Nghiên cứu thiết kế bộ kit xử lí ảnh để xác định các góc đặt bánh xe

i MỤC LỤ LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv MỞ ĐẦU - - TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - - MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - - ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU - - Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .- - CẤU TRÚC ĐỀ TÀI - - CHƯƠNG TỔNG QUAN .- - 1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LabVIEW TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .- - 1.1.1 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW giới - - 1.1.2 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW Việt Nam - - 1.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LabVIEW VÀ ỨNG DỤNG - - 1.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW - - 1.2.2 Ứng dụng phần mềm LabVIEW - 11 - 1.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG MyRIO - 12 - 1.3.1 Module Myrio xử lí .- 12 - 1.4 THIẾT LẬP BỘ KIT MyRIO TRONG XỬ LÝ ẢNH - 14 - CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT - 19 - 2.1 LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ CẢM BIẾN - 19 - ii 2.1.1 Lý thuyết thu thập ảnh - 19 - 2.1.2 Lý thuyết LabVIEW VISION .- 20 - 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH - 22 - 2.2.1 Khái niệm - 22 - 2.2.2 Thuật toán xử lý ảnh - 25 - 2.3 LÝ THUYẾT GÓC BÁNH XE - 39 - 2.3.1 Góc Camber - 39 - 2.3.2 Góc Caster - 39 - CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM - 42 - 3.1 XÂY DỰNG PHẦN MỀM THU THẬP ẢNH KIT MyRIO - 42 - 3.1.1 Thu thập ảnh phần mềm Vision Acquisition - 42 - 3.1.2 Xử lý ảnh thông qua công cụ Assistant Vision - 43 - 3.1.3 Caliper - 44 - 3.1.4 Pattern Matching - 44 - 3.2 THUẬT TOÁN ĐO GÓC BÁNH XE TRÊN NỀN XỬ LÝ ẢNH - 45 - 3.2.1 Xử dụng lọc Smoothing Median để loại nhiễu ảnh - 45 - 3.2.2 Chọn đối tướng để thực phép đo Caliper .- 46 - 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN TRÊN PHẦN MỀM LabVIEW - 47 - CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN- 48 - 4.1 NỘI DUNG THỰC NGHIỆM .- 48 - 4.1.1 Nội dung thực nghiệm - 48 - 4.2 TIẾN HÀNH QUÁ TRÌNH XỬ LÝ ẢNH - 48 - 4.2.1 Trình tự tiến hành thực nghiệm - 48 - 4.3 KẾT QUẢ - 48 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 51 - iii KẾT LUẬN .- 51 - HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 51 - DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .- 52 - DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Các thông số NI MyRIO 14 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong tình hình nay, việc nghiên cứu thiết bị đo cách tự động tơ có vai trị quan trọng giúp chẩn đoán phát lỗi, cảnh báo nguy hay nâng cao hiệu suất công viêc Do đó, nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ xử lý ảnh đo lường nhu cầu tất yếu, giúp tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu suất Bên cạnh đó, với cơng nghệ phát triễn máy tính với đời nhiều camera có độ phân giải cao giúp cho việc xử lý ảnh hiệu Các giải thuật thông minh đời Machine Learning, Deep Learning giúp ích việc xử lý ảnh cách xác Ngày nay, trước phát triển mạnh mẽ ngành điện tử ngành công nghệ thông tin ứng dụng rộng rãi thực tiễn Các hệ thống hoạt đông dây chuyền, việc lắp ráp cân chỉnh hoàn tồn dựa vào robot vai trị xử lí ảnh quan trọng Các góc bánh xe ô tô giữ vai trò quan trọng nhằm tạo ổn định cho xe chạy Vì việc tìm giá trị tương đối góc bánh xe để cân chỉnh hay kiểm tra giúp ích cho việc chuyển động xe sau MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xây dựng mơ hình thu thập ảnh thơng qua phần cứng KIT MyRIO đồng thời kết phần mềm LabVIEW xây dựng thuật toán xử lý ảnh việc đo lường góc bánh xe ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu xác thơng số hình học góc bánh xe vị trí tương quan góc xe cụ thể gọc chụm, góc dỗn, góc nghiêng ngang Các thông số cụ thể là: giá trị góc đo; khoảng cách theo pixel kích thước PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu, nghiên cứu chất, nguyên lý hoạt động camera, kit lập trình xử lý ảnh, thuật toán Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm mơ hình thu thập ảnh - Thiết bị nghiên cứu: Máy tính PC; kit MyRIO; phần mềm LabVIEW; camera Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu phương pháp đo lường thông qua xử lý ảnh bước đầu thực góc bánh xe Kết đạt đề tài mơ hình thu thập ảnh phần mềm xử lí ảnh cho phép xác vài thơng số góc bánh xe CẤU TRÚC ĐỀ TÀI Cấu trúc đề tài “Nghiên cứu thiết kế KIT xử lí ảnh để xác định góc đặt bánh xe” gồm Phần mở đầu, Kết luận – hướng phát triển đề tài bốn chương cụ thể là: MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin việc dạy học nhằm cải tiến nâng cao khả tự động hóa lường, giúp cho người học có có kết nhanh xác 1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LabVIEW TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1.1 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW giới Hiện nay, công việc nghiên cứu khoa học đại hóa thiết bị, nhằm để phục vụ cho việc nghiên cứu nhanh chóng xác Trong khơng thể khơng nói đến việc phát triển chương trình phần mềm tin học sử dụng rộng rãi Trong ngành khoa học nói chung ngành kỹ thuật động nhiệt nói riêng, chương trình phần mềm ứng dụng để tính tốn, mơ tượng vật lý đo đạc, kiểm tra điều khiển sử dụng chương trình phần mềm Matlab, Ansys, Fluent, hay chương trình viết ngơn ngữ lập trình Pascal, Visual Basic, C++…Nhưng bên cạnh khả tiếp cận người sử dụng tính ưu việt chương trình phần mềm hay ngơn ngữ lập trình Hình 1.1 Thu thập liệu hệ thống mà phần mềm LabVIEW kiểm tra tự động trạm vũ trụ mini đánh giá phần mềm thu thập liệu, giao tiếp máy tính tốt nhất, sử dụng nhiều kỹ thuật Phần mền LabVIEW sử dụng phổ biến phịng thí nghiệm quốc gia phát triển lĩnh vực đo lường, tự động hóa, điện tử, robotics, vật lý, tốn học, hàng khơng, sinh học, vật liệu học, ôtô v.v Với tiện ích có phần mềm LabVIEW nhanh nhất, tiện lợi nhất, tin cậy nhất, thẩm mỹ làm giảm chi phí sản xuất, phần mềm LabVIEW 30.000 cơng ty hàng ngàn phịng thí Hình 1.2 Robot nước (Spider) nghiệm giới, việc công ty Nexans ứng dụng đo lường, thu thập truyền nhận liệu hệ thống kiểm tra tự động trạm vũ trụ quan vũ trụ NASA Hoa Kỳ [15] Ứng dụng LabVIEW để điều khiển robot nhằm dị tìm khám phá nước tập đồn Nexans[15] Giám sát điều khiển vận tốc, thu thập số liệu theo thời gian thực máy gia tốc lớn Hình 1.3 Robot giống người Đại giới ứng dụng học Virginia Tech, Hoa Kỳ phần mềm LabVIEW ưu điểm rẻ nhỏ gọn so với thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) Trong việc chế tạo robot giống người Đại học Virginia Tech, Hoa kỳ sử dụng phần mềm LabVIEW[16] Ứng dụng LabVIEW để thu thập hình ảnh mơ động lực học hệ thống lái không trục lái ô tơ Đồng thời, hình ảnh từ webcam thu thập đưa lên giao diện người dùng nghiên cứu phịng thí nghiệm Biorobotics, KUT, Hàn Quốc[15] Hình1.4 Hệ thống lái khơng trục lái phịng thí nghiệm Biorobotics, KUT, Hàn Quốc 1.1.2 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW Việt Nam Phần mềm LabVIEW sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh trường đại học kỹ thuật nước ứng dụng nhiều cơng trình nghiên cứu khoa học Trong Chương trình Hội nghị năm, Nghiên cứu khoa học Chuyển giao công nghệ tiểu ban Khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh năm 2010, giới thiệu việc ứng dụng LabVIEW mơ để thực đo tín hiệu, vẽ biểu đồ đặc tuyến cảm biến ôtô thực nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến, việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển phụ nhằm tương thích hóa loại cảm biến hệ thống phun xăng điện tử Vì so với phần mềm Matlab, LabVIEW có nhiều ứng dụng kết nối phần cứng tốt hơn, dễ dàng thao tác lập trình, thuận tiện thẫm mỹ Hình 1.5 Giao diện kết mô đặc tuyến làm việc cảm biến Tại Trung tâm nghiên cứu ứng dụng lượng thay - Đại học Đà Nẵng ứng dụng phần mềm LabVIEW Đề tài nghiên cứu Độc lập cấp nhà nước số 35/2010, việc nghiên cứu công nghệ sử dụng Biogas dùng để phát điện, kéo máy công tác vận chuyển giới Hình 1.6 Số liệu thu thập từ Card giao tiếp Labview xe sử dụng nhiên liệu cồn xăng Trong chương trình “Sinh viên nghiên cứu khoa học” Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng năm 2011, phần mềm LabVIEW sinh viên ứng dụng nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu sử dụng cồn xăng điều khiển điện tử xe máy 1.2.GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LabVIEW VÀ ỨNG DỤNG 1.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW a Lịch sử hình thành tính phần mềm LabVIEW Phần mềm LabVIEW phát triển công ty National Intrument (NI) Hoa Kỳ, từ tháng 10 năm 1986 đến cho đời 15 phiên với tính ứng dụng chuyên dụng ngày phát triển LabVIEW từ viết tắt cụm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench Phần mềm LabVIEW dùng hầu hết phịng thí nghiệm, lĩnh vực giáo dục khoa học kỹ thuật tự động hóa, điều khiển, điện tử, điện tử, hàng không… nước phát triển Hoa kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc… Về chất phần mềm LabVIEW mơi trường để lập trình cho ngơn ngữ lập trình đồ họa, hay cịn gọi ngơn ngữ lập trình G (Graphic) Với ngơn ngữ lập trình đồ họa nhằm giúp người lập trình nhanh chóng dễ dàng tạo ứng dụng giao tiếp với máy tính, đo lường, mô hệ thống, kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực Lập trình đồ họa hồn tồn giống ngơn ngữ lập khác, điểm khác biệt giao diện, cách thức tạo chương trình phương pháp trực giác việc lập trình chương trình để đo lường, điều khiển, mơ v.v., khơng cịn dòng lệnh Pascal, C…mà biểu tượng (Icon) dây nối (Wire) Do phần mềm LabVIEW có tính đặc biệt sau: