0

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tự động phân loại cà chua theo màu sắc

91 2 0
  • Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tự động phân loại cà chua theo màu sắc

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 12/05/2022, 10:54

I H C QU C GIA TP.HCM I H C BÁCH KHOA HU NH HI N VINH NGHIÊN C U THI T K VÀ CH T O THI T B T NG PHÂN LO I CÀ CHUA THEO MÀU S C Chuyên ngành: K thu Mã s : 8520103 LU TP H CHÍ MINH, tháng 01 2022 c hồn thành t i: ngày 15 tháng 01 i h c Bách Khoa 2022 - - - - PGS.TS Lê Th - CH T CH H NG NG KHOA -HCM I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH C NG HỊA XÃ H I CH I H C BÁCH KHOA cL p _ T NAM T Do H nh Phúc _ NHI M V LU MSHV: 1970234 19/11/1996 Long An Chuyên ngành: : 8520103 Research design and fabrication of automated tomatoes classifier based on color - Nghiên c u t ng quan tình tr ng phân lo i cà chua t i Vi t Nam th gi i - T ng h p tiêu chu n phân lo i cà chua - Phân tích l a ch - Tính tốn thi t k t k , xây d u: rung c p li u, nguyên lý i v n chuy n, x lý nh, xi lanh phân lo i - Ch t o mơ hình phân lo i cà chua t ng ng d ng th giác máy tính - Phát tri n ph n m m x lý nh phân lo i - Th nghi xác phân lo i II NGÀY GIAO NHI M V : 22-02-2021 III NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 12-12-2021 IV CÁN B NG D N: PGS.TS Thái Th Thu Hà i tháng CÁN B NG D N CH NHI M B (H tên ch ký) (H tên ch ký) PGS.TS Thái Th Thu Hà NG KHO (H tên ch ký) ii 2022 O L IC c t m b ng th n nh cu i Trong su t qua trình y, khơng l n g p ph i nh ng l n ng ch c c Chân thành i b n, nh i gi l i kinh nghi m s c n tình gi ng d y truy n th ng ngh nghi p Xin c p thêm tinh th u thơng c m khơng th v c Xin n d nh ng d c bi t chúc m ng b n nh ng k ho ch chinh ph c t m b ng th c bi t em xin dành l em t nh ng k a n th PGS TS Thái Th Thu Hà C t s c tâm huy u khoa h khoa h c b n C 19 ph c t p c n nh ng d n n cách vi t m t cơng trình khơng ng i tình hình d ch b nh COVIDn nhà th c hi n mơ hình lu th tr kinh phí xu t b n báo khoa h c tài tr em m t ph n kinh phí th c hi n mơ hình lu a th y có l nh ng dịng khơng k h t c nên m t l n n a em xin chân thành c y cô v i t t c s kính tr ng ng m Tác gi Hu nh Hi n Vinh iii TÓM T T LU Cà chua lo i qu c tr ng v i di n tích l n th hai c tiêu th nhi u nh t th gi i nói chung Vi t Nam nói riêng giá tr qu cà chua thành ph m, c n thi t ph i có m t thi t b có th phân lo i cà chua sau thu ho ch công t i Vi t Nam Lu u mà t n th c hi n th i cà chua sau thu ho ch, mơ hình c chia thành ch p li u, v n chuy n, x lý, phân lo i Nhi u ý a ch n cho trình thi t k d ng v i m i ch thi t k tham s b ph ng b ng Simscape có s n MATLAB d ng h th ng c p li u K t qu c a mơ hình phân lo i cà chua t ph n m m x lý c ng, chín b ng th giác máy tính v su t t n/8 gi T ch c p li c ch t t k ch t o mơ hình phân lo i cà chua t ng theo màu s c thành lo Lu nâng cao ng theo màu s c u n v mô ng c a ph u c m t k t c c ch t o hoàn ch nh m t xác phân lo i 83.33% v i lo i cà chua xanh 96.67% v i lo i cà chua chín iv ABSTRACT Tomato is a nutritious vegetable, grown with the second largest area and consumed the most in the world in general and in Vietnam in particular In order to increase the value of tomatoes, it is necessary to perform fruit sorting, which is currently done manually by farmers in Vietnam This thesis designs and manufactures a classifier to automatically classify tomatoes by color into classes: green, pink, ripe by computer vision with a yield of ton/8 hours From the main function of sorting tomatoes after harvest, the equipment is divided into sub-functions: feeding, transporting, processing, and sorting Many ideas are given and selected the best for the design process for each subfunction This thesis uses the CAD parametric design method and simulation method by Simscape available in MATLAB to predict the vibration amplitude of the feed hopper and the system vibration when feeding The result is a mechanical structure of a fully fabricated automatic tomato color classifier and an image processing and control software with an accuracy of 83.33% for green tomatoes and 96.67% for ripe tomatoes v L Tôi, Hu nh Hi t q trình tơi th c hi n lu trích d tin tham kh m i k t qu lu u xu t phát , m i thông tin tham kh u d n ngu n N u phát hi n có k t qu tơi chép t ngu n khác ho c thông c d n ngu n, tơi xin hồn tồn ch u trách nhi m ch u m i hình th c x lý c ng d n Tác gi Hu nh Hi n Vinh vi M CL C NHI M V LU L IC i iii TÓM T T LU L iv vi GI I THI TÀI 1.1 Hi n tr ng v tr ng tr t, ch bi n, tiêu th cà chua 1.2 Ch c Chính ph 1.2.1 Ch xu t kh u nông s n 1.2.2 Ch áp d ng công ngh cao nông nghi p [3] 1.3 Nh n xét .4 T NG QUAN TÀI LI U 2.1 Hi n tr ng phân lo i cà chua c ta hi n 2.2 Tình hình nghiên c u th gi i 2.2.1 T ng quan báo 2.2.2 Các sáng ch 11 2.3 M t s s n ph i 16 2.4 K t lu n .19 2.5 M u 20 2.5.1 M u n i dung nghiên c u .20 2.5.2 u .20 PHÂN TÍCH L A CH 3.1 Phân tích l a ch 3.1.1 T K .21 t k 21 nh yêu c u k thu t cho toán thi t k 21 3.1.2 Thi t k ng .24 3.1.3 Mô3.2 31 Thi t k h th ng .31 3.2.1 Thi t k k t c 31 3.2.2 Tính tốn thơng s v n hành máy 32 TÍNH TỐN THI T K VÀ X ng l c h LÝ NH .34 4.1 Mô ph u c p li u 34 4.2 X lý hình nh 40 4.2.1 Mô hình màu RGB HSV [27] 40 4.2.2 Quy trình x lý hình nh sau ch p 43 4.2.3 Gi i thu t x lý nh 48 4.2.1 Gi i thu t phân lo i 49 4.3 Phát tri n ph n m m x lý u n 50 4.4 Thi t k c m chi u sáng ch p nh 53 4.5 Thi t k h th ng khí nén 53 4.6 Hoàn thi n thi t k 55 CH T O MÔ HÌNH 56 5.1 Ch t o mơ hình 56 5.1.1 Danh m c v .56 5.1.2 Quá trình ch t o 57 5.2 Th nghi m .60 5.2.1 Ki xác m n tín hi u u u 60 5.2.2 Th nghi m ph u c p li u 63 vi 66 B1: K t n i dây camera dây tín hi u Aduino v i máy tính Hình 5.8 Ph n m m k t n i thành công v i camera ( nh ch p t video) B2: Kh i ch y ph n m m, b t qua th k t n i gi a ph n m ki m th kh u b ng cách nh n vào phím 1, 2, 3, R, u có ph n h i b ng vi t, k t n i thành cơng Hình 5.9 K t qu phân lo i xác qu Hu nh Hi n Vinh - 1970234 gi a khung hình 67 B3: B t camera b ng ch chính, b t qua th Camera Hai khung camera có hình nh tr c quan xu t hi n, k t n i thành cơng (Hình 5.8) Hình 5.10 K t qu phân lo i v trí qu B4: B t ch u cu i khung hình ch y th nghi m K t qu n k t qu phân lo i v trí Result Tuy nhiên phân lo Hình 5.9 ph n m m ng nên ch v trí qu n m gi a khung hình k t qu m i xác Hình 5.10 th hi n k t qu xác qu cà chua Hình 5.11 Hu nh Hi n Vinh - 1970234 u cu i khung hình c kích 68 c 5: Ki m tra vi c kích xi lanh sau qu cà chua kh i h p nh Hi n t i xi lanh v c (Hình 5.11) Hi n tr ng: - Ph n m nk tn c v i camera ph n c ng Aduino qua vi c hi n th hình nh khung vi c ph n h i c phím ch - u nh p vào ki m tra K t qu phân lo i b ng s hi n th hình xác cà chua trí gi a khung hình, có sai s chua - Xi lanh phân lo v u cu i khung hình c kích sau cà chua kh i h p nh Nh n xét: V t m ng ph n c ng h th k t qu phân lo i V x y có th b t ngu n t nhi u nguyên nhân: - Tín hi u phân lo c truy n xu ng ph n c ng - T - Sai câu l nh truy n tín hi u l p trình x lý tín hi u c a máy tính th c nguyên nhân v s s d 5.3 c m c dù ph n v n chuy n c c n nhi u th i gian, v y lu xác phân lo i, th hi n Th c nghi m phân lo i b ng ph n m Vì hi n t i kh m c 4.2.2.4 n t n i gi a ph n m m ph n c ng cịn b l xác phân lo i c a h th ng, lu b ng nh ch p s i xác dùng ch i n ph n m m 5.3.1 Ch p nh cà chua Trong trình ch t c d li u hình nh c n cho trình th nghi m c n ph i ti n hành ch p nh b ng camera u ki n ánh sáng h p nh gi ng hoàn toàn v i v n hành V n chu n b Hu nh Hi n Vinh - 1970234 p ráp vào máy v i u ki n th c t c 69 - ng chín m i lo i 10 qu , t ng c ng 30 qu cà chua - C m chi u sáng ch p - Máy tính - Ph n m m x lý c ch t o hoàn ch nh u n Quá trình th c hi n: dùng ch th c hi n vi nh v khác cho m i qu K t qu : M i lo i cà chua s có 30 b c i, t ng c ng có 90 b nh, ng 180 b c 5.3.2 Phân lo i S d ng ch x lý nh, phân lo m hình ch y thu t toán ti n hành th c nghi m trình phân lo i Hình 5.12 giao di n ph n m m t t m nh Có th d dàng nhìn th y nh sau m s n 3.3.2.4, giá tr ng l ng l n nh b nh B ng 5.7 Hình 5.12 Giao di n ph n m m m m t m nh Hu nh Hi n Vinh - 1970234 m c sai Giá tr 70 B ng 5.7 Giá tr ng l c màu H 160 179 Min Max S 100 255 V 20 255 Hình 5.13 K t qu phân lo i sau ch y Th h ts u ki n phân lo i gi i B ng 5.8 Sau nh p vào phím Look up, giao di n ph n m 5.13 c thay th b ng nh sau chuy Hình i sang mơ hình màu HSV V trí Result hi n th k t qu lo i cà chua B ng 5.8 Gi i h n u ki n phân lo i H 108 195 Min Max Th c hi n ch y l c k t qu t t ng b B ng 5.9 Hu nh Hi n Vinh - 1970234 S 151 239 n ch y xong 90 b V 111 255 nh (270 t m nh) 71 B ng 5.9 K t qu ch y th c nghi m phân lo i theo lo Lo u vào (1) L nl p S ng nh (2) S ng hi n th t qu u vào T l xác (4=3/2) (3) 20 80% 20 90% 20 80% 20 12 60% 20 13 65% 20 11 55% 20 10 100% 20 90% 20 10 100% Trung bình 83.33% 60% 96.67% Trung bình: Tuy nhiên trình th c nghi 80% ng h p m t qu c ch p t hai camera t hai phía cho k t qu sai khác (B ng 5.10) B ng 5.10 K t qu th c nghi m s khác phân lo i hai t m nh b Lo i u vào L nl p (1) S b nh (2) S b nh S b nh T l cùng lo i khác lo i lo i (3) (4) (5=3/2) 10 70% 10 80% 10 70% Hu nh Hi n Vinh - 1970234 Trung bình 73.33% 72 Lo i u vào L nl p (1) S b nh (2) S b nh S b nh T l cùng lo i khác lo i lo i (3) (4) (5=3/2) 10 40% 10 70% 10 5 50% 10 10 100% 10 90% 10 10 100% Trung bình: Trung bình 53.33% 96.67% 74.44% 5.3.3 Nh n xét: - K t qu th c nghi m t l phân lo i cho th i, nguyên nhân camera có ch ng th b ng l c màu tìm ct tc có th có c a quà u ki n phân lo ng h p n c ng camera - Lo i có t l xác phân lo i th p Nguyên nhân lo i lo i chuy n ti p t lo i sang lo i nh lo i b ng m so sánh) ng khơng xác Vì v y k t qu b b i y u t ch quan d - u vào c xác ng i Lo i có t l xác cao nh t qu so sánh) xác hồn toàn - K t qu th c nghi m so sánh s ng nh t phân lo i theo nh c a hai camera cho th y v n m t s b phân lo qu c so v i Nguyên nhân c a nh ng nh t v lo i cà chua ng h p u, hình nh phía khác cho k t qu khác Hu nh Hi n Vinh - 1970234 73 - K t qu m màu cho ng nghiên c u ti u ki t o; ng l c nh xác u ki n ph n c ng Hu nh Hi n Vinh - 1970234 ng 74 K T LU 6.1 NG PHÁT TRI N K t qu 6.1.1 K t qu c Qua tháng thi t k ch t o, lu - c k t qu sau: c cơng trình nghiên c v c thi t k ch t o thi t b phân lo i trái cây, t cý m t mơ hình phân lo i cà chua theo màu s c - ng l a ch ng theo yêu c u k thu khai thi t k , k t qu tri n ngun lý c a mơ hình phân lo i cà chua theo lo i là: xanh (lo ng (lo i 2) chín (lo i 3) Ngồi lu trình x lý hình ng mơ hình - Mô ph ng d tr ng máy ho a ch n thông s - Thi t k c mơ hình 3D, ch t - Th c nghi m x phân b u vào c mơ hình hồn ch nh xác phân lo i 83.33% cho lo i 96.67% cho lo i 6.1.2 H n ch c a cơng trình Ngồi nh ng k t qu c, nhìn nh n r ng lu n nh m h n ch sau: - xác phân lo i cịn th phân lo - i v i lo i cà chua h ng hi n t i v c h n ch c a quy trình x lý nh theo màu Mơ hình c b ng ph n c ng (xi lanh phân lo kích), c n qua m t th i gian ch y th hi u ch - Tính th m m c a mơ hình n vi c cà chua b làm h ng qu Hu nh Hi n Vinh - 1970234 uh t c mơ hình c l p ráp th công ng xi lanh phân lo i gây có th 75 6.2 K t lu n Lu i quy ch t o thành công k t c c yêu c tk a mơ hình phân lo i cà chua t s c ng d ng nhi u k t c truy t tron u rung c p li xi lanh khí nén phân lo ng theo màu i v n chuy n, b ng th giác máy tính vào q trình phân lo i Ngồi m t ph n m m x lý c công ngh u c nhóm nghiên c u phát tri n Lu t nh u tiên trình ng d ng công ngh cao vào s n xu t nông nghi p, góp ph t cho qu cà chua thành ph m 6.3 ng phát tri n Lu nhi ng phát tri n m i v sau: - n ng d ng cơng ngh trí tu nhân t o vào phân lo xác - Vi u n t xi lanh phân lo không làm t t nhu c u c n thi t trình phân lo i Hu nh Hi n Vinh - 1970234 cà 76 DANH M C CÁC CƠNG TRÌNH KHOA H C V H Huynh, T V Trinh, and N V Dang, Design of an Automated Tomatoes Classifier Model Followed Innovative Method, AIP conference proceedings, vol 2406, Sep 2021 DOI: https://doi.org/10.1063/5.0066684 Hu nh Hi n Vinh - 1970234 77 DANH M C TÀI LI U THAM KH O [1] T ng c c th ng kê Vi xã h i 2006, S 32/TCTK- TKTH, Hà n i, 25/12/2006 [2] N T T T T Trang, Th c tr ng gi y xu t kh u nông s n c a Vi t Nam, Nghiên c u l p pháp, s 14 (342), t p 2, trang 4250, Jul 2017 [3] L Linh, Phát tri n nông nghi p ng d ng công ngh cao Internet: https://dangcongsan.vn/khoa-hoc-va-cong-nghe-voi-su-nghiep-cong-nghiephoa-hien-dai-hoa-dat-nuoc/diem-nhan-khoa-hoc-va-cong-nghe/phat-triennong-nghiep-ung-dung-cong-nghe-cao-563993.html, Sep 22, 2020 [4] T Th o, Sáng ch máy r Internet: https://zingnews.vn/sang-che-may-rua-danh-bong-ca-chua-trong-20-ngaypost649164.html, May 19, 2016 [5] CODEX Standard for Tomatoes, CODEX STAND 293:2008, 2008 [6] Tiêu chu n Qu c gia cà chua qu [7] UNECE STANDARD FFV-36 concerning the marketing and commercial TCVN 9765:2013, 2013 control of Tomatoes FFV-36: Tomatoes 2017, 2017 [8] ASEAN Standard for Tomatoes, ASEAN Stan 63:2019, 2019 [9] United States Standards for Grades of Fresh Tomatoes, 51.1860 color classification, 1991 [10] B M Nicolai et al., Non-destructive measurement of bitter pit in apple fruit using NIR hyperspectral imaging, Postharvest Biology and Technology, vol 40, pp 1-6, Jan 2006 [11] A M Lefcout et al., Systematic approach for using hyperspectral imaging data to develop multispectral imagining systems: Detection of feces on apples, Computers and Electronics in Agriculture, vol 54, pp 23-35, Jun 2006 [12] D Lee et al., Development of a machine vision system for automatic date Hu nh Hi n Vinh - 1970234 78 grading using digital reflective near-infrared imaging, Journal of Food Engineering, vol 86, pp 388-398, Jan 2008 [13] C Li et al., A Method for Color Classification of Fruits Based on Machine Vision, WSEAS Transactions on Systems, vol 