Tải bản đầy đủ

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG PHÂN LOẠI TRÁI XOÀI

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG PHÂN LOẠI TRÁI XOÀI

Họ và tên sinh viên : Võ Quốc Danh
Ngành:

CƠ ĐIỆN TỬ

Niên Khóa:

2013 - 2017

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 6 năm 2017


ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG PHÂN LOẠI TRÁI XOÀI


Tác giả

VÕ QUỐC DANH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
CƠ ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn :
Th.S Trần Thị Kim Ngà

Thành Phố Hồ Chí Minh
Tháng 6 năm 2017

1


LỜI CẢM ƠN
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả các quý Thầy, Cô ở Trường Đại Học Nông Lâm
Tp.HCM và quý Thầy, Cô trong khoa Cơ Khí-Công Nghệ đã trang bị cho em những
kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các quý Thầy, Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã
giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với cô Trần Thị Kim Ngà đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.
Đặt biệt, em xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội Đồng đã dành thời gian nhận xét,
góp ý để Luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã động
viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn
thành Luận văn.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Sinh viên thực hiện

Võ Quốc Danh

2


TÓM TẮT
Đề tài “Ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại trái xoài” được thực hiện tại trường
Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 đến tháng 5 năm
2017.
Đề tài thực hiện thành công trong việc thiết kế mô hình để đánh giá xoài sử dụng
thư viện OpenCV (Computer Vision) trên nền Visual Studio, thực hiện thành công
quá trình xử lý ảnh nhận dạng đối tượng, xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu và các tiêu
chí để đánh giá xoài.
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù
đã cố gắng hết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của em chắc chắn không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy
cô và bạn bè để đề tài của em càng được hoàn thiện hơn.

3


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................................... ii
TÓM TẮT.......................................................................................................................................... iii
MỤC LỤC.......................................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC BẢNG.......................................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC HÌNH.......................................................................................................... vii
Chương 1.............................................................................................................................................. 1
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề.........................................................................................................1
1.2 Mục đích...........................................................................................................2
Chương 2.............................................................................................................................................. 3
TỔNG QUAN.................................................................................................................................... 3
2.1. Giới thiệu chung về xoài..................................................................................3
2.1.1. Định nghĩa.................................................................................................3
2.1.2 Phân loại.....................................................................................................3
2.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế..........................................................4
2.2Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng xoài............................................................5
2.3. Tổng quan về xử lý ảnh....................................................................................6
2.3.1 Hệ thống xử lý ảnh......................................................................................6
2.3.2 Cấu trúc ảnh RGB.......................................................................................8
2.3.3. Định dạng ảnh............................................................................................9
2.3.4. Quá trình tách đối tượng............................................................................9
2.4. Phần mềm Visual Studio (VISUAL STUDIO) và OpenCV...........................10
Chương 3........................................................................................................................................... 13
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................13
3.1. Phương tiện thực hiện.....................................................................................13
3.1.1 Thiết bị phần cứng....................................................................................13
3.1.2 Thiết bị phần mềm....................................................................................13
3.2. Phương pháp thực hiện...................................................................................13
3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết.................................................................................13
4


3.2.2 Bố trí phần cứng........................................................................................13
Chương 4........................................................................................................................................... 15
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................................................................... 15
4.1 Tổng quan về hệ thống....................................................................................15
4.1.1. Thiết kế phần cứng...................................................................................15
4.1.2 Quy trình nhận dạng và xử lý ảnh.............................................................16
4.2 Kết quả nhận dạng và xử lý ảnh......................................................................16
4.2.1 Sơ đồ khối xử lý ảnh.................................................................................16
4.2.2 Thu nhận ảnh.............................................................................................17
4.2.3. Tách đối tượng.........................................................................................18
4.2.4 Quá trình nhận dạng sâu bệnh...................................................................20
4.2.5 Xác định các thông số xoài.......................................................................20
4.2.6 Đánh giá sâu bệnh.....................................................................................21
4.2.7 Lưu đồ giải thuật.......................................................................................21
4.3 Khảo nghiệm...................................................................................................23
4.4 Kết luận...........................................................................................................30
Chương 5........................................................................................................................................... 31
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................................................................... 31
5.1. Kết quả đạt được............................................................................................31
5.2. Hướng phát triển đề tài...................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................ 33
PHỤ LỤC.......................................................................................................................................... 34

