Đề tài nhận diện và phân loại hoa quả theomàu sắc

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA CÔNG NGHỆ THƠNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN KHOA HỌC MÁY TÍNH Tên đề tài: NHẬN DIỆN VÀ PHÂN LOẠI HOA QUẢ THEO MÀU SẮC Giáo viên hướng dẫn: Nông Thị Oanh Sinh viên thực : Thiều Thị Trang Vương Mã sinh viên : 2021050744 Lớp : Khoa học máy tính ứng dụng K65 Hà Nội – 2023 Đồ án Khoa học máy tính MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 LỜI MỞ ĐẦU .6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài Nội dung nghiên cứu .8 Phạm vi nghiên cứu .8 Bố cục đồ án CHƯƠNG KHẢO SÁT HỆ THỐNG .10 Nhiệm vụ 10 Cơ cấu tổ chức .10 Quy trình xử lý 10 Phê phán trạng Hệ thống .11 Yêu cầu hệ thống 11 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 Phương pháp Machine Learning truyền thống 12 Phương pháp Học sâu 13 2.1 Mạng Nơ – ron tích chập 13 2.1.1 Kiến trúc mạng nơ-ron tích chập 13 2.1.2 Sự phát triển mạng CNN 14 2.1.3 Đặc trưng chung mạng CNN 15 2.2 Mạng huấn luyện Alexnet 16 2.2.1 Kiến trúc mạng AlexNet 17 2.2.2 Cấu hình mạng huấn luyện AlexNet .17 2.2.3 Một số hình ảnh đặc trưng mạng AlexNet tính tốn 17 2.2.4 Các hàm kích hoạt .18 2.2.5 Ứng dụng mạng AlexNet vào toán Nhận dạng phân loại hoa 18 2.3 Học chuyển giao tinh chỉnh mơ hình huấn luyện 18 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 20 Phân tích hệ thống chức 20 4.1 Tác nhân ca sử dụng 20 Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính 4.2 Đặc tả ca sử dụng quan trọng 20 4.1.1 UC Đăng ký 20 4.1.2 UC Nhận diện .20 4.1.3 UC Quản lý mơ hình học máy 21 4.3 Vẽ biểu đồ ca sử dụng 21 4.3.1 Biểu đồ Use case tổng quát 21 4.3.2 Biểu đồ Use case “Quản lý tài khoản người dùng” .22 4.3.3 Biểu đồ Use case “Quản lý liệu” 22 4.3.4 Biểu đồ Use case “Quản lý mơ hình học máy” .23 4.3.5 Biểu đồ Use case “Phản hồi người dùng” .23 4.3.6 Biểu đồ Use case “Quản lý an toàn bảo mật” 24 4.3.7 Biểu đồ Use case “Đăng nhập” .24 4.4 Xây dựng biểu đồ .25 4.1 Biểu đồ “ Thêm tài khoản người dùng” 25 4.4.2 Biểu đồ “Thêm liệu” 25 4.4.3 Biểu đồ “Thêm mơ hình học máy” 26 4.4.4 Biểu đồ “Cập nhật mơ hình học máy” 26 4.4.5 Biểu đồ “Sửa tài khoản người dùng” 27 4.4.6 Biểu đồ “Xóa tài khoản người dùng” 28 4.4.7 Biểu đồ “Xóa liệu” .29 4.4.8 Biểu đồ “Sửa liệu” .29 4.4.9 Biểu đồ “Tìm kiếm liệu” 30 4.4.10 Biểu đồ “Tìm kiếm tài khoản người dùng” .30 4.4.12 Biểu đồ “Xem phản hồi” 31 4.4.13 Biểu đồ “Trả lời phản hồi” 32 4.4.14 Biểu đồ “ Cấp quyền truy cập” .32 4.4.15 Biểu đồ “ Giám sát nhật ký hoạt động” 33 4.4.16 Biểu đồ “Sao lưu khôi phục hệ thống” .33 4.4.17 Biểu đồ “Chụp ảnh” 34 4.4.18 Biểu đồ “Xem kết quả” 34 4.4.19 Biểu đồ “Phản hồi” 35 4.5 Phân tích lĩnh vực vấn đề 35 4.5.1 Các khải niệm lớp đặc tả yêu cầu hệ thống Usecase 35 4.5.2 Xác định quan hệ lớp lĩnh vực vấn đề Mô tả lớp lĩnh vực 35 4.5.3 Xây dựng biểu đồ lớp 35 Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .36 Thiết kế lớp chi tiết .36 1.1 Bảng hình ảnh 36 1.2 Bảng người dùng 36 Thiết kế sở liệu 36 Thiết kế kiến trúc triển khai 36 3.1 Xây dựng biểu đồ thành phần 36 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1 Các phương pháp Machine Learning 11 Hình 3.2 Kiến trúc mạng nơ-ron tích chập 13 Hình 3.3 Các đặc trưng mạng CNN 15 Hình 3.4 Mạng huấn luyện AlexNet 16 Hình 3.5 Học chuyển giao tinh chỉnh .18 Hình 4.1 Use case tổng quát .20 Hình 4.2 Use case “Quản lý người dùng” 21 Hình 4.3 Use case “Quản lý liệu” 21 Hình 4.4 Use case “Quản lý mơ hình học máy” 22 Hình 4.5 Use case “Phản hồi người dùng” 22 Hình 4.6 Use case “Quản lý bảo mật” 23 Hình 4.7 Use case “Đăng nhập” 23 Hình 4.8 Biểu đồ “Thêm tài khoản dùng” 24 Hình 4.9 Biểu đồ “Thêm tài liệu” .24 Hình 4.10 Biểu đồ “Thêm mơ hình học máy” .25 Hình 4.11 Biểu đồ “Cập nhật mơ hình hoc máy” 25 Hình 4.12.Biểu đồ “Sửa tài khoản người dùng” .26 Hình 4.13 Biểu đồ “Xóa tài khoản người dùng” 27 Hình 4.14 Biểu đồ “Xóa liệu” 28 Hình 4.15 Biểu đồ “Sửa liệu” 28 Hình 4.16 Biểu đồ “Tìm kiếm liệu” 29 Hình 4.17 Biểu đồ “Tìm kiếm tài khoản người dùng” 29 Hình 4.18 Biểu đồ “Tìm kiếm mơ hình học máy” 30 Hình 4.19 Biểu đồ “Xem phản hồi” .30 Hình 4.20 Biểu đồ “Trả lời phản hồi” 31 Hình 4.21.Biểu đồ “Cấp quyền truy cập” .31 Hình 4.22 Biểu đồ “Giám sát nhật ký hoạt động” 32 Hình 4.23 Biểu đồ “Sao lưu khôi phục hệ thống” .32 Hình 4.24 Biểu đồ “Chụp ảnh” 33 Hình 4.25 Biểu đồ “Xem kết quả” 33 Hình 4.26 Biểu đồ “Phản hồi” 34 Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính LỜI MỞ ĐẦU Tình hình nước ta nói riêng nước phát triển có nồng nghiệp ngành sản xuất chủ yếu nói chung trình thu hoạch, phân loại đánh giá chất lượng loại sản phẩm nông nghiệp đặc biệt loại đa số thực phương pháp thủ công Đây công việc khơng q khó, tốn khơng thời gian, công sức rào cản việc mở rộng quy mô sản xuất nông nghiệp  Nhưng thời gian gần đây, nhờ có phát triển mạnh mẽ khả tính tốn hệ máy tính đại với bùng nổ Internet liệu, chứng kiến nhiều thay đổi đột phá lĩnh vực Học máy (đặc biệt Thị giác máy tính) Sự quay trở lại Deep learning giúp Thị giác máy tính đạt thành tựu đáng kể lĩnh vự nhận dạng ảnh, phải kể đến toán nhận dạng hoa Đề tài “ Nhận diện phân loại hoa theo màu sắc” đề xuất với mong muốn ứng dụng mơ hình học sâu xây dựng hệ thống nhận dạng hoa tự động (đặc biệt với loại hoa nhiệt đới) Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Cuộc sống quanh ta ln có điều mẻ, khám phá tìm hiểu Chính điều mẻ kích thích tị mị tơi ln có câu hỏi dành cho điều mẻ  Thật thú vị khơng? Chính việc điều thắc mắc cần lời giải đáp lại vơ tình đốm lửa làm bùng cháy ý tưởng không ngờ mang tầm cỡ vĩ mô  Ngày bé, sau xem xong phim khoa hoc viễn tưởng công nghệ, nghĩ đến việc bước vào nơi mà sống gắn liền với máy móc thiết bị điện tử phá vỡ khoảng cách người thiết bị cơng nghệ Mọi thứ tìm thấy vận dụng, tương tác giúp ích bổ trợ cho tạo sống đại đầy tiện nghi Sau biết, thực công nghệ mà người ta gọi IoT có từ trước tơi sinh ra.Và điều khơng tồn suy nghĩ tơi có hội tiếp cận Với cơng nghệ đại, xuất nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường cơng nghệ giới Chính lẽ mà nên nắm bắt hội để tạo sản phẩm giúp ích cho sống sản xuất Mục tiêu đề tài - Xây dựng hệ thống nhận diện phân loại đối tượng theo màu sắc Việc nhận diện phân loại đối tượng theo chiều cao, theo kích thước hay theo khối lượng nơng sản có nhiều đề tài thực Thông thường, liệu lớn lựa chọn tỉ mỉ cẩn thận độ xác mơ hình cải thiên, phạm vi đề tài hạn chế số lượng loại hoa số loại nơng sản:  Có khối lượng nhỏ có màu sắc thay đổi theo tính chất táo, chuối, cà chua, nho, … cần có thêm mơ hình để đáp ứng nhu cầu phân loại nông sản Có số lượng hoa nhận dạng số lượng ảnh gốc loại hoa táo, chuối, long, nho… ta sử dụng thuật toán chỉnh sửa ảnh ( làm nghiêng, chèn nhiễu ghép ảnh với khác) nhằm tăng cường sở liệu - Để đưa tổng quát so sánh độ xác tương đối: Hệ thống phải có khả phân loại nhiều loại hoa khác nhau, với độ xác tương đối so với phương pháp truyền thống   Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính Nội dung nghiên cứu Tính khả thi việc nhận dạng phân loại đối tượng (cụ thể phân loại hoa quả) có màu sắc thay đổi theo tính chất - Nguyên cứu mạng nơ-ron tích chập thuộc nhóm Học sâu: đi sâu vào mạng huấn luyện Học sâu thường sử dụng lĩnh vực Nhận dạng ảnh mạng nơ-ron nhân tạo truyền thống nơ-ron tích chập tìm hiểu chìa khóa giải nhận dạng ảnh với liệu huấn luyện có kích thước nhỏ Kiến trúc mạng nơ-ron tích chập Học chuyển giao tinh chỉnh mơ hình huấn luyện Mạng huấn luyện AlexNet Ứng dụng vào toán - Phương pháp Học máy truyền thống: nghiên cứu tìm phương pháp trình bày báo cáo, cơng trình khoa học thống kê đặc trưng thường đc sửa dụng cho kết huấn luyện tốt Các đặc trưng ther thông tin hoa màu sắc, hình dạng kết cấu đưa vào tính tốn, trích đặc trưng nơ-ron nhân tạo - Ứng dụng vào hệ thống mô tả tổng quan hệ thống với mơ đun máy chủ, máy trạm, huấn luyện nhận dạng, tiền xử lý, … Ngoài ra, cách thức thu thập, chỉnh sửa sở liệu ảnh cách cài đặt, triển khai mơi trường huấn luyện cho mơ hình mạng nơ-ron tích chập chọn trình bày cụ thể Tổng quan hệ thống Mô đun quản lý sở liệu Ứng dụng phía Client        Phạm vi nghiên cứu Đối với số loại hoa có màu sắc thay đổi theo tính chất ví dụ có màu sắc khác chín Bố cục đồ án - Mở đầu - Chương 1: Giới thiệu tổng quan để đưa nhìn tổng quan, vạch hướng để tiếp cận đề tài cho xác giải pháp ứng dụng toán nhận dạng phân loại hoa theo màu sắc - Chương 2: Khảo sát hệ thống: Ở chương trình bày nhiệm vụ , quy trình xử lý, phê phán đưa yêu cầu cho hệ thống Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính - Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Ở chương sâu vào huấn luyện Học sâu thường sử dụng lĩnh vực Nhận dạng ảnh – nơron tích chập tìm hiểu chìa khóa giải tốn nhận dạng ảnh   Mơ tả tổng quan hệ thống nhận dạng hoa tự động với mơ đun máy chủ, huấn luyện nhận dạng tiền xử lý Ngoài ra, cách thức thu thập, chỉnh sửa sở liệu ảnh cách cài đặt, triển khai môi trường huấn luyện cho mơ hình mạng nơron tích chập chọn chương - Chương 4: Phân tích hệ thống - Chương 5: Thiết kế hệ thống - Chương 6: Kết luận: Tổng kết tất nội dung trình bày đề tài, đánh giá đưa hướng phát triển đề tài Tài liệu tham khảo - Tài liệu tham khảo Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 Đồ án Khoa học máy tính 4.4 Xây dựng biểu đồ tuần tự  4.1 Biểu đồ “ Thêm tài khoản người dùng”  Hình 4.8 Biểu đồ “Thêm tài khoản dùng” 4.4.2 Biểu đồ “Thêm liệu”  Hình 4.9 Biểu đồ “Thêm tài liệu” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 25 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.3 Biểu đồ “Thêm mơ hình học máy”  Hình 4.10 Biểu đồ “Thêm mơ hình học máy” 4.4.4 Biểu đồ “Cập nhật mơ hình học máy”  Hình 4.11 Biểu đồ “Cập nhật mơ hình hoc máy” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 26 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.5 Biểu đồ “Sửa tài khoản người dùng”  Hình 4.12.Biểu đồ “Sửa tài khoản người dùng” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 27 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.6 Biểu đồ “Xóa tài khoản người dùng”  Hình 4.13 Biểu đồ “Xóa tài khoản người dùng” 4.4.7 Biểu đồ “Xóa liệu”  Hình 4.14 Biểu đồ “Xóa liệu” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 28 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.8 Biểu đồ “Sửa liệu”  Hình 4.15 Biểu đồ “Sửa liệu” 4.4.9 Biểu đồ “Tìm kiếm liệu”  Hình 4.16 Biểu đồ “Tìm kiếm liệu” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 