Thiết kế mô hình mạng nơ ron nhân tạo nhận diện màu sắc

Hoạt động của sinh viên:TTNội dung cần thực hiệnCĐR1 Đề xuất ý tưởng thiết kế; Lựa chọn và sử dụng các tài liệukỹ thuật phù hợp để viết báo cáo đồ án môn học về pháttriển ứng dụng mạng n

lOMoARcPSD|39474592 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO Thiết kế mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhận diện màu sắc CBHD: Th.S Dương Thị Hằng Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Quân MSV: 2020600234 Nguyễn Hồng Quân MSV: 2020600175 Hà Đức Nghĩa MSV: 2020600588 Hà Nội, năm 2023 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN ĐỒ ÁN MẠNG NƠ-RON NHÂN TẠO I Thông tin chung 1 Mã lớp học phần: 20231FE6059010 Khóa: 15 2 Tên nhóm: Nhóm 7 3 Họ và tên thành viên trong nhóm: Sinh viên 1: Nguyễn Hoàng Quân MSV: 2020600234 Sinh viên 2: Nguyễn Hồng Quân MSV: 2020600175 Sinh viên 3: Hà Đức Nghĩa MSV: 2020600588 II Nội dung học tập 1 Tên đề tài: Thiết kế mạng nơ-ron nhận diện màu sắc 2 Hoạt động của sinh viên: TT Nội dung cần thực hiện CĐR Đề xuất ý tưởng thiết kế; Lựa chọn và sử dụng các tài liệu L1;L4 1 kỹ thuật phù hợp để viết báo cáo đồ án môn học về phát L1;L4 L2;L3 triển ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo 2 Áp dụng kiến thức về toán để tính toán các tham số, xây L2;L3 dựng mô hình mạng nơ ron nhân tạo 3 Thiết kế phần mềm mô phỏng; Đánh giá mô hình Viết báo cáo ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo sử dụng văn 4 bản và đồ họa Thuyết trình ứng dụng xây dựng trên nền tảng mạng nơ-ron án môn học về phát triển ứng dụng mạng nơ-ron nhân tạo 3 Sản phẩm nghiên cứu: TT Tên sản phẩm Yêu cầu Số lượng 1 Slide thuyết trình Theo đề tài đồ án 01 2 Mô hình/Mô phỏng Theo đề tài đồ án 01 3 Quyển báo cáo Trình bày theo quy định 01 (QĐ 815/QĐ-ĐHCN) 4 Hướng dẫn sử dụng sản phẩm 01 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành nội dung của đồ án theo đúng quy định trong thời gian từ ngày 16/10/2023 đến ngày 24/12/2023, bao gồm: - Thực hiện thành lập nhóm, triển khai kế hoạch làm việc nhóm - Họp nhóm (ít nhất 05 lần); ghi chép biên bản họp; lưu video minh chứng cho buổi họp - Thay phiên điều phối công việc của nhóm (mỗi thành viên làm trưởng nhóm ít nhất 01 giai đoạn) - Áp dụng kiến thức, kỹ năng và công cụ liên quan để thiết kế mô hình mạng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật - Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo đề tài được giao trước giảng viên và các sinh viên khác IV Học liệu thực hiện Đồ án 1 Tài liệu học tập: [1] Trần Hùng Cường, Nguyễn Phương Nga, “Giáo trình trí tuệ nhân tạo”, GDVN, 2014 [2] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển mờ”, KH&KT, 2006 [3] Nguyễn Đình Thúc, “Giáo trình mạng Nơron : Phương pháp và ứng dụng”, NXB Giáo dục, 2000 2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Đồ án (nếu có): - Ngôn ngữ lập trình python Trưởng bộ môn Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2023 (Ký và ghi rõ họ tên) Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Vũ Trung Kiên Dương Thị Hằng Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 PHỤ LỤC: MÔ TẢ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MÔ HÌNH MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO NHẬN DIỆN MÀU SẮC 1 Các tính năng: - Nhận dạng được 3 màu sắc cơ bản: đỏ, xanh dương, xanh lá - Độ chính xác nhận dạng đáp ứng yêu cầu hệ thống - Tự động nhận diện khi đưa đối tượng nhận dạng vào test 2 Thông số kỹ thuật - Độ chính xác nhận diện đạt tối thiểu 80% 3 Yêu cầu cụ thể - Thiết kế mô hình mạng nơ-ron nhân tạo: + Thiết kế mô hình truyền thằng; + Thiết lập các tham số mô hình + Phân tích thuật toán nhận diện - Thiết kế mô hình phần mềm: + Thiết lập cơ sở dữ liệu; + Phân tách tập dữ liệu train và test + Đưa dữ liệu vào test + Thực hiện nhận diện 3 màu sắc (đỏ, xanh lam, xanh lục) theo yêu cầu Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Dương Thị Hằng – Giảng viên khoa điện tử trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã hướng dẫn tận tình và chỉ dẫn các bước, cung cấp những tài liệu nghiên cứu quý báu, hướng nghiên cứu để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này Chúng em xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô trong Khoa Điện Tử đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đồ án Đặt biệt là cô giáo ThS.Dương Thị Hằng đã chỉ dạy, giúp đỡ tận tình chúng em từ đó chúng em đã rút ra được những thiếu sót của bản thân từ đó dần cải thiện bản thân và hoàn thành đề tài của mình theo đúng tiến độ được giao Do trình độ cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy cô, để chúng em có thể học hỏi thêm kinh nghiệm và giúp ích cho công việc sau này Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 MỤC LỤ C MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1.1 Tổng quan về mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhận diện màu sắc 1.2 Mạng neural nhân tạo 1.2.1 Giới thiệu chung về mạng nơ-ron nhân tạo 4 1.2.2 Các thành phần của mạng 5 1.2.3 Các ứng dụng của mạng nơ-ron .7 1.3 Các kiến trúc mạng 1.3.1 Mạng Nơ-ron nhân tạo và kiến trúc mạng MLP 8 1.3.2 Mạng Nơ-ron nhân tạo và kiến trúc mạng ANN 9 1.3.3 Mạng Nơ-ron nhân tạo và kiến trúc mạng CNN 10 1.4 Lựa chọn đề tài và lý do lựa chọn đề tài 11 1.4.1 Lựa chọn đề tài .11 1.4.2 Lí do chọn đề tài 12 1.5 Màu sắc và các đặc trưng của màu sắc .12 1.5.1 Màu sắc là gì? .12 1.5.2 Đặc tính của màu sắc 12 Kết luận chương 1 13 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẠNG NORON NHÂN TẠO NHẬN DIỆN MÀU SẮC CƠ BẢN ĐỎ, XANH LAM, XANH LỤC .14 2.1 Phân tích yêu cầu bài toán 14 2.1.1 Mục tiêu thiết kế 14 2.1.2 Điều kiện ràng buộc của thiết kế 14 2.1.3 Thông số kỹ thuật 14 2.1.4 Tiêu chí đánh giá sản phẩm 14 2.2 Sơ đồ khối của bài toán .15 2.3 Thiết kế ý tưởng 15 2.3.1 Thuật toán lan truyền thẳng 15 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 2.3.2 Thuật toán Gradient Desent 17 2.3.3 Thuật toán lan truyền ngược 19 2.3.4 Thuật toán Adam 20 2.3.5.Mô hình CNN 22 2.4 Thiết kế chi tiết 27 2.4.1 Xử lý dữ liệu màu sắc với ngôn ngữ Python 27 2.4.2 Xây dựng mô hình mạng nơ – ron 29 2.4.3 Huấn luyện mạng nơ – ron sử dụng thuật toán Adam 30 Kết luận chương 2 31 CHƯƠNG 3:THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .32 3.1 Kịch bản thử nghiệm 32 3.1.1 Mục đích của sản phẩm 32 3.1.2 Kịch bản thử nghiệm 32 3.2 Kết quả thử nghiệm 32 3.2.1 Thử nghiệm với kịch bản 1 33 3.2.2 Thử nghiệm với kịch bản 2 34 3.3.3 Thử nghiệm với kịch bản 3 35 3.3 Đánh giá sản phẩm 37 3.3.1 Ưu điểm hệ thống 37 3.3.2 Nhược điểm hệ thống 37 3.3.3 Hướng phát triển 37 3.4 Ứng dụng của sản phẩm 38 Kết luận chương 3 38 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .40 PHỤ LỤC 41 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu tạo của một mạng nơ – ron nhân tạo 5 Hình 1.2 Mô hình mạng nơ – ron nhân tạo .5 Hình 1.3 Cấu trúc mạng perceptron 6 Hình 1.4 Cấu trúc mạng nơ – ron nhiều lớp 7 Hình 1.5 Mô hình MLP 8 Hình 1.6 Mô hình ANN 9 Hình 1.7 Mô hình CNN 10 Hình 2.1 Sơ đồ khối 15 Hình 2.2 Mô hình mạng nơ – ron truyền thẳng nhiều lớp .16 Hình 2.3 Mối quan hệ giữa thuật toán Adam và Gradient Desent 20 Hình 2.4 Bộ lọc tích chập trên ma trận điểm ảnh 23 Hình 2.5 Hình ảnh sau khi đi qua bộ lọc .24 Hình 2.6 Phương thức Avarage Pooling và Max Pooling .25 Hình 2.7 Mô hình kết nối Fully-Connected 26 Hình 2.8 Kiến trúc CNN đặc trưng .27 Hình 2.9 Dữ liệu huấn luyện 29 Hình 2.10 Dữ liệu kiểm tra 29 Hình 2.11 Mô hình mạng nơ ron trên Python .30 Hình 3.1 Mẫu thử 1 [8] 33 Hình 3.2 Kết quả thử nghiệm với kịch bản 1 33 Hình 3.3 Mẫu thử 2 [9] 34 Hình 3.4 Kết quả thử nghiệm với kịch bản 2 34 Hình 3.5 Mẫu thử 3-1 [8] 35 Hình 3.6 Kết quả thử nghiệm kịch bản 3-1 35 Hình 3.7 Mẫu thử 3-2 [10] 36 Hình 3.8 kết quả thử nghiệm kịch bản 3-2 36 Hình 3.9 Giao diện thực hiện bài toán 37 Hình ảnh: Giao diện chọn mở project 41 Hình ảnh: Cách chạy chương trình 42 Hình ảnh: Nơi hiển thị kết quả và chọn file kiểm tra .42 Hình ảnh: Tắt chương trình kiểm tra .42 Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ khóa Tên đầy đủ Tên tiếng việt ADAM Adaptive Moment Estimation Thuật toán tối ưu hóa Adam ANN CNN Artificial Nơ-ron Network Mạng nơ-ron nhân tạo CONV Convolutional Nơ-ron Network Mạng nơ-ron tích chập DNN Convolutional Tích chập FC Deep Nơ-ron Network Mạng nơ-ron sâu Kết nối hoàn toàn GD Fully-Connected Thuật toán tối ưu hóa Gradient Descent IDE Gradient Descent Môi trường phát triển tích JPEG Integrated Development Environment hợp JPG Chuẩn nén ảnh JPEG ML Joint Photographic Experts Group Chuẩn nén ảnh JPG Joint Photographic Group MLP Machine Learning Học máy Mạng nơ-ron truyền thẳng PNG Multi Layer Perceptron POOL nhiều lớp ReLU Portable Network Graphics Chuẩn nén ảnh PNG RGB Pooling Layer RMSpro Tầng Pool Rectified Linear Unit Hàm kích hoạt Linear p Red, Green, Blue SGD Mô hình màu RGB Root Mean Square Propagation VS Code Thuật toán tối ưu hóa RMS Stochastic Gradient Descent Thuật toán tối ưu hóa SGD Visual Studio Code Trình viết code Visual Studio Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com) lOMoARcPSD|39474592 1 MỞ ĐẦU Lý do lựa chọn đề tài Hiện nay trong cuộc sống hàng ngày, khi công nghệ đang phát triển một cách nhanh chóng và thần kì với sự phát triển của hàng loạt các công nghệ nhận diện được phát triển trong số đó không thể bỏ qua nhận diện màu sắc Khả năng nhận diện màu sắc không chỉ quan trọng trong lĩnh vực nghệ thuật và thiết kế, mà còn đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế như nhận dạng đối tượng, y tế, và công nghiệp Ví dụ như trong nông nghiệp nhận diện màu sắc dùng để phân biệt các loại hoa qua có màu đặc trưng, dễ dàng phân chia và cất trữ giúp cho công việc nhẹ nhàng hơn Hay như trong hệ thống giao thông nhận diện màu sắc cũng được sử dụng để nhận diện màu sắc đèn qua đó điều khiển được phương tiện giao thông dựa theo tín hiệu từ đèn báo Với những ứng dụng thực tiễn quan trọng trong cuộc sống và nghiên cứu, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế mô hình mạng nơ- ron nhân tạo nhận diện màu sắc ” để làm đồ án thi kết thúc học phần Mạng nơ-ron nhân tạo Đồ án này chắc chắn sẽ giúp chúng ta mở rộng tầm hiểu biết và tận hưởng sự thú vị của việc làm quen với màu sắc thông qua góc nhìn của máy tính Mục tiêu nghiên cứu Khi quyết định lựa chọn đề tài “ Thiết kế mô hình mạng nơ-ron nhân tạo nhận diện màu sắc ” để làm đồ án thi kết thúc học phần Mạng nơ-ron nhân tạo, mục tiêu được đặt ra cho nhóm em là nâng cao kiến thức, hiểu biết về mạng nơ-ron nhân tạo Và qua đề tài nghiên cứu này nhóm em mong muốn có thể phát triển từ việc nhận diện được 3 màu cơ bản qua đó phát triển và nghiên cứu chuyên sâu để nhận diện được nhiều màu sắc hơn Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài nhóm em chính: + Mô hình mạng nơ-ron nhân tạo Downloaded by nhim nhim (nhimbien3@gmail.com)