5


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 Bảng thành phần dinh dưỡng trong 100g xoài...........................................5
Bảng 2. 2 Bảng phân loại xoài theo khối lượng..........................................................6
Bảng 4. 1 Kết quả khảo nghiệm.................................................................................26

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 Quả xoài tươi.....................................................................................5
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh...................................................................7
Hình 2.3 Mô hình không gian màu RGB..........................................................9
Hình 2.4 Giao diện VISUAL STUDIO..........................................................12
Hình 3.1 Hộp thu hình bản vẽ........................................................................14
Hình 4.1 Hộp thu hình thực tế........................................................................16
Hình 4.2 Webcam...........................................................................................17
Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh.................................................................17
Hình 4.4 Sơ đồ các quá trình xử lý của phần mềm.........................................18
Hình 4.5 Hình ảnh thu được...........................................................................19
Hình 4.6 Ảnh xám..........................................................................................20
Hình 4.7 Ảnh sau khi tách đối tượng..............................................................20
Hình 4.8 Sơ đồ các quá trình nhận dạng.........................................................21
Hình 4.9 Hình sau khi nhận dạng sâu bệnh....................................................21
Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán..........................................................................22
Hình 4.11: Kết quả thu được..........................................................................23
Hình 4.12: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa hệ thống và thực
tế về diện tích quả xoài...................................................................................28
Hình 4.13: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa
hệ thống và thực tế về khối lượng....................................................................28
Hình 4.14: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa hệ thống
và thực tế về tỉ lệ..............................................................................................29

7


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay xoài cũng là một trong số các sản phẩm nông nghiệp ở Việt Nam và ngày
càng phát triển với sản lượng xuất khẩu ngày càng lớn. Vừa qua, chính quyền Hoa Kỳ
đã vừa đề nghị cho phép xoài Việt Nam được phép nhập khẩu vào thị trường Mỹ, đồng
thời cung cấp các điều kiện và tiến trình cụ thể để trái xoài xuất hiện tại thị trường
ngay trong mùa vụ tới, cùng với các khu vực khác như Úc và Châu Âu.
Cùng với các máy hiện đại thì việc xử lý xoài ngày càng tốt hơn vì vậy xoài của
Việt Nam ngày càng khẳng định được vị trí của mình. Nhận thức được giá trị của việc
xuất khẩu xoài mang lại cho nền kinh tế ta đã khắc phục các khiếm khuyết về giống
xoài, chất lượng xoài, công nghệ chế biến. Trong đó chất lượng xoài là tiêu chí quan
trọng nhất của việc xuất khẩu.
Nhưng hầu hết các quy trình giám định đều thực hiện thủ công, đặc biệt là quá
trình kiểm định hình dạng, kích thước, nhận định sâu bệnh. Cho đến nay, công đoạn
này tuy được cải thiện bằng băng chuyền của một số nhà máy chế biến lớn nhưng chưa
tự động hoàn toàn vẫn còn phụ thuộc nhiều vào nhân công.
Tóm lại, xuất khẩu xoài ở Việt Nam tuy vẩn đang phát triển mạnh nhưng muốn
giử vững vị trí của mình thì cần phải tối ưu hóa các công đoạn sản xuất hơn nữa. Trong
đó, tự động hóa công đoạn đánh giá và phân loại sản phẩm sẽ góp phần không nhỏ vào
việc tăng năng xuất lao động, tăng độ chính xác sau khi phân loại và nâng tính an toàn
thực phẩm trước khi đóng gói.

1


1.2 Mục đích
Mục đích của đề tài này là nghiên cứu và khảo nghiệm mô hình đánh giá chất
lượng xoài bằng xử lý ảnh. Vì thời gian có hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài
em chỉ thực hiện nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau:





Xác định khối lượng xoài
Phát hiện sâu bệnh
Phân loại : theo khối lượng và tỉ lệ giữa diện tích sâu bệnh và diện tích trái xoài
Khảo nghiệm độ chính xác mô hình

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu chung về xoài
2.1.1. Định nghĩa
Xoài là một loại trái cây vị ngọt thuộc chi Xoài, bao gồm rất nhiều quả cây nhiệt
đới, được trồng chủ yếu như trái cây ăn được. Phần lớn các loài được tìm thấy trong tự
nhiên là các loại xoài hoang dã. Tất cả đều thuộc họ thực vật có hoa Anacardiaceae.
Xoài có nguồn gốc ở Nam Á và Đông Nam Á, từ đó nó đã được phân phối trên toàn
thế giới để trở thành một trong những loại trái cây được trồng hầu hết ở vùng nhiệt
đới.

Mật

độ

cao

nhất

của

chi

Xoài(Magifera)



phía

tây

của Malesia (Sumatra, Java và Borneo) và ở Myanmar và Ấn Độ. Trong khi loài
Mangifera khác (ví dụ như xoài ngựa, M. Foetida) cũng được phát triển trên cơ sở địa
phương hơn, Mangifera indica, -"xoài thường" hoặc "xoài Ấn Độ"-là cây xoài thường
chỉ được trồng ở nhiều vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Nó có nguồn gốc ở Ấn
Độ và Myanmar. Nó là hoa quả quốc gia của Ấn Độ, Pakistan, Philippines, và cây
quốc gia của Bangladesh. Trong một số nền văn hóa, trái cây và lá của nó được sử
dụng như là nghi lễ trang trí tại các đám cưới, lễ kỷ niệm, và nghi lễ tôn giáo.
Xoài thích nghi với khí hậu rộng: loại khí hậu ẩm ướt hoặc khô. Điều kiện tự
nhiên ở miền nam Việt Nam hoàn toàn thuận lợi cho việc phát triển cây xoài. Chiều
cao cây xoài khoảng 10-30m. Trái của nó hình thuỗn hoặc thon dài, kích thước rất
khác nhau: dài từ 4 – 25 cm, đường kính từ 2 – 10 cm. Màu thay đổi từ xanh đến vàng
cam sang đỏ màu trung giang là màu vàng xanh. Da xoài dày đều, khi chin thịt màu
vàng cam, nhiều nước và thơm. Hạt xoài hình dĩa và có xơ.
2.1.2 Phân loại
Một số giống xoài thường gặp ở Việt Nam
 Xoài cát Hòa Lộc: quả to hình thuỗn, hơi bầu ở phần cuốn, vỏ chin vàng
tươi, thịt dày dẽo, ít xơ, hột nhỏ, ngọt có hương vị thơm ngon được trồng
nhiều nơi như: Cái Bè (Tiền Giang), Cao Lãnh (Đồng Tháp).
 Xoài cát trắng: vỏ quả chín vàng nhạt, có lớp phấn bên ngoài
3


 Xoài cát chu: dể đậu quả, cuống quả hơi lồi và lệch một bên. Vỏ quả
chín vàng đậm, thịt dẻo và thơm.
 Xoài bưởi (xoài ba mùa mưa): mau cho quả, dể trồng, những năm đầu
quả có mùi bưởi. Xoài bưởi có loại:
 Xoài ghép nghệ: quả tròn, ngắn cân đối, cuốn quả lồi, vỏ dày ít mịn, thịt
nhão có xơ.
 Xoài ghép xanh: quả dẹp, hơi dài, gần cuốn quả lõm, vỏ xanh vàng và
dày.
(Theo kết quả khảo sát thu thập của trung tâm cây ăn quả Long Định Tiền Giang.)
2.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế
Xoài thuộc họ đào lộn hột, là cây ăn quả nhiệt đới quan trọng ở nước ta được trồng
phổ biến ở nhiều vùng để lấy quả, lấy gổ, trồng cây bóng mát, cây cảnh và cây che phủ
chống xoái mòn.
Trái xoài chín có màu sắc hấp dẫn, ăn ngọt, mùi thơm ngon được nhiều người ưa
thích và được xem là loại quả quý. Giá trị dinh dưỡng của xoài theo phân tích của các
tác giả Ấn Độ : tỉ lệ thịt quả 70% so với trọng lượng quả, hạt 13%, tổng số chất tao
16% (đo bằng chiết quan kế cầm tay),đọ chua 0.2% tính theo acid citric, đường tổng số
11-12%, giá trị nghiệt lượng 100g là 70 calo. Xoài giàu vitamin A,B2 và C. Đặc biệt là
vitamin A trong 100g ăn được có 4.8mg. Ngoài ra có các loại muối khoáng K, Ca, P,
Cl.

