IP
và UDP/IP để giao tiếp với máy tính cho nên tốc độ truyền dữ liệu rất cao và khoảng
cách rất xa.

Hình 2.5: Camera VS724 của Siemen
2.3.2

Công cụ blob của Spectation

Blob trong Spectation được định nghĩa như miền kết nối điểm ảnh có mật độ
đồng dạng. Thanh công cụ được thiết kế để tìm, tính toán (đếm), đánh dấu Blob.
Thanh công công cụ Blob bao gồm hai Softsensor: chương trình tạo Blob (Blob
Generator) và bộ chọn Blob (Blob selector).
Chương trình tạo blob phân tích ảnh và tách blob dựa trên lựa chọn của người
dùng (mức ngưỡng và loại blob để định vị trí). Một blob được định vị trí, phương án
xử lý ảnh (ăn mòn, mở rộng, ẩn hay mở) có thể dùng để loại trừ nhiễu trong ảnh.
Softsensor này có sự đánhdấu ảnh đặc thù. Màu xanh phù hợp cho nền. Màu xám
phù hợp cho blob đang được đếm. Mầu đỏ phù hợp với đường bao của blob ,hay blob
tiếp xúc với biên của Softsensor.
Bộ chọn blob được dùng để tách blob được tạo bởi chương trình tạo blob. Phần
chính sử dụng phần mềm này là hỗ trợ người dùng tìm blob mà phần mềm ứng dụng
yêu cầu bởi tính toán hệ số thông số blob. Mục đích chung là đánh dấu bộ phận quay
và dịch chuyển, một blob đặt biệt phải được cô lập và vị trí của nó được tính toán. Khi
9 
 


nó đã làm, Softsensor khác có thể tham chiếu bộ chọn blob cho mốc qui chiếu vị trí.

blob.
2.4 Giới thiệu một số phần mềm xử lý ảnh khác:

2.4.1 Image Analyze
Image Analyzer là một trình chỉnh sửa hình ảnh nâng cao và được tích hợp
phần mềm phân tích hình ảnh nhưng lại có dung lượng rất nhỏ . Chương trình này có
tính năng xử lý hình ảnh thông thường như điều chỉnh độ sáng, màu sắc, loại bỏ mắt
đỏ, phóng to, thu nhỏ, cắt và xoay ảnh... cùng với một số tính năng chỉnh sửa hình ảnh
nâng cao.

 
11 
 


 

2.4.2 Paint Star :
PaintStar là chương trình xử lý hình ảnh kỹ thuật số đa năng với các công cụ
chỉnh sửa và thiết kế hình ảnh, chụp màn hình, và hiển thị hình ảnh thu nhỏ hình ảnh
trong menu của Windows Explorer. Phần mềm này cũng hỗ trợ làm việc với các
layers, tích hợp các công cụ chỉnh sửa ảnh phổ biến nhất. Ngoài ra, PaintStar còn có
bộ lọc ảnh khá tốt

.

Ngoài ra còn có một số phần mềm như: PhotoPlus, PhotoScape,
Phantasmagoria…nhưng đa phần ít ứng dụng trong công nghiệp.

12 

1 

1 

0 

1 

1 

1 

0 

13 
 


0 

0 

1 

1 

0 

1 



0 

11 

245 

12 

 Ảnh màu: thông thường, ảnh màu được tạo nên từ 3 ảnh xám đối với màu nền
đỏ (RED), xanh lá cây (GREEN), xanh lam (BLUE). Tất cả các màu trong tự
nhiêu đều có thể được tổng hợp từ 3 thành phần màu trên theo các tỷ lệ khác
nhau.
 Một số định dạng ảnh hiện nay:
Ảnh BMP (Bitmap)
Là ảnh được mô tả bởi một ma trận các giá trị số xác định màu và bảng màu
của các điểm ảnh tương ứng khi hiển thị. Ưu điểm của ảnh Bitmap là tốc độ vẽ và
tốc độ xử lý nhanh. Nhược điểm của nó là kích thước rất lớn.
Ảnh JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Đây là một định dạng ảnh được hỗ trợ bởi nhiều trình duyệt web. Ảnh JPEG
được phát triển để nén dung lượng và lưu trữ ảnh chụp, và được sử dụng tốt nhất
cho đồ họa có nhiều màu sắc, ví dụ như là ảnh chụp được scan. File Ảnh JPEG là
ảnh Bitmap đã được nén lại.
Ảnh GIF (Graphics Interchange Format)
Ảnh GIF được phát triển dành cho những ảnh có tính chất thay đổi. Nó được
sử dụng tốt nhất cho đồ họa có ít màu, ví dụ như là ảnh hoạt hình hoặc là những
bức vẽ với nhiều đường thẳng. File ảnh GIF là những ảnh Bitmap được nén lại.
14 
 


 


điểm ảnh sẽ được biểu diễn trên 1, 4, 8, 24 hay 32 bit. Số lượng bit biểu diễn mức
xám càng lớn thì chất lượng ảnh càng cao nhưng sẽ tốn dung lượng bộ nhớ nhiều hơn
để lưu trữ và cần một hệ thống mạnh hơn để xử lý.

3.2.4 Khái niệm về biên
Biên là một vấn đề chủ yếu trong phân tích ảnh vì các kỹ thuật phân đoạn ảnh
chủ yếu dựa vào biên.
Một điểm ảnh có thể coi là điểm biên nếu ở đó có sự thay đổi đột ngột về mức
xám. Tập hợp các điểm biên tạo thành biên hay đường bao ảnh của ảnh (boundary).
Thí dụ, trong một ảnh nhị phân, một điểm có thể gọi là biên nếu đó là điểm đen và có
ít nhất một điểm trắng là lân cận.
3.2.4.1 Phân loại các kỹ thuật phát hiện biên
Xuất phát từ định nghĩa toán học của biên người ta thường sử dụng 2 phương
pháp phát hiện biên sau:
3.2.4.1.1

Phương pháp phát hiện biên trực tiếp:

Phương pháp này nhằm làm nổi biên dựa vào sự biến thiên về giá trị độ sáng của
điểm ảnh. kỹ thuật chủ yếu dùng phát hiện biên ở đây là kỹ thuật đạo hàm. Nếu lấy
đạo hàm bậc nhất của ảnh ta có phương pháp Gradient; nếu lấy đạo hàm bậc hai ta có
kỹ thuật Laplace. Hai phương pháp trên được gọi là phương pháp dò biên cục bộ.
ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp “đii theo đường bao”: dựa vào nguyên lý
qui hoạch hoạt động và được gọi là phương pháp dò biên tổng thể.
3.2.4.1.2

Phương pháp gián tiếp: