Nhận dạng và xử lý ảnh vật thể ứng dụng trong điều khiển

Nhận dạng và xử lý ảnh vật thể ứng dụng trong điều khiển

BӜ GIÁO DӨ& 9¬ Ĉ¬2 7ҤO 75ѬӠ1* ĈҤI HӐC NÔNG LÂM THÀNH PHӔ HӖ CHÍ MINH KHÓA LUҰN TӔT NGHIӊP NHҰN DҤNG VÀ XӰ LÝ ҦNH VҰT THӆ ӬNG DӨ1*7521*Ĉ,ӄU KHIӆN Hӑ và tên sinh viên: Ĉһng Minh Chӭc PhҥP7Uѭӡng Giang Niên khóa: 2007-2011 Tháng 5/2011 i NHҰN DҤNG VÀ XӰ LÝ ҦNH VҰT THӆ ӬNG DӨ1*7521*Ĉ,ӄU KHIӆN ĈҺNG MINH CHӬC PHҤ0 75ѬӠNG GIANG Ts NGUYӈ1 9Ă1 +Ô1* Tháng 5/2011 ii LӠI CҦ0Ѫ1 ҫy NguyӉ ҫ Xin trân trӑng. Ĉһng Minh Chӭc PhҥP7Uѭӡng Giang iii TÓM TҲT ĈӅ tài nghiên cӭX ³QKұn dҥng và xӱ lý ҧnh ӭng dөng trong ÿLӅu khiӇQ´ÿѭӧc thӵc hiӋn tҥL WUѭӡQJĈҥi Hӑc Nông Lâm Thành Phӕ Hӗ Chí Minh, thӡi gian 3 tháng tӯ tháng 3 ÿӃQQJj\WKiQJQăP ĈӅ WjL ÿmWKӵc hiӋQ WKjQK F{QJYjÿҥWÿѭӧc kӃt quҧ khҧ TXDQQKѭ ÿLӅu khiӇQÿѭӧc URERW ÿӃn vӏ trí nhұn dҥng và thӵc hiӋn WKDR WiF KiL Fj FKXD Ĉk\ ÿѭӧc xem là kӃt quҧ chính cӫDÿӅ WjLÿӇ thӵc hiӋn tӕt kӃt quҧ Qj\WKuFK~QJW{LFNJQJSKҧi thӵc hiӋn thành công quá trình xӱ lý ҧnh nhұn dҥng v ұt thӇ, vӏ trí vұt thӇ trong không gian 3 chiӅu bҵng :HEFDPH WK{QJ TXD FKѭѫQJ WUuQK 0atlab và cҧm biӃQ 65) WK{QJ TXD YL ÿLӅu khiӇn $70(*$ ĈӇ tӯ ÿyFK~QJ W{LOҩy tín hiӋXÿLӅu khiӇn robot. 1JRjL UD FK~QJW{LFNJQJ WKLӃt kӃ giao diӋn giao tiӃp vӟLQJѭӡi quan sát bҵng ÿӗ thӏ trong lұp trình GUI cӫa Matlab mӝt cách thân thiӋn ,dӉ hiӇu và dӉ ÿLӅu khiӇn. iv MӨC LӨC LӠI CҦ0Ѫ1 . ii TÓM TҲT . iii MӨC LӨC iv DANH MӨC HÌNH vii &KѭѫQJ  MӢ ĈҪU . 1 1.1 Ĉһt vҩQÿӅ . 1 1.2 MөFÿtFK 2 &KѭѫQJ  TӘNG QUAN . 3 2.1 Lý thuyӃt xӱ lý ҧnh. . 3 2.1.1 HӋ thӕng xӱ lý ҧnh. . 3 2.1.2 Thu nhұn ҧQKYjOѭXWUӳ ҧnh. . 4 2.1.3 Phân tích ҧnh 9 2.2 ;iFÿӏnh khoҧng cách bҵng sóng siêu âm . 22 2.2.1 Khái niӋm siêu âm . 22 2.2.2 Cҧm biӃn siêu âm và nguyên tҳc TOF 22 2.2.3 Cҧm biӃn siêu âm SRF10. 28 2.3 Phҫn mӅm Matlap ӭng dөng xӱ lý ҧnh. 31 2.3.1 Khái niӋm MATLAB 31 2.3.2 Giao diӋn trong Matlab . 31 2.3.3 Khҧ QăQJYjӭng dөng cӫa Matlab. 33 2.3.4 HӋ thӕng lӋnh trong Matlab (Matlab Funtion). . 33 v &KѭѫQJ  3+ѬѪ1*7,ӊN 9¬3+ѬѪ1*3+È31*+,Ç1&ӬU. . 36 3.1 Bӕ trí thӵc hiӋQÿӅ tài. . 36 3.1.1 Thӡi gian. . 36 3.1.2 ĈӏDÿLӇm. 36 3.2 3KѭѫQJWLӋn nghiên cӭu. . 36 3.3 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu. . 37 3.3.1 3KѭѫQJSKiSOêWKX\Ӄt. . 37 3.3.2 3KѭѫQJSKiSWKӵc nghiӋm . 37 &KѭѫQJ  KӂT QUҦ VÀ THҦO LUҰN. 39 4.1 Xây dӵng quy trình nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh. 39 4.1.1 Quy trình nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh. 39 4.1.2 4X\WUuQK[iFÿӏnh khoҧng cách sӱ dөng cҧm biӃn siêu âm 40 4.2 Kêt quҧ nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh. 41 4.2.1 Quá trình nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh. 41 4.2.2 Quá trình nh ұn tín hiӋu cҧm biӃn SRF 10. . 48 4.2.3 KӃt quҧ FKѭѫQJWUình. . 50 4.3 KӃt quҧ chӃ tҥRYjÿLӅu khiӇn robot . 51 4.3.1 Mô hình chӃ tҥo. 51 4.3.2 ĈLӅu khiӇn robot. . 52 4.3.3 KӃt quҧ khҧo nghiӋPVѫEӝ 54 4.4 Nhұn xét. . 56 &KѭѫQJ  KӂT LUҰ19¬Ĉӄ NGHӎ 57 5.1 KӃt luұn . 57 vi 5.2 ĈӅ nghӏ. . 57 TÀI LIӊU THAM KHҦO . 58 PHӨ LӨC . 59 vii DANH MӨC HÌNH Hình 2.1 6ѫÿӗ hӋ thӕng xӱ lý ҧnh 3 Hình 2.2 Sensor quét dòng CCD 6 Hình 2.3 4X\ѭӟc tӑDÿӝ cho biӇu diӉn ҧnh 7 Hình 2.4 Pixel P và các lân c ұn cӫa P 9 Hình 2.5 Mô hình màu RGB . 11 Hình 2.6 Các màu gӕc bù và sӵ pha trӝn giӳa chúng 11 Hình 2.7 Sӵ biӃQÿәi tӯ RGB thành CMY 12 Hình 2.8 Mô hình màu HSV . 12 Hình 2.9 Mô hình màu HLS 13 Hình 2.10 Mӝt lân cұQNtFKWKѭӟF[TXDQKÿLӇm (x,y) . 16 Hình 2.11 Các lân cұn cӫa p sӱ dөQJÿӇ làm nhҹn ҧnh nhӏ phân 19 Hình 2.12 /jPWUѫQKuQKҧnh nhӏ phân 21 Hình 2.13 Vùng hoҥWÿӝng cӫa cҧm biӃn siêu âm( nguӗn internet) . 24 Hình 2.14 Khu vӵc mù cӫa cҧm biӃn siêu âm( nguӗn internet) . 24 Hình 2.15 Thӡi gian truyӅn trong nguyên lý TOF . 26 Hình 2.16 Tҫm quét cӫa cҧm biӃn siêu âm. 26 Hình 2.17 Cҧm biӃn siêu âm SRF10 28 Hình 2.18 6ѫÿӗ kӃt nӕi SRF10 30 Hình 2.19 Giao diӋn Matlab 32 Hình 3.1 6ѫÿӗ SKѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn robot . 37 Hình 3.2 3KѭѫQJSKiSÿLӅu khiӇn hӗi tiӃp . 38 Hình 4.1 6ѫÿӗ nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh 39 Hình 4.2 6ѫÿӗ [iFÿӏnh kho ҧng cách sӱ dөng cҧm biӃn SRF10 40 Hình 4.3 6ѫÿӗ mҥFKYLÿLӅu khiӇn 41 Hình 4.4 6ѫÿӗ nhұn dҥng và xӱ lý ҧnh ӭng dөQJÿLӅu khiӇn 41 Hình 4.5 Hình ҧnh thu nhұn tӯ Webcame . 42 viii Hình 4.6 6ѫÿӗ nhұn dҥQJYjWUtFKÿӕLWѭӧng. 42 Hình 4.7 Ҧnh sau khi chuyӇn sang ҧnh xám . 43 Hình 4.8 Ҧnh khi trích xuҩWJDPPjXÿӓ 44 Hình 4.9 6ѫÿӗ quá trình xӱ lý phân tích ҧnh 44 Hình 4.10 Ҧnh sau khi lӑc trung vӏ 45 Hình 4.11 Lӑc bӓ YQJGѭӟi 300px . 46 Hình 4.12 ҦQKÿmÿѭӧFÿӏQKWkPYjÿyQJNKXQJ . 46 Hình 4.13 ;iFÿӏnh khoҧng cáchhiӇn thӏ tӑDÿӝ tӟi tâm hình 47 Hình 4.14 KӃt quҧ hӋ quyӃWÿӏnh 47 Hình 4.15 6ѫÿӗ khӕi qúa trình nhұn tín hiӋu cҧm biӃn SRF10 . 48 Hình 4.16 KӃt quҧ hiӇn thӏ trên màn hình LCD . 49 Hình 4.17 KӃt quҧ hiӇn thӏ tín hiӋu cҧm biӃn trên Matlap 49 Hình 4.18 Giao diӋn hiӇn thӏ FKѭѫQJWUuQK[ӱ lý ҧnh 50 Hình 4.19 Giao diӋn hiӇn thӏ kӃt quҧ hӋ thӕng . 51 Hình 4.20 Mô hình robot ӭng dөng xӱ lý ҧnh 52 Hình 4.21 Giҧi thuұWÿLӅu khiӇn robot . 53 Hình 4.22 BiӇXÿӗ khҧo nghiӋPÿӝ phân giҧi 55 Hình 4.23 BiӇXÿӗ thӡLJLDQÿiSӭng . 56 ix DANH MӨC VIӂT TҲT CCD Charge Coupled Device CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor GIF Graphics Interchange Format P Pixel CMY Cyan, Magenta, Yellow TOF Time Of Flight RLE Run-Length-Encoded RGB Red, Green, Bule [...]...M 1.1 tv U g 1 1.2 M z 2 T NG QUAN 2.1 Lý thuy t x lý nh 2.1.1 H th ng x lý nh M t h th ng x lý ng bao g m nh ng thành ph n sau: L tr Thi t b thu nh n nh (camera, sensor) L tr Thu nh n nh S hóa Phân tích nh Nh n d ng H quy t nh Hình 2.1 h th ng x lý nh 3 2.1.1.1Thu nh n nh và s hóa 2.1.1.2Phân tích nh 2.1.1.3H quy nh 2.1.2 Thu nh n nh 2.1.2.1Thu nh n nh... chi u c a hình v i u,v=0,1,2 , N-1 và -1 2.1.3.5 nh - L m nh lân c n là m t k thu t mi nh Cho m t hình ành f(x,y) , th t c s t o ra m t hình t i m m (x,y) c a c b ng cách l y trung bình các giá tr m nh c a f n m trong m t lân c khác, c làm nh c b ng cách s d V i m i x,y n m trong f(x,y) , S là t p h p t c (x,y) và P là t ng s nh c a (x,y) Nói cách m trong lân c n 17 m trong lân c n (x,y) g m G(x,y) =... n trong không gian Fourier c a tín hi u - Bi c: Chuy i s bi u di n c ng t không gian Fourier sang không gian th c i u Cho m t hàm f(x) liên t c Bi i Fourier c a f(x), ký hi u F(u) , u bi u di n t n s F(u) = f(x) : bi u di tín hi u 14 cc - rier thu n: u,v bi u di n t n s không gian -Bi c 2.1.3.4Ti n x lý an nh g(x,y) =h[f(x.y)] m m c x lý c x lý áp lên f D n nh t c a h là lân c n có kích ph thu c vào... +n(x,y) rên, bài toán s c t o ra b ng cách l y trung bình K hình nh nhi u khác nhau Và i c a g, 18 , và n và hình Hình 2.11 Các lân c n c a p s d Làm nh n nh nh c ti n hành theo các b Hai quá trình làm nh làm nh n nh nh phân c sau: c th c hi n b ng cách dung bi u th c Bool sau: t là ký hi u c m t n ng c, pixel trong c gán là 1 và pixel tr c gán là 1, cl c áp d ti p theo c a m i v ng th i cho t t c các c... nh là thi t b có kh p và s hóa hình nh d a trên nguyên i tác d ng c a ánh sáng ( hình nh ) thu nh thông qua tín hi hình c chuy c s hóa i trên nguyên t c làm vi m bi n c chia làm hai lo i: CCD và CMOS Tuy nhiên hai c m bi c ch t o theo hai k thu t hoàn toàn khác nhau Trong th c t hi công ngh tiên ti công ngh ng camera CCD có c ch u này không h m, th m nh riêng tùy theo nhu c u và ng d ng hình 5 i vì... nh t c a h là lân c n có kích ph thu c vào giá tr c a f t i (x,y) và h tr thành hàm ánh x m nh 15 M t trong nh ng k thu c s d ng r ng rãi nh t là s ch p Trên hình minh ho m t m t n là m t m ng 2 chi c am t n c ch phát hi n m t thu c tính cho d ng m t n nhân c 3x3, các h s c trong m t hình nh Hình 2.10 M t lân c m (x,y) ng c a m t v t và miêu t v t Xét các hàm r i r c c a m t bi -1 Bi i Fourier thu n... TOF 2.2.2.1C m bi n siêu âm C m bi n siêu âm là thi t b nh v trí c a các v t thông qua phát và thu nh n sóng siêu âm C m bi n ti m c n siêu âm có th phát hi n ra h u h ho c không ph i kim lo i,ch t l ng ho c ch t r n,v t trong ho c m s ph n x l n) 22 ng là kim lo i c (nh ng v t có h 2.2.2.2C u t o và Nguyên lý ho ng c m bi n siêu âm Nguyên 23 Hình 2.13 Vùng ho ng c a c m bi n siêu âm( ngu n internet)... sau: ng th i cho t t c các pixel Và p=1 n u B2 =0 m thi u góc ph c b xung b ng bi u th c sau: u g ch trên cho bi t ph n bù logic T m thi u góc ph i c b sung b ng các bi u th c: Và B n bi u th c này th c hi c 5 c a th t Ví d : 20 nh: Hình 2.12 2.1.3.6 nh nh phân n biên 21 2.2 nh kho ng cách b ng sóng siêu âm 2.2.1 Khái ni m siêu âm Siêu âm là 2.2.2 C m bi n siêu âm và nguyên t c TOF 2.2.2.1C m bi n... Hình 2.6 Các màu g c bù và s pha tr n gi a chúng màu xanh tím, 11 C 1 R M 1 G Y 1 B Hình 2.7 S bi i t RGB thành CMY Mô hình màu HSV Hình 2.8 Mô hình màu HSV o o , màu lam là 240 o , màu o ình chóp 12 Mô hình màu HLS góc 0 o Các m HSV Hình 2.9 Mô hình màu HLS o 13 2.1.3.3M t s công c tr giúp x lý nh -Bi i Fourier thu n: chuy n s bi u di n t không gian th c sang không gian t n s (ph và pha) Các thành ph... cho bi u di n nh -1)] -1) f(N-1,0)f(N- -1,M-1) - 7 -1 2.1.2.2 nh GIF - 8 - 2 -Length- 2.1.3 Phân tích nh 2.1.3.1Khái ni m pixel và pixel lân c n P1 P2 P3 (x-1, y-1) (x-1, y) (x-1, y+1) P4 P P5 (x, y-1) (x, y) (x, y+1) P6 P7 P8 (x+1, y-1) (x+1, y) (x+1, y+1) Hình 2.4 Pixel P và các lân c n c a P P2(x-1, y) P7(x+1, y) P6(x+1, y-1) P5(x, y+1) 9 quanh p còn có 4 pixel ché P1(x-1, y-1) P3(x-1, y+1) P6(x+1,