4


Hình 2.1 Quả xoài tươi
Thành phần
100g ăn được
Nước
81.71
Năng lượng
65.0
Protein
0.51
Lipid tổng số
0.27
Tro
0.5
Carbohydrate
17.00

1.8
Đường
14.8
Bảng 2. 1 Bảng thành phần dinh dưỡng trong 100g xoài
2.2Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng xoài
Muốn xuất khẩu sang Châu Âu xoài cần có:
+ Giám định về thuốc bảo vệ thưc vật được thực hiện theo quy định của tổ chức
an toàn thực phẩm.
+ Về bề ngoài xoài cần có:
 Sạch nguyên vẹn
 Không bị sâu bệnh
 Không có các vết thâm đen và xước
 Được bảo quản trong điều kiện tốt khi vận chuyển
 Cuốn xoài không được phép dài quá 1cm
 Về khối lượng :
Cỡ
A
B

Khối lượng
100 - 350
351 - 550
5


C
D

551 - 800
˃ 800
Bảng 2.2 Bảng phân loại xoài theo khối lượng.

Quy định của UNECE (Liên Hiệp Quốc ủy ban kinh tế Châu Âu) về chất lượng trái
xoài







Nguyên vẹn sạch sẽ không có vấn đề nào có thể thấy từ bên ngoài
Không bị bằm dập không có vết đen rạng nứt
Tươi
Không bị sâu bệnh
Không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm bên ngoài về kích thước
Trọng lượng tối thiểu là 100 g

=> Với các tiêu chí trên thì đề tài này đáp ứng được các tiêu chí như sau:
+ Phân loại xoài theo khối lượng.
+ Tính diện tích quả xoài
+ Tính tổng các diện tích sâu bệnh
+ Tỉ lệ giữa diện tích sâu bệnh và diện tích quả xoài
+ Chiều dài, chiều rộng quả xoài
2.3. Tổng quan về xử lý ảnh
2.3.1 Hệ thống xử lý ảnh

6


Một hệ thống xử lý ảnh điển hình gồm những thành phần sau
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh
Lưu
trử
Thiết bị
thu
nhận
ảnh( cả
m biến,
sensor)

Thu
nhận
ảnh

Lưu
trử

Phân
tích
ảnh

Số
hóa

Nhận
dạng

Hệ
quyết
định
Từ hình vẽ ta thấy một hệ thống xử ảnh bao gồm thu nhận ảnh, số hóa ảnh, phân
tích ảnh và cuối cùng là quyết định (tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể mà đưa ra
quyết định cho phù hợp).
2.3.1.1 Thu nhận ảnh và số hóa
Việc thu nhận ảnh có thể thông qua camera. Các camera có thể hoặc là tương tự
(loại camera ống kiểu CCIR) hoặc là số (loại camera kiểu CCD_Charge Coupble
Device ). Ảnh củng có thể được thu qua các thiết bị khác như máy quét v..v. Nếu ảnh
nhận được là tương tự nó phải được số hóa nhờ quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa
trước khi phân tích, xử lý hay lưu trử ảnh.
2.3.1.2 Phân tích ảnh
Ở giai đoạn này ảnh được xử lý theo nhiều công đoạn nhỏ như: cải thiện ảnh, khôi
phục ảnh để làm nổi bậc một số đặc tính chính của ảnh hay làm ảnh gần với trạng thái
góc. Tiếp theo là phát hiện các đặc tính như biên, phân vùng.
2.3.1.3 Hệ quyết định
Cuối cùng tùy theo mục đích của ứng dụng sẽ là giai đoạn nhận dạng hay các quyết
định khác.

7


2.3.2 Cấu trúc ảnh RGB
Ảnh nhận được từ camera là một chuỗi các bit mô tả các điểm ảnh (pixel). Các
pixel này đã được mã hóa thành 3 giá trị màu cơ bản red, green, blue theo lý thuyết
màu do Thomson đưa ra năm 1802. Do đó, một ảnh màu sẽ được thể hiện dưới dạng
ma trận vector do ba mảng màu cơ bản trên cấu thành.
Hệ thống tọa độ của các pixel của ảnh đó được biểu diễn bằng tham số f(x,y) như
sau :

f(x,y) =

f(x0,y0) f(x0,y1)

N

f(x1,yo) f(x1,y1

N

M

M

f(x0,yN-1)
f(x1,yN-1)
K M

f(xM-1,y0) f(xM-1,y1)

N

f(xM-1,yN-1)

Trong đó:M và N là kích thước chiều rộng và chiều cao tương ứng của ảnh (đại
diện cho số hàng và số cột trong hàm f(x,y)). Hay nói cách khác, ảnh có kích thước
MxN.
Một điểm ảnh có tọa độ (x0,y0) thì f(x0,y0) là mức sáng tại điểm đó.

8


Hình 2.3 Mô hình không gian màu RGB
2.3.3. Định dạng ảnh
Trong hệ tọa độ máy tính, ảnh số được lưu trử trong một bộ nhớ hay còn gọi là
định dạng tập tin ảnh. Có rất nhiều định dạng ảnh khác nhau như JPEG, GIG, TIF, …
Nhưng ở đây ta cần quan tâm đến việc xử lý real_time (thời gian thực). Xử lý trực
tiếp với hình ảnh thu được không cần phải lưu hình ảnh lại.
2.3.4. Quá trình tách đối tượng
Đây là quá trình dùng webcam thu hình sau đó dùng hình thu được cùng với thư
viện OpenCV trên nền Visual Studio để nhận dạng đối tượng.
Phần quan trọng của quá trình này là phát hiện được biên của đối tượng và có các
phương pháp như sau:
Biên là vấn đề quan trọng trong trích chọn đặc điểm nhằm tiến tới hiểu ảnh.
Cho đến nay chưa có định nghĩa chính xác về biên, trong mỗi ứng dụng người ta đưa
ra các độ đo khác nhau về biên, một trong các độ đo đó là độ đo về sự thay đổi đột
ngột về cấp xám. Ví dụ: Đối với ảnh đen trắng, một điểm được gọi là điểm biên nếu
nó là điểm đen có ít nhất một điểm trắng bên cạnh. Tập hợp các điểm biên tạo nên
biên hay đường bao của đối tượng. Xuất phát từ cơ sở này người ta thường sử dụng
hai phương pháp phát hiện biên cơ bản:
9


Phát hiện biên trực tiếp: Phương pháp này làm nổi biên dựa vào sự biến thiên
mức xám của ảnh. Kỹ thuật chủ yếu dùng để phát hiện biên ở đây là kỹ thuật lấy đạo
hàm. Nếu lấy đạo hàm bậc nhất của ảnh ta có các kỹ thuật Gradient, nếu lấy đạo
hàm bậc hai của ảnh ta có kỹ thuật Laplace. Ngoài ra còn có một số các tiếp cận
khác.
Phát hiện biên gián tiếp: Nếu bằng cách nào đó ta phân được ảnh thành các
vùng thì ranh giới giữa các vùng đó gọi là biên. Kỹ thuật dò biên và phân vùng ảnh
là hai bài toán đối ngẫu nhau vì dò biên để thực hiện phân lớp đối tượng mà khi đã
phân lớp xong nghĩa là đã phân vùng được ảnh và ngược lại, khi đã phân vùng ảnh
đã được phân lớp thành các đối tượng, do đó có thể phát hiện được biên.
Phương pháp phát hiện biên trực tiếp tỏ ra khá hiệu quả và ít chịu ảnh hưởng
của nhiễu, song nếu sự biến thiên độ sáng không đột ngột, phương pháp tỏ ra kém
hiệu quả, phương pháp phát hiện biên gián tiếp tuy khó cài đặt, song lại áp dụng khá
tốt trong trường hợp này. Sự khác biệt cơ bản giữa hai phương pháp này là: Phương
pháp phát hiện biên trực tiếp cho ta kết quả là ảnh biên, còn phương pháp phát hiện
biên trực tiếp cho ta kết quả là đường biên.
2.4. Phần mềm Visual Studio và OpenCV
Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft.
Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng
như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web. Visual Studio sử dụng nền
tảng

phát

triển

phần

mềm

của

Microsoft

như Windows

API, Windows

Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight.
Nó có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý
Visual Studio hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau và cho phép trình biên tập
mã và gỡ lỗi để hỗ trợ (mức độ khác nhau) hầu như mọi ngôn ngữ lập trình.
OpenCV (Open Source Computer Vision) là một thư viện mã nguồn mở về thị
giác máy với hơn 500 hàm và hơn 2500 các thuật toán đã đư ợc tối ưu về xử lý ảnh, và
các vấn đề liên quan tới thị giác máy. OpenCV được thiết kế một cách tối ưu, sử dụng
tối đa sức mạnh của các dòng chip đa lõi… để thực hiện các phép tính toán trong thời
10


gian thực, nghĩa là tốc độ đáp ứng của nó có thể đủ nhanh cho các ứng dụng thông
thường. OpenCV là thư viện được thiết kế để chạy trên nhiều nền tảng khác nhau
(cross-patform), nghĩa là nó có thể chạy trên hệ điều hành Window, Linux, Mac, iOS
… Việc sử dụng thư viện OpenCV tuân theo các quy định về sử dụng phần mềm mã
nguồn mở BSD do đó bạn có thể sử dụng thư viện này một cách miễn phí cho cả mục
đích phi thương mại lẫn thương mại.
Dự án về OpenCV được khởi động từ những năm 1999, đến năm 2000 nó được
giới thiệu trong một hội nghị của IEEE về các vấn đề trong thị giác máy và nhận dạng,
tuy nhiên bản OpenCV 1.0 mãi tới tận năm 2006 mới chính thức được công bố và năm
2008 bản 1.1 (pre-release) mới được ra đời. Tháng 10 năm 2009, bản OpenCV thế hệ
thứ hai ra đời (thường gọi là phiên bản 2.x), phiên bản này có giao diện của C++ (khác
với phiên bản trước có giao diện của C) và có khá nhiều điểm khác biệt so với phiện
bản thứ nhất. Thư viện OpenCV ban đầu được sự hỗ trợ từ Intel, sau đó được hỗ trợ bở
Willow Garage, một phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứu về công nghệ robot. Cho
đến nay, OpenCV vẫn là thư viện mở, được phát triển bởi nguồn quỹ không lợi nhuận
(none -profit foundation) và được sự hưởng ứng rất lớn của cộng đồng.

11


Khởi động chương trình

Hình 2.4 Giao diện Visual Studio
Tạo một project mới: New > Project, trong cửa sổ New Project chọn Visual C++,
Win32 console application. Chọn OK, sau đó nhấn Next, hộp thoại tiếp theo xuất hiện,
ở hộp thoại này ta chọn Application type là Console application và Additional option
là Empty project, nhấn Finish để kết thúc quá trình khởi tạo.
Project mới được tạo ra là project hoàn toàn trống, ta phải thêm vào đó ít nhất một
file nguồn để chương tr ình có thể chạy được, trong Solution Explorer ta click chuột
phải vào Source Files, chọn Add -> New Item… Hộp thoại Add New Item hiện ra, ta
chọn kiểu cần thêm vào là C++ File (.cpp) đồng thời trong ô Name ta đặt tên cho file
thêm vào, giả sử là FirstApp.cpp. Bây giở trong file này ta có thể thêm vào các
#include và gọi hàm main () để chạy chương trình.
Để chương trình có thể chạy được với thư viện OpenCV ta cần tùy chỉnh lại một sô
thuộc tính của project tùy vào mục đích có thể kham khảo ở “Ứng dụng xử lý ảnh thực
tế với thư viện OpenCV C/C++, Nguyễn Văn Long”.

12


Chương 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Phương tiện thực hiện
Đối với phạm vi đề tài này, phương tiện thực hiện sẽ được chia làm hai phần: phần
cứng và phần mềm.
3.1.1 Thiết bị phần cứng





Hộp thu hình để xử lý xoài
Nguồn sáng: sử dụng nguồn sáng của led trắng
Webcam: sử dụng webcam (độ phân giải 5Mpx)
Máy tính

3.1.2 Thiết bị phần mềm
Phần mềm Visual Studio 2013 + OpenCV.
3.2. Phương pháp thực hiện
3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu các tiêu chí đánh giá chất lượng xoài
Nghiên cứu về lý thuyết xử lý ảnh
Tìm hiểu các lệnh cơ bản và các lệnh xử lý ảnh trong phần mềm Visual
Studio
 Tìm hiểu cách thu nhận ảnh thông qua webcam.




3.2.2 Bố trí phần cứng
Trong hộp thu hình, nguồn sáng được bố trí sao cho ảnh thu được có độ tương
phản tương đối có thể xử lý được. Cụ thể, đèn leb được đặt ở trên, hướng ánh sáng
chiếu song song với chiều ống kính webcam. Webcam được đặt ở phía trên chiếu
vuông góc với quả xoài.
Webcam được nối với máy tính thông qua cổng usb, sau khi thu nhận ảnh từ
webcam phần mềm VISUAL STUDIO sẽ xử lý kết quả và hiển thị lên màn hình máy
tính.
Với các phương pháp và phương tiện nêu trên, ở chương 4 tiếp theo sẽ đề cặp rõ
hơn về lý thuyết xử lý ảnh và phần mềm VISUAL STUDIO, cũng như ứng dụng lý
thuyết đó vào quá trình thực hiện.
13


Hình 3.1 Hộp thu hình bãn vẽ
+Hộp có kích thước 30x30x30
+Chất liệu mica có bề dày 2mm

14


Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Tổng quan về hệ thống
4.1.1. Thiết kế phần cứng
4.1.1.1 Hộp thu hình (phần cứng)
Phần cứng bao gồm:
 Một mạch đèn led để chiếu sáng
 Một webcam
 Một hộp thu hình 30x30x30

Hình 4.1 Hộp thu hình thực tế

4.1.1.2 Webcam thu nhận ảnh

Hình 4.2 Webcam
15


THÔNG SỐ KỸ THUẬT
+Gọi video (640 x 480 pixel).
+Quay video: Tối đa 1024 x 768 pixel.
+Ảnh: Tối đa 5 megapixel (phần mềm được cải tiến).
+Tích hợp mic với giảm tiếng ồn.
+USB 2.0 tốc độ cao.

4.1.2 Quy trình nhận dạng và xử lý ảnh
Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh
Hiển thị khối lượng,
Thu nhận ảnh
ảnh bằng webcam: Để đánh giá chất lượng sản
thì vấn
kết nối
diệnphẩm
tích quả
xoài,đềdiện
Xử lý ảnh
wedcamhay webcam với phần mềm là hết sức quan trọng. Em thực hiện lần
thiếtbằng
bị webcam
tích sâu bệnh
lượt các thao tác của một quá trình xử lý ảnh căn bản như: kết nối thiết bị webcam với
phần mềm, thu thập ảnh qua thiết bị thu nhận, chuyển ảnh xám, tách đối tượng,…
Hiển thị giao diện: khi thực hoàn thành xong quá trình xử lý ảnh thì cần hiển thị
trên màn hình thông qua giao diện Visual Studio.
4.2 Kết quả nhận dạng và xử lý ảnh

16


4.2.1 Sơ đồ khối xử lý ảnh
Thu nhận ảnh từ webcam
Nhận dạng và tách đối tượng
Xử lý và phân tích ảnh
Xác định thông số đánh giá chất lượng xoài
So sánh với tiêu chuẩn đánh giá
Kết luận
Hiển thị lên màn hình
Hình 4.4 Sơ đồ các quá trình xử lý của phần mềm
4.2.2 Thu nhận ảnh
Đề tài sử dụng webcam giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB. Như ở trên ta
đã tìm hiểu khái quát về cấu tạo của webcam, bước tiếp theo ta phải lấy ra các ảnh từ
webcam để xử lý.
Đối với một webcam, chúng ta cần quan tâm đến độ phân giải (spatial resolution)
và hệ số lấy ảnh (frame rate) của chúng. Độ phân giải càng cao thì chất lượng ảnh càng
đẹp. Thông thường các webcam có độ phân giải theo một số chuẩn như CIF (325x288
pixels), VGA (640 x 480 pixels), XGA (1024x768 pixels), v.v…
Hệ số lấy ảnh càng cao thì mô tả chuyển động của một đối tượng càng mịn, nhưng
bù lại khoảng thời gian cho phép xác định vị trí của một đối tượng càng nhỏ lại (t=1/f).
Thực tế, hệ số lấy ảnh ở một hệ thống đang có là fps (fames per second). Như vậy, cứ
mỗi giây trình điều khiển của webcam (driver) sẽ lấy được 30 khung hình (frame), có
nghĩa là trung bình cứ 33ms máy tính sẽ nhận được 1 frame do driver gửi đến.

17


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×