29 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.10 Biểu đồ “Tìm kiếm tài khoản người dùng”  Hình 4.17 Biểu đồ “Tìm kiếm tài khoản người dùng” 4.4.11 Biểu đồ “Tìm kiếm mơ hình học máy”  Hình 4.18 Biểu đồ “Tìm kiếm mơ hình học máy” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 30 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.12 Biểu đồ “Xem phản hồi”  Hình 4.19 Biểu đồ “Xem phản hồi” 4.4.13 Biểu đồ “Trả lời phản hồi”  Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 31 Đồ án Khoa học máy tính Hình 4.20 Biểu đồ “Trả lời phản hồi” 4.4.14 Biểu đồ “ Cấp quyền truy cập”  Hình 4.21.Biểu đồ “Cấp quyền truy cập” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 32 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.15 Biểu đồ “ Giám sát nhật ký hoạt động”  Hình 4.22 Biểu đồ “Giám sát nhật ký hoạt động” 4.4.16 Biểu đồ “Sao lưu khôi phục hệ thống”  Hình 4.23 Biểu đồ “Sao lưu khôi phục hệ thống” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 33 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.17 Biểu đồ “Chụp ảnh”  Hình 4.24 Biểu đồ “Chụp ảnh” 4.4.18 Biểu đồ “Xem kết quả”  Hình 4.25 Biểu đồ “Xem kết quả” Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 34 Đồ án Khoa học máy tính 4.4.19 Biểu đồ “Phản hồi”  Hình 4.26 Biểu đồ “Phản hồi” 4.5 Phân tích lĩnh vực vấn đề 4.5.1 Các khải niệm lớp đặc tả yêu cầu hệ thống Usecase STT Tên lớp Mô tả lớp Hinhanh Hinhanh Nguoidung Nguoidung   4.5.2 Xác định quan hệ lớp lĩnh vực vấn đề Mô tả lớp lĩnh vực - Quan hệ người dùng hình ảnh quan hệ 1-n 4.5.3 Xây dựng biểu đồ lớp Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 35 Đồ án Khoa học máy tính CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Thiết kế lớp chi tiết   1.1 Bảng hình ảnh Tên trường ID Dungluong Kichthuoc Dophangiai Kiểu liệu Int Varchar(255) Varchar(255) Float Bắt buộc Y Y Y Y Chú thích Mã hình ảnh Dung lượng Kích thước Độ phân giải   1.2 Bảng người dùng Tên trường ID Tennguoidung Kiểu liệu Int Varchar(255) Bắt buộc Y Y Chú thích Mã người dùng Tên người dùng Thiết kế sở liệu Thiết kế kiến trúc triển khai  3.1 Xây dựng biểu đồ thành phần Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 36 Đồ án Khoa học máy tính Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 37 Đồ án Khoa học máy tính CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN   Đánh giá: Tuy mô hình đưa dự đốn mơ hình nhận diện phân loại hoa theo màu sắc cịn số sai sót, số lượng data để học cịn có nhiều hạn chế, thiết bị cịn yếu nên khơng thể đưa xác Hướng phát triển đề tài Trong khoảng thời gian thực đề tài, hệ thống thiết bị mơ hình cho kết tốt Nhưng cần phải cải thiện thêm sau:  Nghiên cứu sử dụng GPU máy tính để giúp tăng tốc độ xử lý cho mơ hình học máy Hồn thiện hệ thống xử lý hình ảnh để có kết tốt Xây dựng ứng dụng điện thoại website    Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 38 Đồ án Khoa học máy tính TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://viblo.asia/p/nhan-dang-anh-co-ban-voi-python-bWrZn6mbZxw  Ngày truy cập: 10/12/2022 [2] https://tailieumau.vn/luan-van-nhan-dang-va-phan-loai-hoa-qua-trong-anhmau-hay/  Ngày truy cập: 10/12/2022 [3] https://nhdp.net/blog/2018/11/tong-quan-don-gian-ve-mang-no-ron-tich-chapconvolutional-neural-networks/  Ngày truy cập: 20/12/2022 [4] https://d2l.aivivn.com/chapter_convolutional-modern/alexnet_vn.html  Ngày truy cập: 20/12/2022 Thiều Thị Trang Vương– Khoa học máy tính K65 39