8, pp 312-321, Feb 2009 [14] Y A Ohali, Computer vision based date fruit grading system: Design and implementation, Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences, vol 23, pp 29-36, Jan 2011 [15] B Jarimopas, and N sorting sweet tamarind, Journal of Food Engineering, vol 89, pp 291-297, May 2008 [16] X Liming, and Z Yanchao, Automated strawberry grading system based on image processing, Computers and Electronics in Agriculture, vol 71S, pp S32-S39, Jan 2010 [17] M Khojastehnazhand et al., Determination of orange volume and surface area using image processing technique, International Agrophysics, vol 23, pp 237-242, Jan 2009 [18] O O Arjenaki et al., Online tomato sorting based on shape, maturity, size, and surface defects using machine vision, Turkish Journal of Agriculture and Forestry, vol 37, pp 62-68, Feb 2013 [19] J Clement et al., High speed intelligent classifier of tomatoes by colour, size and weight, Spanish Journal of Agricultural Research, vol 10, no 2, pp 314325, Apr 2012 [20] R K Houston, and J Meador, Apparatus for Sorting Fruit According to Color U.S Patent 4281933, Aug 4, 1981 [21] A J Warkentin, and G A Mills, Sorter for Fruit and The Like U.S Patent 4106628, Aug 15, 1978 [22] G P Krivoshiev et al., Method and Apparatus for Sorting Tomatoes by Colour U.S Patent 3781554, Dec 25, 1973 [23] R G Husome et al., Color Sorting System U.S Patent 4131540, Dec 26, 1978 Hu nh Hi n Vinh - 1970234 79 [24] G P Maul, M B Thomas, bowl feeder, Journal of Manufacturing Systems, vol 16, no 5, pp 309-314, 1997 [25] Z Qixian Automatic Mechanical Design Beijing: China Light Industry Press, 1997 [26] N A Ibraheem et al., Understanding Color Models: A review, ARPN Journal of Science and Technology, vol no 3, pp 265-275, Apr 2012 [27] V Chernov et al., -based accurate conversion between RGB and HSV color spaces, Computer and Electrical Engineering, vol 45, pp 328-337, Aug 2015 Hu nh Hi n Vinh - 1970234 80 PH N LÝ L CH TRÍCH NGANG H tên: Hu nh Hi n Vinh sinh: 19/11/1996 a ch liên l c: 151/1/5 L n tho i: 093 5445487 sinh: Long An ng 1, qu n 11, thành ph H Chí Minh 081 3148567 Email: huynhhienvinh1996@gmail.com O 09/2019 12/2021 Cao h c i h c Bách Khoa TPHCM Khóa 2019 K thu 09/2014 06/2018 ih c i h c Bách Khoa TPHCM Khóa 2014 K thu t ch t o QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC 11/2021 - Nay VE&PSE Engineer MIL Engineering department Công ty TNHH Manufacturing 06/2019 18/2021 Techtronic Industries Vi t Nam Nhân viên thi t k s n ph m Phịng nghiên c u phát tri n Cơng ty trách nhi m h u h n Khn xác Duy Tân 12/2018 06/2019 Nhân s ti Công ty trách nhi m h u h n Khn xác Duy Tân 05/2018 12/2018 Nhân s ti Công ty c ph n s n xu t nh a Duy Tân Hu nh Hi n Vinh - 1970234 ... o thi t b phân lo i cà chua theo màu s ng ng ý c 2.5 M ng nhu c ng d n, em s th c hi thi t k ch t o thi t b t ng phân lo i cà chua theo màu s n 2.5.1 M M c ch y cs tài: Nghiên c u nghiên c u... chu n màu cà chua USDA Visual Aid TM-L-1 [9] t ng ch màu s c (Hình 2.2 s n chín c a cà chua th mơ t màu : - m t c a cà chua có màu xanh hồn tồn Bóng c a màu xanh có th i t nh - m; t kho ng màu. .. a trình bao g m: cà chua sau thu ho ch, nh ch u c a trình k t qu c a trình phân lo i, bao g c phân theo t ng lo i (cà chua xanh, cà chua chua chín y ut md l nh phân lo i T ng, cà bi u th m i quan
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tự động phân loại cà chua theo màu sắc ,