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

- Thiết bị nghiên cứu: Máy tính PC; bộ kit MyRIO; phần mềm LabVIEW; camera 5.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu các phương pháp đo lường thông qua xử lý ảnh bước đầ

MỤC LỤ

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 2 5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2

6 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

-1.1 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LabVIEW TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 3

1.1.1 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW ở Việt Nam 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LabVIEW VÀ ỨNG DỤNG 7

1.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW 7

1.2.2 Ứng dụng phần mềm LabVIEW 11

1.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG MyRIO 12

1.3.1 Module Myrio là bộ xử lí 12

1.4 THIẾT LẬP BỘ KIT MyRIO TRONG XỬ LÝ ẢNH 14

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 19

2.1 LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ CẢM BIẾN 19

2.1.2 Lý thuyết LabVIEW VISION 20

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 22

2.2.1 Khái niệm cơ bản 22

2.2.2 Thuật toán trong 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 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 42

3.1 XÂY DỰNG PHẦN MỀM THU THẬP ẢNH KIT MyRIO 42

3.1.1 Thu thập ảnh trên 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 bộ lọc Smoothing Median để loại nhiễu ảnh 45

3.2.2 Chọn đối tướng để thực hiện phép đo trên Caliper 46

-3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN TRÊN PHẦN MỀM LabVIEW 47

CHƯƠNG 4 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

2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 51 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 52 -

-DANH MỤC CÁC BẢNG

MỞ ĐẦU

1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong tình hình hiện nay, việc nghiên cứu các thiết bị đo một cách tựđộng trên ô tô có vai trò rất quan trọng giúp chẩn đoán phát hiện lỗi, cảnh báocác nguy cơ hay nâng cao hiệu suất công viêc

Do đó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong đo lường là nhucầu tất yếu, giúp tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu suất

Bên cạnh đó, với công nghệ phát triễn của máy tính cùng với sự ra đờicủa nhiều camera có độ phân giải cao giúp cho việc xử lý ảnh hiệu quả Cácgiải thuật thông minh ra đời Machine Learning, Deep Learning giúp ích trongviệc xử lý ảnh một cách chính xác

Ngày nay, trước sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử và ngànhcông nghệ thông tin và đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn Các hệthống đều được hoạt đông trên dây chuyền, việc lắp ráp và cân chỉnh hoàntoàn dựa vào robot thì vai trò xử lí ảnh rất quan trọng

Các góc bánh xe trên ô tô giữ vai trò quan trọng nhằm tạo sự ổn địnhcho xe khi đang chạy Vì vậy việc tìm giá trị tương đối các góc bánh xe rất đểcân chỉnh hay kiểm tra giúp ích cho việc chuyển động xe sau này

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu xác thông số hình học là góc của bánh xe vị trí tươngquan các góc trên xe cụ thể là gọc chụm, góc doãn, góc nghiêng ngang

Các thông số cụ thể đó là: giá trị góc đo; khoảng cách theo pixel cáckích thước

4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo tài liệu, nghiên cứu bản chất, nguyên

lý hoạt động của các camera, bộ kit lập trình xử lý ảnh, các thuật toán

Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm trên mô hình thu thập ảnh

- Thiết bị nghiên cứu:

Máy tính PC; bộ kit MyRIO; phần mềm LabVIEW; camera

5.Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu các phương pháp đo lường thông qua xử lý ảnh bước đầuđược thực hiện trên các góc của bánh xe

Kết quả đạt được của đề tài là mô hình thu thập ảnh và phần mềm xử líảnh cho phép xác một vài thông số góc của bánh xe

6.CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Cấu trúc đề tài “Nghiên cứu thiết kế bộ KIT xử lí ảnh để xác định

các góc đặt bánh xe” gồm Phần mở đầu, Kết luận – hướng phát triển của đề

tài và bốn chương cụ thể là:

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong việc dạy học nhằm cải tiến và nâng cao khả năng tự động hóa đô lường, giúp cho người học có có kết quả nhanh và chính xác nhất

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 trên thế giới

Hiện nay, công việc nghiên cứu khoa học đã được hiện đại hóa các thiết

bị, nhằm để phục vụ cho việc nghiên cứu được nhanh chóng và chính xác.Trong đó không thể không nói đến việc phát triển các chương trình phần mềmtin học đã và đang được sử dụng rộng rãi

Trong các ngành khoa học nói chung và ngành kỹ thuật động cơ nhiệtnói riêng, các chương trình phần mềm được ứng dụng để tính toán, mô phỏngcác hiện tượng vật lý và đo đạc, kiểm tra và điều khiển được sử dụng như làcác chương trình phần mềm Matlab, Ansys, Fluent, hay các chương trìnhđược viết bởi các ngôn ngữ

lập trình như Pascal, Visual

Basic, C++…Nhưng bên cạnh

đó do khả năng tiếp cận của

người sử dụng và tính ưu việt

Phần mền LabVIEW đã được sử dụng phổ biến ở trong các phòng thínghiệm các quốc gia phát triển trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơđiện tử, robotics, vật lý, toán học, hàng không, sinh học, vật liệu học, ôtô v.v.Với những tiện ích có được

nghiệm trên thế giới, như việc

ứng dụng đo lường, thu thập và

truyền nhận dữ liệu trong hệ

thống kiểm tra tự động các trạm

vũ trụ tại cơ quan vũ trụ NASA

của Hoa Kỳ [15]

Ứng dụng LabVIEW để

điều khiển robot nhằm dò tìm và

khám phá dưới nước của tập

đoàn Nexans[15]

Giám sát và điều khiển vận

tốc, thu thập các số liệu theo thời

gian thực của máy gia tốc lớn

nhất thế giới cũng ứng dụng

phần mềm LabVIEW vì ưu điểm

rẻ và nhỏ gọn hơn so với thiết bị điều khiển lập trình được như PLC

Hình 1.3 Robot giống người của Đại

học Virginia Tech, Hoa Kỳ

Hình 1.2 Robot dưới nước (Spider)

của công ty Nexans.

(Programmable Logic Controller) Trong việc chế tạo robot giống người của

Đại học Virginia Tech, Hoa kỳ cũng sử dụng phần mềm LabVIEW[16].

Ứng dụng LabVIEW để thu thập hình ảnh và mô phỏng động lực học

của hệ thống lái không trục lái trong ô tô Đồng thời, hình ảnh từ webcam

được thu thập và đưa lên giao diện người dùng được nghiên cứu tại phòng thí

nghiệm Biorobotics, KUT, Hàn Quốc[15]

Hình1.4 Hệ thống lái không trục lái tại phòng thí nghiệm Biorobotics, KUT,

Hàn Quốc.

1.1.2 Tình hình ứng dụng phần mềm LabVIEW ở Việt Nam

Phần mềm LabVIEW được các sinh viên, học viên cao học, nghiên cứusinh của các trường đại học kỹ thuật trong nước ứng dụng nhiều trong cáccông trình nghiên cứu khoa học

Trong Chương trình Hội nghị 5 năm, Nghiên cứu khoa học và Chuyểngiao công nghệ tiểu ban Khoa Cơ khí động lực, của trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh năm 2010, đã giới thiệu việc ứng dụng

LabVIEW trong mô phỏng để thực hiện đo tín hiệu, vẽ biểu đồ đặc tuyến cáccảm biến trong ôtô và thực nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến, bằng việcnghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển phụ nhằm tương thích hóa cácloại cảm biến trong 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 lậptrình, thuận tiện và thẫm mỹ.

Hình 1.5 Giao diện và kết quả mô phỏng đặc tuyến làm việc của cảm biến.

Tại Trung tâm nghiên cứu ứng dụng năng lượng thay thế - Đại học ĐàNẵng đã ứng dụng phần mềm LabVIEW trong Đề tài nghiên cứu Độc lập cấpnhà nước số 35/2010, trong việc nghiên cứu công nghệ sử dụng Biogas dùng

để phát điện, kéo máy công tác và vận chuyển cơ giới

Hình 1.6 Số liệu thu thập từ Card giao tiếp Labview khi xe sử dụng nhiên

liệu cồn xăng.

Trong chương trình “Sinh viên nghiên cứu khoa học” của Trường Đạihọc Bách khoa Đà Nẵng năm 2011, phần mềm LabVIEW cũng được các sinhviên ứng dụng nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống nhiên liệu sử dụng cồnxăng điều khiển điện tử trên 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 và tính năng phần mềm LabVIEW

Phần mềm LabVIEW được phát triển bởi công ty National Intrument(NI) của Hoa Kỳ, từ tháng 10 năm 1986 đến nay đã cho ra đời trên 15 phiênbản với các tính năng ứng dụng chuyên dụng ngày càng phát triển hơn.LabVIEW là từ viết tắt của cụm từ Laboratory Virtual InstrumentationEngineering Workbench

Phần mềm LabVIEW được dùng hầu hết trong các phòng thí nghiệm,lĩnh vực giáo dục và khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử,

cơ điện tử, hàng không… ở các nước phát triển như là Hoa kỳ, Nhật Bản, HànQuốc…

Về bản chất phần mềm LabVIEW là một môi trường để lập trình chongôn ngữ lập trình đồ họa, hay còn gọi là ngôn ngữ lập trình G (Graphic) Vớingôn ngữ lập trình đồ họa nhằm giúp người lập trình nhanh chóng và dễ dàngtạo ra các ứng dụng giao tiếp với máy tính, đo lường, mô phỏng hệ thống, kếtnối thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực Lập trình đồ họa hoàntoàn giống như các ngôn ngữ lập khác, nhưng điểm khác biệt ở đây là giaodiện, cách thức tạo ra chương trình là một phương pháp trực giác hơn trongviệc lập trình một chương trình để đo lường, điều khiển, mô phỏng v.v.,không còn là những dòng lệnh như trong Pascal, C…mà là những biểu tượng(Icon) và dây nối (Wire) Do đó phần mềm LabVIEW có những tính năng đặcbiệt sau:

 LabVIEW có thể học nhanh nhất cho người chưa có kiến thức về lậptrình.

 Phần mềm LabVIEW tương thích với nhiều hệ điều hành như:Microsoft Windows, Linux, Sun Microsystems, Apple Macintosh…

 LabVIEW có khả năng truyền qua bất kỳ chuẩn giao tiếp máy tính –máy tính, máy tính – thiết bị như chuẩn RS-232, USB, PCI, PXI…

 Kết nối với bất kỳ cảm biến biến nào để thu các tín hiệu khác nhaunhư: Nhiệt độ, sức căng, độ rung, âm thanh, ánh sáng, điện áp, điện trở,cường độ dòng điện, xung…

 Kết nối và điều khiển với bất kỳ thiết bị, cơ cấp chấp hành nào như:Môtơ bước, động cơ DC/AC, bơm thủy lực, piston thủy khí…

 LabVIEW có thể mô phỏng bất kỳ hệ thống vật lý, thực thi bất kỳthuật toán nào

 Lưu và phân tích bất kỳ dạng dữ liệu nào theo thời gian thực Xử lý dữliệu và xuất dữ liệu nhanh, chính xác, thẩm mỹ, trực quan dưới dạng đồ thị2D, 3D hay ở dạng file Word, Excel, HTML hay tương tác với NI DIAdem

b Giới thiệu môi trường LabVIEW 2010

Hộp thoại khi khởi động LabVIEW:

Hình 1.7 Hộp thoại khi khởi động LabVIEW.

Các thuật ngữ thường gặp trong LabVIEW:

 Thiết bị đo ảo (Virtual Instruments – VI) là một thiết bị đo cá nhânđược sử dụng để gọi các thiết bị được xây dựng và thiết kế bằng chương trìnhLabVIEW trên nền máy tính Cách thực hiện các thiết bị được xây dựng làbằng các biểu tượng một thiết bị như các máy hiện sóng, đồng hồ vạn năng,nút bấm hay công tắc v.v Các VI nhận thông tin từ giao diện với người dùnghay từ các thiết bị ngoại vi khác được kết nối với máy tính, VI sẽ nhận xử lý

và hiển thị hoạt động của thông tin thu được theo yêu cầu hoặc chuyển nóthành các file và lưu vào trong máy tính Thường một VI bao gồm các phầnnhư sau:

 Mặt máy (Front Pannel) là giao diện của thiết bị với người dùng Trênmặt máy tập hợp các nút điều khiển, công tắc…và các chỉ thị như đồng hồ, đồthị…tương ứng vời các đầu vào, đầu ra trên một VI

Hình 1.8 Giao diện người sử dụng.

 Biểu đồ khối (Blog Diagram) là các biểu diễn đồ họa của các hàmchức năng được sử dụng để viết mã lệnh điều khiển các đối tượng trên mặtmáy Sơ đồ khối chứa mã nguồn đồ họa này Các đối tượng trên mặt máy làcác thiết bị đầu cuối của sơ đồ khối

Hình 1.9 Một phần giao diện biểu đồ khối.

 Bảng công cụ (Tools Palette) là gồm các công cụ

trên mặt máy và trong sơ đồ khối được sử dụng để thiết

kế mặt máy và sơ đồ khối Khi xây dựng một VI ta chỉ

cần gọi các công cụ này để trên mặt máy

 Bảng điều khiển (Controls Palette) là các biểu

tượng chỉ dùng trên mặt máy, chứa các điều khiển và các

chỉ thị được dùng để tạo ra một giao diện cho người

dùng Bảng này thiết kế càng thẩm mỹ thì sẽ càng thân

thiện với người dùng

 Bảng hàm (Function Palette) chỉ dùng được trên sơ đồ khối, chứa cácđối tượng được dùng để lập trình cho một VI, như các phép tính số học, cáchàm toán học… Từ các biểu tượng của các hàm toán học này được kết nối,liên kết với nhau bằng dây nối (Wire)

Hình 1.10 Bảng công cụ.

Phần mềm LabVIEW được nghiên cứu ứng dụng trong đề tài dùng đểthu thập thông số từ cảm biến đo tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp,cảm biến ôxy, cảm biến kích nổ và cảm biến nhiệt độ

Phần mềm LabVIEW có nhiệm vụ thu thập, xử lý tín hiệu và cho kết quảbằng hình ảnh trực quan như ở dạng đồ thị, đồng hồ đo, bảng thống kê… nhưhình 1.13

1.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG MyRIO

Để máy tính cá nhân có thể kết nối và giao tiếp được với các thiết bịngoại vi, thì hiện nay máy tính có thể thông qua các chuẩn kết nối, như quacác cổng COM, cổng USB, cổng Parallel, cổng RJ-11… và kết nối không dâynhư Bluetooth, Wifi… Nhưng để giao tiếp với máy tính có nhiều ứng dụngtrong khoa học kỹ thuật thì có chuẩn kết nối thường dùng đó là chuẩn USB vàchuẩn RS-232 (Cổng COM)

1.3.1 Module Myrio là bộ xử

lí

Hình 1.14 Bộ điều khiển myRIO

Các đầu nối MXP 4 kênh một ngõ trên mỗi đầu nối, 0V đến 5V Đầu nối MSP: hai kênh khác

Ngõ ra audio 70 Hz đến >50 kHz vào tải 32 Ω

2 Hz đến >50 kHz vào tải trở kháng cao Ngõ vào/ra số 5V tương thích với ngõ vào LVTTL, 3.3V với

Nguồn cung cấp 6-16 VDC, 14W

1.4 THIẾT LẬP BỘ KIT MyRIO TRONG XỬ LÝ ẢNH

Bước 1: Trước tiên cắm nguồn và cáp USB để kết nối myRIO với máy tính,một cửa sổ NI myRIO USB Monitor xuất hiện thể hiện số sê-ri, địa chỉ IP vàcác tùy chọn cho myRIO

Với lần đầu kết nối, bạn hãy nhấn vào tùy chọn Launch Getting Startedwizard để thực hiện sửa lại tên (nếu cần thiết) và cài đặt phần mềm vàomyRIO

Hình 1.15 Cửa sổ NI myRIO USB Monitor

Bước 2: Sau khi cài đặt hoàn tất, myRIO cần khởi động lại nên cửa sổ NImyRIO USB Monitor sẽ mở lại lần nữa, lúc này bấm chọn Do nothing để vào

giao diện kiểm tra các cảm biến và thiết bị trên myRIO Tại đây có thể kiểmtra cảm biến gia tốc bằng việc theo dõi sự thay đổi của các thông số bên trái,kiểm tra nút nhấn Button 0 với LED hiển thị ở giữa và kiểm tra các LED trênmyRIO bằng cách bật tắt LED trên giao diện này

Hình 1.16 Giao diện kiểm tra các cảm biến và thiết bị

Bước 3: Sau khi tiến hành thử các cảm biến, chương trình sẽ đi đến một cửa

sổ với hai lựa chọn: bắt đầu dự án đầu tiên ngay bây giờ hoặc đi thẳng đếnLabVIEW

Hình 1.17 Cửa sổ lựa chọn

Nếu chọn lựa chọn đầu tiên, chương trình sẽ hướng dẫn từng bước để bắt đầumột chương trình Nếu người mới bắt đầu làm quen với myRIO cũng nhưLabview thì nên chọn tùy chọn này để bảo đảm một sự khởi đầu thành công

Có thể kết nối myRIO với máy tính thông qua wifi hoặc sử dụng myRIOnhư một access point Để thực hiện điều này phải truy cập NI Web-basedConfiguration & Monitoring bằng cách nhấn vào Configure NI myRIO tronggiao diện NI myRIO USB Monitor hoặc bằng cách truy cập địa chỉ172.22.11.2 hoặc sử dụng NI MAX để cấu hình các thiết lập wifi

Đầu tiên, truy cập vào NI MAX, chọn myRIO mà bạn kết nối thông quaUSB dưới mục Remote Systems ở bên trái màn hình Tiếp theo chọn tabNetwork Settings ở phía dưới, ta sẽ thấy một giao diện để cấu hình wifi Tại phần Wireless Adapter wlan0, chọn ở phần Wireless Mode, createwireless network nếu cần sử dụng myRIO như một access point để kết nốinhiều thiết bị với myRIO, hoặc connect to wireless network nếu chỉ cần kếtnối myRIO với mạng wifi hiện có

Ở mục Country, chọn tên quốc gia

Với chế độ Create wireless network, tại phần SSID đặt tên cho myRIO vàthiết lập các thông tin như hình bên dưới Ở mục Security, chọn WPA2Personal nếu cần thiết lập mật khẩu khi truy cập, và nhập mật khẩu vào WPAPassphrase

Hình 1.18 Các thiết lập ở chế độ create wireless network

Bước 4: Với chế độ connect to wireless network, tại phần Wireless networkchọn mạng wifi mà ta sẽ kết nối và nhập mật khẩu (nếu có)

Hình 1.19 Các thiết lập ở chế độ connect to wireless network

Bây giờ có thể kết nối myRIO vào máy tính mà không cần sử dụng cáp USB

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

Nghiên cứu cách lý thuyết về xử lý ảnh các thuật ngữ đồng thời thuật toán trong xử lý ảnh Các phương pháp thao tác trên từng điểm ảnh, khái niệm về ảnh màu, ảnh xám…Các công cụ hổ trợ trong việc lập trình thông qua chương trình phần mềm LabVIEW xử lý, đây là khả năng kết hợp tương thích đồng bộ của thiết bị và chương trình được xây dựng trên phần mềm LabVIEW nhằm đạt được sư kết nối phần cứng và phần mềm.

2.1 LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ CẢM BIẾN

2.1.1 Lý thuyết thu thập ảnh

Trước hết là quá trình thu nhận ảnh Ảnh có thể thu nhận qua camera.Thường ảnh thu nhận qua camera là tín hiệu tương tự (loại camera ống kiểuCCIR), nhưng cũng có thể là tín hiệu số hoá (loại CCD - Charge CoupledDevice) Ảnh có thể thu nhận từ vệ tinh qua các bộ cảm ứng (sensor), hayảnh, tranh được quét qua scanner Tiếp theo là quá trình số hóa (Digitalizer)

để biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu rời rạc (lấy mẫu) và số hóa bằnglượng hóa, trước khi chuyển sang giai đoạn xử lý, phân tích hay lưu trữ lại

Hình 2.1 Quá trình thu thập ảnh đưa ra quyết định

Quá trình phân tích ảnh thực chất bao gồm nhiều công đoạn nhỏ Trướchết là công việc tăng cường hình ảnh (Image Enhancement) để nâng cao chấtlượng hình ảnh Do những nguyên nhân khác nhau: có thể do thiết bị thu nhận

ảnh, do nguồn sáng hay do nhiễu, ảnh có thể bị suy biến Do vậy cần phảităng cường và khôi phục (Image Restoration) lại ảnh để làm nổi bật một sốđặc tính chính của ảnh, hay làm cho ảnh gần giống với trạng thái gốc- trạngthái trước khi ảnh bị biến dạng Giai đoạn tiếp theo là phát hiện các đặc tínhnhư biên (Edge Detection), phân vùng ảnh (Image Segmentation), trích chọncác đặc tính (Feature Extraction)

2.1.2 Lý thuyết LabVIEW VISION

Trong VISION and MOTION cung cấp các công cụ giúp phân tích và xử

lý ảnh Việc sử dụng ngôn ngữ đồ họa rất dễ cho việc lập trình thực hiện cácthao tác trên xử lý ảnh

Hình 2.2 Tool thu thập ảnh trong NI MyRIO LabVIEW

Hình 2.3 Tool xử lý ảnh

Hình 2.4 Tool Machine vision

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH

2.2.1 Khái niệm cơ bản.

Pixel: Pixel viết tắt của từ Picture Element hay phần tử của bức ảnh Một ảnh

số là một tập hợp của các Pixel Ảnh trong thực tế được số hóa do đó giá trịcủa nó không liên tục mà rời rạc trong quá trình lấy mẫu Khi được số hóa,ảnh được biểu diễn bởi mảng hai chiều gồm n dòng và p cột, hay ta nói ảnhgồm n x p pixel Mỗi pixel gồm một cặp tọa độ và giá trị màu Giá trị màu cóthể lưu trữ trên 1, 4, 8 hay 24 bit

Ví dụ như ảnh RGB dùng 24 bit để lưu 1 Pixel, trong đó mỗi màu Red,

Green, Blue chiếm 8 bit

Ảnh nhị phân: Tuỳ theo vùng các giá trị mức xám của điểm ảnh, mà

các ảnh được phân chia ra thành ảnh màu, ảnh xám, hay ảnh nhị phân Khitrên một ảnh chỉ có giá trị 0 hoặc 1 thì ta nói đó là một ảnh nhị phân hoặc ảnhđen trắng và các điểm ảnh của nó gọi là điểm ảnh nhị phân

Mức xám (Gray level): Mức xám là kết quả của sự mã hóa tương ứng một

cường độ sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số Thường dùng 8 bit để mãhóa 256 mức xám

Hình 2.5: Các mức xám

Để chuyển ảnh màu RGB sang ảnh xám, áp dụng công thức cho mỗi Pixel:

Công thức trên dựa trên sự nhạy cảm của mắt người với 3 màu RGB

Histogram: Cho một kênh ảnh đa mức Histogram là biểu đồ mô tả số điểm

ảnh tương ứng với mỗi mức Ta hay sử dụng ảnh đa mức xám để lập biểu đồHistogram

Ví dụ:

Hình 2.6: Ảnh trước cân bằng Histogram

Histogram thể hiện độ tương phản sáng tối của ảnh chụp Ảnh bên trên có cácđiểm ảnh chỉ tập trung vào một vùng mức xám, do đó ảnh bị tối Tăng độtương phản bằng thuật toán cân bằng Histogram

Thuật toán Histogram: Giả sử ảnh có L mức xám 0,1,2,…, (L-1) Có điểm ảnh có mức xám i Tổng số điểm ảnh là Ta thay đổi giá trị

các điểm ảnh có mức xám i bằng giá trị mức xám nguyên gần nhất với

Kết quả ảnh thu được có độ tương phản tốt hơn, giá trị các điểm ảnh trải đềutrên các mức

Hình 2.7: Kết quả cân bằng Histogram

2.2.2 Thuật toán trong xử lý ảnh

a Xử lý theo ngưỡng (Thresholding)

Xử lý ngưỡng sử dụng 1 giá trị ngưỡng (trong khoảng 0 – 255) để xử lý 1kênh màu hoặc ảnh đa mức xám Kết quả nhận được là ảnh nhị phân, tức là cóthể biểu diễn 1 pixel bằng 1 bit

Ngưỡng đơn: xử lý 1 ảnh đa mức xám thành ảnh nhị phân (đen trắng) bằngcách so sánh giá trị điểm ảnh với một ngưỡng T cố định Nếu giá trị điểm ảnhlớn hơn T thì gán điểm ảnh màu trắng và ngược lại

Ví dụ: