NHẬN DIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI VẬT THỂ QUA IP CAMERA

NHẬN DIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI VẬT THỂ QUA IP CAMERA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Anh Cương XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: NHẬN DIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI VẬT THỂ QUA IP CAMERA KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Anh Cương XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH: NHẬN DIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI VẬT THỂ QUA IP CAMERA KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Việt Hà Cán bộ đồng hướng dẫn: Th.S Vũ Quang Dũng HÀ NỘI - 2009 VIET NAM NATIONAL UNIVERSITY, HA NOI COLLEGE OF TECHNOLOGY Nguyen Dinh Anh Cuong BUILDING A MONITOR AND CONTROL SMART HOUSE SYSTEM: DETECT AND CONTROL DEVICES THROUGH IP CAMERA GREDUATION THESIS Major field: Information Technology Supervisor: Nguyễn Việt Hà, Dr. Eng Co-supervisor: Vũ Quang Dũng, Master HA NOI - 2009 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy giáo TS Nguyễn Việt Hà và ThS Vũ Quang Dũng, hai thầy đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo cho em trong suốt thời gian làm khóa luận vừa qua. Em cũng xin bày tở lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Công nghệ -Đại học Quốc gia Hà Nội. Các thầy cô đã luôn nhiệt tình dạy dỗ và tạo điều kiện cho chúng em học tập và nghiên cứu trong suốt những năm học đại học. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên trong tập thể lớp K50CA và lớp CNPM, các bạn trong phòng thí nghiệm Toshiba đặc biệt là các bạn trong nhóm nghiên cứu về xây dựng mô hình nhà thông minh là bạn Nguyễn Văn Hiển và bạn Trần Duy Hưng, đã cho tôi những ý kiến đóng góp giá trị khi thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người luôn ở bên động viên và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt khóa luận này. Hà Nội, ngày 20/05/2009 Nguyễn Đình Anh Cương Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera ii TÓM TẮT Nhà thông minh đang là một xu hướng đang phát triển trong việc xây dựng các công trình nhà ở, các căn hộ, hay các trung tâm thương mại. Từ lâu, nó đã là một đề tài thu hút được nhiều sự quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học cũng như cộng đồng. Với tiêu chí đó, khóa luận này sẽ trình bày về cách xây dựng mô hình một hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh sử dụng PPC ( Pocket Personal Computer). Trong đó, đưa ra một cách nhận diện và xác định vị trí của các đồ vật thiết bị trong nhà thông qua ảnh số thu được từ camera. Điều này sẽ giúp tăng khả năng tương tác với chúng thông qua các công cụ điều khiển. Ngoài ra, khóa luận cũng sẽ cung cấp một cách tiếp cận đơn giản trong việc kết nối và điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua một máy tính duy nhất. Từ khóa: nhà thông minh, nhận diện đối tượng trong ảnh số. Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh iii ABSTRACT Smart house or home automation is one of the up and coming trend in developing buildings such as residential houses, apartments, and commercial businesses. For a long time, it is a topic attracting much attention and research of science and the community. Thus, this bachelor thesis will show how to build a model system to monitor and control the smart house with PPC (Pocket Personal Computer). In particular, it proposes a method to identify and determine the positions of the objects through a number of images from the camera. This will help increase the ability to interact with them through the control devices. In addition, the thesis also will provide a simple approach to connect and control devices in the home through a single computer. Keywords : smart house, home automation, identify objects in images, detect object in digital images. Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT . ii ABSTRACT . iii MỤC LỤC iv BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ . vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii Chương 1. Đặt vấn đề . 2 1.1 Lý do chọn đề tài . 2 1.2 Phạm vi nghiên cứu và hướng tiếp cận 4 1.2.1 Nhận diện đối tượng trong ảnh số thu được từ camera 5 1.2.2 Điều khiển các thiết bị trong gia đình từ máy tính 5 1.3 Nội dung và cấu trúc khóa luận . 6 Chương 2. Các cơ sở lý thuyết 7 2.1 Tính toán khắp nơi và các ứng dụng 7 2.1.1 “Tính toán khắp nơi” là gì? 7 2.1.2 Vị trí của “Tính toán khắp nơi” 7 2.2 Tổng quan về nhà thông minh . 8 2.2.1 Định nghĩa nhà thông minh 8 2.2.2 Các ưu điểm của nhà thông minh 8 2.3 Một số khái niệm trong xử lý ảnh và bài toán nhận diện đối tượng trong ảnh 9 2.3.1 Không gian màu HSV 9 2.3.2 Các cách tiếp cận bài toán nhận diện đối tượng trong ảnh . 15 2.4 Các giao thức và mô hình kết nối . 16 2.4.1 Giao thức Bluetooth . 16 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh v 2.4.2 Giao thức wireless chuẩn B/G 17 Chương 3. Mô hình hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh . 21 3.1 Bài toán và mô hình chung của hệ thống . 21 3.1.1 Hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 21 3.1.2 Mô hình đề xuất . 21 3.2 Các thành phần của hệ thống và các giải pháp . 22 3.2.1 Bài toán nhận diện đối tượng trong ảnh số 22 3.2.2 Kết nối và tương tác với PPC . 28 3.2.3 Điều khiển các thiết bị điện điện tử từ máy tính 31 Chương 4. Thực nghiệm và chương trình demo 32 4.1 Cấu trúc của chương trình demo 32 4.2 Các thành phần chính và thực nghiệm trong chương trình demo 33 4.2.1 Mô đun nhận và xử lý ảnh từ camera 33 4.2.2 Mô đun kết nối và tương tác với PPC . 38 4.2.3 Mô đun điều khiển các thiết bị điện, điện tử từ máy tính 38 4.3 Một số hình ảnh và mô tả về chương trình demo . 39 4.4 Kết quả và đánh giá . 44 Chương 5. Kết luận và hướng phát triển . 45 5.1 Kết luận . 45 5.2 Hướng phát triển của đề tài 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera vi BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Viết đầy đủ Giải thích RGB Red Green Blue Tên một không gian màu cơ sở sử dụng trong máy tính HSV Hue Saturation Value Tên một không gian màu PPC Pocket Personal Computer OBEX Object Exchange Giao thức truyền đối tượng qua Bluetooth PC Personal computer ID Identifier IP Internet Protocol Giao thức mạng internet [...]... Nhưng đa số chúng chỉ được điều khiển một cách đơn lẻ, riêng biệt, chưa có phương thức cho phép kết nối chung lại một khối và có thể điều khiển một cách tập trung Ở khía cạnh công nghệ, điều này hoàn toàn có thể thực hiện được nếu các nhà sản xuất cung cấp thêm các phương thức kết nối và điều khiển để 5 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera cho phép chúng có thể kết nối tới máy vi tính,... 19 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera Hình 2.11: Mô hình mạng Ad-hoc 20 Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh Chương 3 Mô hình hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh 3.1 Bài toán và mô hình chung của hệ thống 3.1.1 Hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh Như đã trình bày ở trên, bài toán đặt ra trong đề tài này là xây dựng hệ thống giám sát và điều. .. quả nhận diện 37 Hình 4.5: ConsolerServer khi khởi động 40 Hình 4.6: Màn hình đăng nhập 41 Hình 4.7: Hình ảnh đã nhận diện được tái hiện trên PPC 42 Hình 4.8: Bảng điều khiển thiết bị 43 Hình 4.9: ConsolerServer khi nhận lệnh điều khiển từ PPC 43 Hình 4.10: Thiết bị điều khiển trung gian 44 vii Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera. .. minh 21 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera Hệ thống sẽ bao gồm ba thành phần chính là phần xử lý ảnh từ camera, phần tương tác giữa người dùng với hệ thống trên PPC và phần điều khiển các thiết bị từ máy tính Ảnh (IMAGE) sau khi thi được từ camera( ứng với kí hiệu CAMERA trên mô hình) sẽ được xử lý tại mô đun xử lý ảnh (IMAGE PROCESSING) đặt trên máy tính, nhận diện các đồ vật có... mỗi loại đồ vật Và để giải quyết vấn đề này trong các bài toán mà loại đồ vật cần nhận diện đã được chỉ định trước, người ta đã đưa ra một phương pháp tương đối hiệu quả đó đánh dấu vật cần tìm, theo đó ảnh chụp vật cần tìm sẽ chứ những điểm đặc biệt, 15 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera giúp cho việc nhận diện bằng máy tính là dễ dàng hơn Ví dụ về một phương pháp sử dụng cách... chúng ta phải thực hiện những tính toán thực tế trên thiết bị để qua đó tìm ra sự sai khác giữa sự màu sắc thực tế và màu sắc sau khi thu được từ camera, hay nói cách khác chúng ta sẽ có những màu chuẩn trong thực tế 23 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera mà tìm phổ của màu này sau khi được ghi lại bằng camera Và việc nhận diện sẽ được thực hiện dựa trên phổ màu này  Để giải quyết... cấp và triển 3 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera khai các sản phẩm của nước ngoài một cách riêng lẻ rời rạc, chưa đưa ra được những giải pháp mang tính hệ thống, những giải pháp hoàn chỉnh Hình 1.1 Mô hình nhà thông minh Từ thực trạng trên chúng tôi muốn đưa ra mô hình của một hệ thống tính toán khắp nơi thực hiện công việc giám sát và điều khiển một căn nhà thông minh sử dụng camera. .. 3.1: Bảng so sánh Wireless B/G và Bluetooth 28 Bảng 4.1: Bảng phân bố màu tập trung 35 Bảng 4.2: Kết quả nhận diện 37 viii Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera Chương 1 Đặt vấn đề 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ nói chung mà công nghệ thông tin nói riêng góp một phần không nhỏ trong sự thay đổi và phát triển của cuộc sống con... độ xám của điểm ảnh VD: Cùng là một màu nhưng có màu xám và có màu trong  Value (V): Chỉ độ sáng của điểm ảnh 9 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera Mối quan hệ giữa hệ màu RGB và hệ màu HSV: Giả sử ta cần một dải màu biểu diễn độ xám (grayscale), đơn giản ta sẽ có 1 chuỗi điểm liên tục mà tại mỗi điểm các chỉ sổ R = G= B và tăng dần từ 0->255: ta sẽ có một dải từ đen-> trắng (như... V/6) 13 Nhận diện và điều khiển trạng thái vật thể qua IP camera Hình 2.7: Mô tả độ xám Dễ thấy tất cả các điểm “nửa đỏ nửa xám” sẽ cùng nằm trên một đường thẳng có PT tham số x=V*2/3, y=V/6, z = V/6 Do đó, ta có thể định nghĩa độ xám của một điểm chính là tỉ khoảng cách giữa điểm đó tới điểm xám(gray) so với khoảng cách giữa điểm đó tới điểm trong nhất (pure) Tổng kết: Tóm lại ta có thể thay thể hệ