(TIỂU LUẬN) đồ án 2 phát hiện báo cháy bằng xử lý ảnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN Phát báo cháy xử lý ảnh Giảng viên hướng dẫn: Cô Lê Thị Thanh Hà Thầy Lê Khánh Thành Sinh viên thực hiện: Ngô Duy Lộc 20181584 Hồ Bá Dũng 20181422 Nguyễn Đức Hải 20181454 HÀ NỘI, 12/2021 Lời cảm ơn Đầu tiên, Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lê Khánh Thành cô Lê Thị Thanh Hà, thầy cô hướng dẫn trực tiếp em thực đề tài Thầy cô có định hướng trao đổi với em suốt thời gian chúng em thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo trực tiếp giảng dạy trau dồi cho em kiến thức quý giá suốt trình học tập, nghiên cứu trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tóm tắt nội dung đồ án Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ IoT IT, nhu cầu quản lý, giám sát từ xa thông qua hệ thống mạng ngày cao an toàn đời sống người tăng lên Hiện tại, giá đình, cơng ty dần lắp thiết bị thông minh để kịp thời ứng phó với nguy hiểm Nắm bắt xu đó, với mục tiêu tạo hệ thống giúp người quản lý dễ dàng theo dõi chúng em chọn đề tài: “ Phát báo cháy xử lý ảnh ” làm đề tài Đồ án Để phục vụ cho đề tài em sử dụng phần mềm: Arduino IDE, Visual studio 2022,…; phần cứng em sử dụng Arduino Uno, module GSM/GPRS,… Kết đồ án hoàn thiện mục tiêu đề Đề tài hướng tới ứng dụng thực tế cuốc sống Tuy nhiên để hệ thống hoạt động ổn định cần có thêm thời gian đánh giá phát triển tương lai Các kiến thức kỹ đạt được: - Kiến thức xử lí ảnh - Giao tiếp máy tính arduino - Giao tiếp arduino với module - Kỹ tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thơng tin, kĩ trình bày viết báo cáo Muc luc DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY ………… 1.1 Tìm hiểu chung Cảnh báo cháy 1.2 Tổng quan phương pháp cảnh báo hoả hoạn .7 1.2.1 Cảm biến nhiệt độ…………………………………………… 1.1.2 Cảm biến khói……………………………………………… …8 1.2.3 Thị giác máy tính………………………….…………………… 1.3 Kết luận chương .10 CHƯƠNG THIẾT KẾ TỔNG QUAN CỦA HỆ THỐNG 11 2.1 Lựa chọn phần cứng 11 2.1.1 Máy Tính camera……………………….……………… …11 2.1.2 Arduino Uno R3……………………………………………….11 2.1.3 Module Sim900A…………………………………………… 14 2.1.4 Chuông báo……………………………………………………15 2.2 Thiết kế sơ đồ 15 2.3 Kết luận chương… 16 CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ PHẦN MỀM 17 3.1 Phát đám cháy xử lí ảnh 17 3.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh……………………………………….17 3.1.2 Mơ hình giải thuật phát đám cháy…………………….…26 3.2 Giao tiếp máy tính Arduino 28 3.3 Lập trình Arduino …………………………………………………29 3.4 Kết luận chương 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ………………….32 4.1 Hình ảnh hệ thống…………………………………………… 32 4.2 Kết thử nghiệm……………………………………………… 33 4.2.1 Thử nghiệm hoạt động thuật toán ………………………33 4.2.2 Thử nghiệm chức thơng báo người quản lí đen nháy.35 4.3 Kết luận chương……………………………………………………35 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .36 5.1 5.2 Kết luận 36 Hướng phát triển tương lai 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC……………………………………………………………………….38 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cảm biến nhiệt độ Hình 1.2 Đầu báo khói ion SIJ- 24 Hình 1.3 Đầu báo khói quang điện OT706 Hình 2.1 Adruino Uno R3 12 Hình 2.2 Module sim900a 14 Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống .15 Hình 3.1 Lưu đồ chung hệ thống .17 Hình 3.2 Giá trị điểm ảnh 18 Hình 3.3 Ảnh nhị phân 18 Hình 3.4 Ảnh xám .19 Hình 3.5 Ảnh màu 19 Hình 3.6 Hệ màu HSV 20 Hình 3.7 Hình ảnh minh họa chuyển đổi từ RGB sang YCbCr 21 Hình 3.8 Các bước hệ thống xử lý ảnh 22 Hình 3.9 Hình minh họa phương pháp trừ 24 Hình 3.10 Kỹ thuật luồng quang 25 Hình 3.11 Lưu đồ thuật toàn phát đám cháy .26 Hình 3.12 Truyền liệu qua lại MCU MCU với PC .28 Hình 3.13 Sơ đồ nối dây 29 Hình 4.1 Hình ảnh thực tế 32 Hình 4.2 Kết khơng có cháy .33 Hình 4.3 Kêt có cháy 34 Hình 4.4 Gửi tin nhắn báo cháy 35 Hình 4.5 Đèn led sáng 35 LỜI MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hỏa hoạn mang đến hậu nghiêm trọng Việc nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát tự động cảnh báo hỏa hoạn hoàn toàn cần thiết đời sống Trong thực tế, có nhiều nguyên nhân dẫn đến hỏa hoạn, ví dụ như: chập điện, lửa máy móc rị rỉ, lửa chất hóa học… Tình trạng hỏa hoạn Việt Nam toàn giới diễn phức tạp Các vụ cháy nổ nhà máy xí nghiệp, kho bãi, chung cư… diễn ngày nhiều gây thiệt hại nghiêm trọng tài sản củng tính mạng người Vì vậy, vấn đề phát hỏa hoạn hệ thống cảnh báo cháy nhu cầu thiết yếu nhằm tăng cường khả phòng chống cháy nổ cho doanh nghiệp, cơng ty hộ gia đình để đảm bảo an tồn tài sản củng tính mạng người Hiện nay, có nhiều cơng nghệ, kỹ thuật dùng để phòng chống chữa cháy như: dùng thiết bị cảm biến khói, cảm biến nhiệt, thiết bị phun nước, thị giác máy tính dùng để nhận dạng đám cháy… MỤC ĐÍCH Đề tài “Phát báo cháy xử lý ảnh” nhằm mục đích sau: - Phát lửa công nghệ xử lý ảnh động - Khi phát có cháy, mở còi báo động gửi tin nhắn cảnh báo tới người quản lý NỘI DUNG Nội dung đồ án bao gồm phần mở đầu năm chương: Chương 1: Tìm hiểu chung phương pháp cánh báo hảo hoạn Chương 2: Trình bày thiết kế tổng quan hệ thống Chương 3: Trình bày thiết kế phần mềm Chương 4: Trình bày kết đạt đồ án Chương 5: Đánh giá kết đưa hướng phát triển tương lai CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO CHÁY 1.1 Tìm hiểu chung Cảnh báo cháy Hỏa hoạn mang đến hậu nghiêm trọng Việc nghiên cứu chế tạo hệ thống giám sát tự động cảnh báo hỏa hoạn hoàn toàn cần thiết đời sống Trong thực tế, có nhiều ngun nhân dẫn đến hỏa hoạn, ví dụ như: chập điện, lửa máy móc rị rỉ, lửa chất hóa học… Tình trạng hỏa hoạn Việt Nam toàn giới diễn phức tạp Các vụ cháy nổ nhà máy xí nghiệp, kho bãi, chung cư… diễn ngày nhiều gây thiệt hại nghiêm trọng tài sản củng tính mạng người Vì vậy, vấn đề phát hỏa hoạn hệ thống cảnh báo cháy nhu cầu thiết yếu nhằm tăng cường khả phòng chống cháy nổ cho doanh nghiệp, công ty hộ gia đình để đảm bảo an tồn tài sản củng tính mạng người Hiện nay, có nhiều cơng nghệ, kỹ thuật dùng để phịng chống chữa cháy như: dùng thiết bị cảm biến khói, cảm 1.2 Tổng quan phương pháp cảnh báo hoả hoạn Khoa học ngày phát triển, ngày nhiều công nghệ củng kỹ thuật cảnh báo hỏa hoạn nghiên cứu phát triển Hiện nay, giới có phương pháp cảnh báo hỏa hoạn dùng chủ yếu : dùng loại cảm biến cháy nổ dựa vào thị giác máy tính Các loại cảm biến nhiệt độ, khói ngày phát triển tối ưu để nhận biết hỏa hoạn xác Ngoài ra, camera phát đám cháy củng nghiên cứu để áp dụng vào hệ thống cảnh báo hỏa hoạn tự động 1.2.1Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ thường sử dụng nhiều mơi trường có chất dễ gây cháy nổ Nó dùng để đo nhiệt độ môi trường, tùy vào nhiệt độ môi trường mà sử dụng loại cảm biến nhiệt độ khác Cụ thể ta thường thấy loại cảm biến đo nhiệt độ chống cháy nổ khu vực gas, chứa dầu, xăng củng kho bãi, siêu thị, hầm xe tòa cao ốc Các loại cảm biến nhiệt độ thường dùng là: PT100, Can nhiệt loại T, Hình 1.1: Cảm biến nhiệt độ PT100 1.2.2 Cảm biến khói Cảm biến khói thiết bị dị khói, đầu báo khói nơi phát tín hiệu để đưa đến trung tâm báo cháy Một số cảm biến khói củng phát âm báo động dị khói Hiện có loại thiết bị cảm biến khói thơng dụng là: quang điện ion hóa Đầu báo khói ion hóa: đầu báo khói ion sử dụng đồng vị phóng xạ nguồn phát hạt alpha- α mang tên Americium 241 để tạo ion hóa khơng khí Đầu báo khói ion hóa có độ nhạy cảm cao với đám cháy rực Khi có số phần tử khói chui vào buồng ion hóa lúc bên có mạch phát suy giảm dòng điện hai cực phát tín hiệu báo động Giá thành đầu báo khói ion hóa rẻ với đầu báo khói quang điện, nhiên dễ xảy tiếng báo động giả thích hợp với đám cháy có hạt khói khơng nhìn thấy Hình 1.2: Đầu báo khói ion SIJ- 24 _Đầu báo khói quang điện: chế tạo theo nguyên lý khuếch tán hấp thụ ánh sáng phần tử khói ánh sáng truyền khơng khí Khói từ đám cháy ảnh hưởng đến dịng ánh sáng truyền khơng khí Ưu điểm đầu báo khói quang điện phát tốt đám cháy âm ỉ, đồng thời đáp ứng loại đám cháy có tuổi thọ cao, mà đầu báo khói quang điện sử dụng nhiều đời sống Hình 1.3: Đầu báo khói quang điện OT706 Với phương pháp sử dụng cảm biến khói nhiệt độ hình ảnh trường khơng ghi lại nên gây khó khăn việc điều tra, tìm ngun nhân cháy nổ Ngồi ra, hệ thống báo động có lửa gần nơi đặt cảm biến gây vấn đề việc phát phịng ngừa nên hậu khơng giảm thiểu tối đa 1.3.3 Thị giác máy tính Thị giác máy tính lĩnh vực bao gồm phương pháp thu nhận, xử lý ảnh kỹ thuật số, phân tích nhận dạng hình ảnh tự động Thị giác máy tính mơn khoa học liên quan đến lý thuyết đằng sau hệ thống nhân tạo có trích xuất thơng tin từ hình ảnh Dữ liệu hình ảnh có nhiều dạng, chẳng hạn chuỗi video, camera, hay liệu đa chiều từ máy quét y học Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ, thị giác máy tính lĩnh vực nghiên cứu nhiều để góp phần giải vấn đề đời sống Xử lý ảnh nhận dạng đám cháy củng ví dụ điển hình việc sử dụng thị giác máy tính để cảnh báo hỏa hoạn giảm thiểu tối đa thiệt hại tài sản củng tính mạng người Với phương pháp sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh nhận dạng đám cháy giúp quan chức xử lý kịp thời Công điều tra thuận lợi camera cung cấp hình 10 { dk.at(i, j) = 0; } } } // dk for (int i = 0; i < ycrcb.rows; i++) { for (int j = 0; j < ycrcb.cols; j++) { y = ycrcb.at(i, j)[0]; cr = ycrcb.at(i, j)[1]; cb = ycrcb.at(i, j)[2]; dk1 = dk.at(i, j); if ((y >= ym) && (cr >= crm) && (cb = 150) && (cb > end_delimiter_; getline(syntaxfile_in, line); if (syntax_name_ == syntax_type) { found = true; break; 54 } } syntaxfile_in.close (); if (!found) { syntax_name_ = ""; front_delimiter_ = ' '; end_delimiter_ = ' '; print("Warning: Could not find delimiters, may cause problems!\n"); } } else print("Warning: No file open"); } string SimpleSerial::ReadSerialPort(int reply_wait_tme, string syntax_type) { DWORD bytes_read; char inc_msg[1]; string complete_inc_msg; bool began = false; CustomSyntax(syntax_ty pe); unsigned long start_tme = tme(nullptr); 55 ClearCommError(io_handler_, &errors_, &status_); while ((tme(nullptr) - start_tme) < reply_wait_tme) { if (status_.cbInQue > 0) { if (ReadFile(io_handler_, inc_msg, 1, &bytes_read, NULL)) { if (inc_msg[0] == front_delimiter_ || began) { began = true; if (inc_msg[0] == end_delimiter_) return complete_inc_msg; if (inc_msg[0] != front_delimiter_) complete_inc_msg.append(inc_ms g, 1); } } else return "Warning: Failed to receive data.\n"; } } return complete_inc_msg; } 56 bool SimpleSerial::WriteSerialPort(char* data_sent) { DWORD bytes_sent; unsigned int data_sent_length = strlen(data_sent); if (!WriteFile(io_handler_, (void*)data_sent, data_sent_length, &bytes_sent, NULL)) { ClearCommError(io_handler_, &errors_, &status_); return false; } else return true; } bool SimpleSerial::CloseSerialPort() { if (connected_) { connected_ = false; CloseHandle(io_handler _); return true; } else return false; } SimpleSerial::~SimpleSe rial() 57 { if (connected_) { connected_ = false; CloseHandle(io_handler _); } } 58 ... dạng đám cháy? ?? MỤC ĐÍCH Đề tài ? ?Phát báo cháy xử lý ảnh? ?? nhằm mục đích sau: - Phát lửa cơng nghệ xử lý ảnh động - Khi phát có cháy, mở còi báo động gửi tin nhắn cảnh báo tới người quản lý NỘI DUNG... video Xử lý nhận dạng Tiền xử lý ảnh Phát tín hiệu ngoại vi(arduino) Gửi tin nhắn, loa , đèn hiệu Hình 3.1 Lưu đồ chung hệ thống 3.1 Xử lí ảnh phát đám cháy 3.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh Xử lý ảnh. .. thực xử lý ảnh Thu nhận ảnh Tiền xử lý Trích trọn đặc điểm Hậu xử lý Lưu trữ Hệ định Đối soát rút kết luận Hình 3.8: Các bước hệ thống xử lý ảnh Các bước hệ thống xử lý ảnh diễn tả sau: ảnh đầu