NGHIÊN cứu, THIẾT kế hệ THỐNG CẢNH báo NGỦ gật TRÊN XE ô tô

15 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LabVIEW 2.1 LabVIEW LabVIEW (viết tắt Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) môi trƣờng ngôn ngữ đồ họa hiệu việc giao tiếp đa kênh giữ ngƣời, thuật toán thiết bị Gọi LabVIEW ngôn ngữ đồ học hiệu cách thức lập trình, LabVIEW khác với ngôn ngữ C (hay Python, Basic, vv.) Thay sử dụng từ vựng (từ khóa) cố định, LabVIEW sử dụng khối hình ảnh sinh động dây nối để tạo lệnh hàm nhƣ hình 2.2 Đặc biệt, LabVIEW phù hợp kỹ sƣ, nhà khoa học, hay giảng viên Chính LabVIEW trở thành công cụ phổ biến ứng dụng thu thập liệu từ cảm biến, phát triển thuật toán, điều khiển thiết bị phòng thí nghiệm giới Hình 2.1: Giao diện LabVIEW 16 Hình 2.2: Hàm truyền LabVIEW Hình 2.3: Giao diện điều khiển LabVIEW Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW đƣợc dùng để lập trình chƣơng trình (source code: mã nguồn) máy tính tƣơng tự ngôn ngữ lập trình dựa chữ (text – bassed language) nhƣ C, Python, Java, Basic, vv Đồng thời, LabVIEW hỗ trợ kỹ sƣ, nhà khoa học sinh viên, vv Xây dựng (thực thi) thuật toán cách nhanh, gọn, sáng tạo, dễ hiểu nhờ khối hình ảnh có tính gợi nhớ cách thức hoạt động theo kiểu dòng liệu (date flow) lần lƣợt từ trái qua phải Các thuật toán đƣợc áp dụng lên mạch điện cấu chấp hành thực nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều chuẩn giao tiếp nhƣ chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng COM), chuẩn USB, chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GBIB, Vì LabVIEW ngôn ngữ giao tiếp đa kênh 17 2.2 Các ứng dụng LabVIEW LabVIEW đƣợc sử dụng lĩnh vực đo lƣờng, tự động hóa, điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật lý, ôtô, Nhìn chung: - LabVIEW giúp kỹ sƣ kết nối cảm biến cấu chấp hành với máy tính - LabVIEW đƣợc sử dụng để xử lý kiểu liệu nhƣ tín hiệu tƣơng tự (analog), tín hiệu số (digital) hình ảnh (vision), âm (audio) - LabVIEW hỗ trợ giao thức giao tiếp khác nhƣ RS232, RS485, TCP/IP, PCI, PXI, nhƣ - LabVIEW tạo thực thi độc lập thƣ viện chia (ví dụ nhƣ viên liên kết động DLL), LabVIEW trình biên dịch 32 – bit Hình 2.4: Hệ thống đọc code tự động dây chuyền sản xuất 18 Hình 2.5: Hệ thống quét lƣới để phân tích dòng chảy cho sản phẩm nhựa Hình 2.6: Hệ thống phân loại sản phẩm sản xuất công ty Bosch 19  Với tất ứng dụng phƣơng pháp xử lý ảnh LabVIEW theo lƣu đồ sau: THU NHẬN ẢNH (Vision Acquisition) XỬ LÝ ẢNH (Vision Assistant) XUẤT TÍN HIỆU (NI VISA) - Giao tiếp camera, webcam - Lựa chọn nguồn ảnh - Thiết lập thông số ảnh - Chọn thông số xuất - Lấy tín hiệu từ Vision Acquisition - Phân tích, chỉnh sửa ảnh - Trích chọn đặc điểm ảnh - Chọn thông số xuất - Lấy tín hiệu sau xử lý ảnh - Giao tiếp với mạch điều khiển - Đƣa tín hiệu điều khiển vào cấu chấp hành Hình 2.7: Lƣu đồ xử lý ảnh LabVIEW Hình 2.8: Sơ đồ kết nối khối xử lý ảnh LabVIEW 20 2.3 Toolkits thu thập hình ảnh NI Vision Acquisition Software Việc thu nhận ảnh môi trƣờng LabVIEW đƣợc thực riêng thông qua module Vision Acquisition Đây module mở rộng đƣợc lập trình với chức thực việc tìm kiếm camera liên kết với máy, thu nhận ảnh, xuất ảnh nhận đƣợc môi trƣờng LabVIEW đƣa liệu xuất sang môi trƣờng xử lý ảnh (Vision Assistant) Trong LabVIEW, module tƣơng ứng với hàm Vision Acquisititon nằm thƣ viện Vision Express  Cách lấy hàm Vision Acquisition LabVIEW Hình 2.9: Thực hàm Vision Acquisition Sau lấy hàm Vision Acquisition để lập trình thu nhận ảnh, double click vào biểu tƣợng hàm, giao diện lập trình mở việc thực thi trình thu nhận ảnh đƣợc thiết lập hoàn toàn riêng biệt module 21 Quá trình thu nhận ảnh đƣợc thực qua bƣớc: CHỌN ẢNH NGUỒN PHƯƠNG PHÁP THU THẬP ẢNH CÀI ĐẶT THÔNG SỐ CHO ẢNH THIẾT LẬP TÍN HIỆU VÀO/RA Hình 2.10: Quá trình thu nhận ảnh Vision Acquisition - Bƣớc đầu tiên: chọn địa để lấy ảnh nguồn, Select Acquisition Source Vision Acquisition cho phép thực xử lý ảnh tĩnh, ảnh động (trực tiếp từ camera lấy từ file video định dạng AVI ) Hình 2.11: Chọn camera thƣ mục chứa ảnh - Bƣớc 2: lựa chọn phƣơng pháp thu thập ảnh, Select Acquisition type , lựa chọn cách thức mà phần mềm lấy ảnh bao gồm: lấy ảnh, lấy ảnh liên tục, lấy ảnh liên tục sau khoảng thời gian (lấy mẫu) với cách thức lấy ảnh, LabVIEW sinh kiểu vòng lặp tƣơng ứng 22 Hình 2.12: Lựa chọn phƣơng pháp thu thập ảnh - Bƣớc 3: cài đặt thông số cho ảnh thu nhận, Configure Acquisition Setting , cài đặt thông số cho ảnh thu nhận bao gồm: độ phân giải, chế độ chụp, thông số độ sáng, độ tƣơng phản, không gian màu cho ảnh kiểm tra thông số cài đặt cách click vào nút test để xem ảnh định tiếp tục quay lại chỉnh sửa thông số cho thích hợp Hình 2.13: Cài đặt thông số thu nhận ảnh 23 - Bƣớc 4: bƣớc cuối bƣớc quan trọng Tại ngƣời lập trình lựa chọn thông số để thiết lập đầu vào/ra cho ảnh, Select Control/Indicator Các thông số đầu vào (control) thông số đƣợc cài đặt bƣớc 3, lựa chọn nó, phần mềm cho phép sửa chữa thông số LabVIEW, nghĩa thay đổi thông số mà không cần quay lại cửa sổ Vision Acquisition Các thông số đầu (Indicator) yếu tố kết trình thu nhận ảnh mà ngƣời lập trình mong muốn lấy để tiếp tục xử lý, đó, quan trọng image out đƣợc chọn mặc định yếu tố liên kết sang module xử lý ảnh hiển thị ảnh lên giao diện chạy phần mềm Hình 2.14: Thiết lập tín hiệu đầu vào/ra 2.4 Toolkits xử lý ảnh 2.4.1 Vision Development Module (VDM) Đây công cụ chung cho việc tạo hàm truyền xử lý hình ảnh Ngoài VDM cho phép ngƣời dùng cài đặt thêm công cụ xử lý ảnh mở rộng thêm từ tất nhà cung cấp phần mềm LabVIEW 24 Hình 2.15: Các công cụ VDM Trong VDM cung cấp cho ngƣời sử dụng nhiều driver cho loại camera vision dây chuyền sản xuất Hay nhiều công cụ hỗ trợ nhƣ: - Vision Utilities: cung cấp cho ngƣời dùng tiện ích tách màu, chép điểm màu, chọn vùng cần phân tích màu,… - Image Processing: xử lý tất màu hình ảnh phân tích công cụ tiện ích - Machine Vision: cung cấp cho ngƣời sử dụng tất công cụ tính camera vision dây chuyền sản xuất nhƣ: đếm sản phẩm, tính diện tích bề mặt,… - Ngoài có công cụ NI nhằm cung cấp cho tất dòng sản phẩm mà công ty NI có thị trƣờng để tạo nên tƣơng thích nhằm nâng cao hiệu suất, tính ổn định dây chuyền tự động hóa 2.4.2 Module Vision Assistant Sau xử lý hình ảnh VDM bắt đầu thực bƣớc tạo code cho hình ảnh mà ta phân tích xử lý trƣớc 25 Hình 2.16: Thực hàm Vision Assistant Hình 2.17: Giao diện module Vision Assistant Ảnh sau thu nhận Vision Acquisition đƣợc đƣa sang module Vision Assistant để xử lý Đây bƣớc quan trọng toàn công việc xử lý ảnh tập trung Xử lý ảnh bƣớc không yêu cầu ngƣời sử dụng kỹ lập trình mà vấn đề tƣ để giải vấn đề xác làm cho chƣơng trình đơn giản chƣơng trình tinh gọn, tốc độ xử lý nhanh Trong LabVIEW, module hàm Vision Assistant nằm thƣ viện Vision Express, chung với Vision Acquisition 26 Tùy vào trƣờng hợp, đặc điểm cần nhận dạng, loại camera mà ngƣời lập trình sử dụng công cụ khác Tuy nhiên, nhìn chung, trình xử lý ảnh trải qua bƣớc: Đầu tiên, ảnh đƣa vào có chất lƣợng không cao, vậy, cần phải cải thiện chất lƣợng hình ảnh để làm đặc điểm cần nhận diện lên rõ nét Tùy vào ứng dụng mà lựa chọn công cụ thích hợp nâng cao chất lƣợng hình ảnh làm bật đặc điểm nhận dạng cách thay đổi không gian màu Ảnh đầu vào ảnh không gian RGB, để nhận dạng xác màu vật thể, ảnh đƣợc chuyển sang không gian màu khác cho đặc điểm ảnh bật Đây ví dụ đơn giản để nâng cao chất lƣợng để làm bật đặc điểm cần nhận dạng Những ngƣời có kinh nghiệm lập trình xử lý ảnh với Vision Assistant có nhiều cách để cải thiện chất lƣợng hình ảnh nhiều công cụ khác phần mềm Ảnh đầu vào có màu nâu không gian RGB Hình 2.18: Xử lý ảnh đầu vào Qua ví dụ, nhận thấy không gian màu đỏ làm ảnh bật so với không gian màu xanh (vì màu vàng có giá trị đỏ không gian RGB cao) 27 Ảnh đầu vào sau chuyển sang không gian màu đỏ RGB-Red Plane Hình 2.19: Kết sau xử lý ảnh đầu vào không gian đỏ Ngoài ra, bƣớc cho phép ngƣời trích chọn phần ảnh để nhận diện Đa số ứng dụng xử lý ảnh công nghiệp không thực toàn ảnh nhận đƣợc mà cần nhận diện đặc điểm vị trí ảnh, phần mềm cho phép chọn vùng gọi ROI (Region Of Interest) ảnh để xử lý, điều không giúp việc nhận diện đƣợc xác mà giúp giảm dung lƣợng chƣơng trình giúp chƣơng trình chạy nhanh Tùy vào công cụ phần mềm cho phép xử lý ảnh có dung lƣợng lớn nhỏ, phần mềm có công cụ để nén ảnh chuyển đổi kiểu ảnh tùy vào đầu vào đầu bƣớc trình xử lý Sau làm bật đặc điểm cần nhận dạng, ảnh đƣợc xử lý tùy theo ứng dụng: nhận dạng, đo kích thƣớc, đếm số lƣợng, nhận dạng chữ viết, đọc mã vạch mà phần mềm hỗ trợ Và tùy vào bƣớc xử lý có nội dung mà ngƣời lập trình phải quy định để gán kết luận cho ảnh Cuối cùng, giá trị xử lý đƣợc lựa chọn qua bƣớc select control, giống nhƣ phần thu nhận ảnh, giá trị bƣớc trình xử lý đƣợc đƣa để lập trình LabVIEW 28 Lựa chọn yếu tố đầu vào đầu để kiểm soát trình xử lý ảnh Hình 2.20: Chọn lựa tín hiệu đầu 2.4.3 Vision Builder for Automated Inspection (VBAI) Hai công cụ giúp việc lập trình xử lý ảnh nhanh hiệu cao LabVIEW Trong trƣờng hợp bạn cần tạo ứng dụng mà hoàn toàn không muốn lập trình VBAI công cụ để làm việc VBAI chƣơng trình độc lập với LabVIEW, dùng để tạo ứng dụng xử lý ảnh hoàn toàn tùy chỉnh Mục tiêu VBAI đƣa ứng dụng kiểm tra tự động hoàn chỉnh, từ thu ảnh đến xử lý đến kết (khác với mục tiêu Vision Assistant lập trình nghiên cứu phân tích ý nghĩa công việc xử lý ảnh) Hình 2.21: Giao diện VBAI 29 Màn hình làm việc VBAI khác Vision Assistant điểm chính:  Tích hợp chức thu ảnh vào cửa sổ bƣớc xử lý  Flowchart tổng quan chƣơng trình: cửa sổ dùng để định Ví dụ: tìm thấy vật thể A làm tiếp theo, không thấy A làm  Khung bƣớc xử lý thể giá trị Pass/Fail kết bƣớc xử lý kết tổng kết Hình 2.22: Ứng dụng VBAI hệ thống xử lý sản phẩm [...]... nhau trong phần mềm Ảnh đầu vào có màu nâu trong không gian RGB Hình 2.18: Xử lý ảnh đầu vào Qua ví dụ, có thể nhận thấy ở không gian màu đỏ làm ảnh nổi bật so với không gian màu xanh (vì màu vàng có giá trị đỏ trong không gian RGB cao) 27 Ảnh đầu vào sau khi chuyển sang không gian màu đỏ RGB-Red Plane Hình 2.19: Kết quả sau khi xử lý ảnh đầu vào ở không gian đỏ Ngoài ra, ở bƣớc này cũng cho phép ngƣời... lý ảnh công nghiệp không thực hiện trên toàn bộ ảnh nhận đƣợc mà chỉ cần nhận diện một đặc điểm ở một vị trí nào đó của ảnh, vì vậy phần mềm cho phép chọn ra một vùng nào đó gọi là ROI (Region Of Interest) của ảnh để xử lý, điều này không chỉ giúp việc nhận diện đƣợc chính xác mà còn giúp giảm dung lƣợng chƣơng trình giúp chƣơng trình chạy nhanh hơn Tùy vào công cụ phần mềm sẽ cho phép xử lý trên ảnh... sẽ đƣợc đƣa ra để lập trình trên LabVIEW 28 Lựa chọn yếu tố đầu vào và đầu ra để kiểm soát quá trình xử lý ảnh Hình 2.20: Chọn lựa tín hiệu đầu ra 2.4.3 Vision Builder for Automated Inspection (VBAI) Hai công cụ trên đã giúp việc lập trình xử lý ảnh nhanh và hiệu quả cao trong LabVIEW Trong trƣờng hợp bạn cần tạo ứng dụng mà hoàn toàn không muốn lập trình thì VBAI là công cụ để làm việc này VBAI là... để ra quyết định Ví dụ: nếu tìm thấy vật thể A thì làm gì tiếp theo, không thấy A thì làm gì tiếp theo  Khung các bƣớc xử lý thể hiện các giá trị Pass/Fail và kết quả của từng bƣớc xử lý và kết quả tổng kết Hình 2.22: Ứng dụng VBAI trong hệ thống xử lý sản phẩm ... đến kết quả (khác với mục tiêu của Vision Assistant là lập trình nghiên cứu và phân tích ý nghĩa từng công việc của xử lý ảnh) Hình 2.21: Giao diện VBAI 29 Màn hình làm việc của VBAI khác Vision Assistant ở 3 điểm chính:  Tích hợp chức năng thu ảnh vào cửa sổ các bƣớc xử lý  Flowchart tổng quan chƣơng trình: cửa sổ này dùng để ra quyết định Ví dụ: nếu tìm thấy vật thể A thì làm gì tiếp theo, không... sẽ sử dụng các công cụ khác nhau Tuy nhiên, nhìn chung, quá trình xử lý ảnh sẽ trải qua các bƣớc: Đầu tiên, ảnh khi mới đƣa vào sẽ có chất lƣợng không cao, vì vậy, cần phải cải thiện chất lƣợng hình ảnh để làm đặc điểm cần nhận diện nổi lên rõ nét nhất Tùy vào ứng dụng mà lựa chọn công cụ thích hợp khi nâng cao chất lƣợng hình ảnh và làm nổi bật đặc điểm nhận dạng bằng cách thay đổi không gian màu Ảnh... đầu vào là một ảnh ở không gian RGB, để nhận dạng chính xác màu của vật thể, ảnh sẽ đƣợc chuyển sang một không gian màu khác sao cho đặc điểm của ảnh là nổi bật nhất Đây là một ví dụ đơn giản để nâng cao chất lƣợng để làm nổi bật đặc điểm cần nhận dạng Những ngƣời có kinh nghiệm lập trình xử lý ảnh với Vision Assistant sẽ có nhiều cách để cải thiện chất lƣợng hình ảnh bằng nhiều công cụ khác nhau trong... vậy phần mềm sẽ có công cụ để nén ảnh hoặc chuyển đổi kiểu ảnh tùy vào đầu vào và đầu ra của mỗi bƣớc trong quá trình xử lý Sau khi làm nổi bật đặc điểm cần nhận dạng, ảnh sẽ đƣợc xử lý tùy theo ứng dụng: nhận dạng, đo kích thƣớc, đếm số lƣợng, nhận dạng chữ viết, đọc mã vạch mà phần mềm hỗ trợ Và tùy vào bƣớc xử lý sẽ có những nội dung mà ngƣời lập trình phải quy định để gán kết luận cho ảnh Cuối... Giao diện module Vision Assistant Ảnh sau khi thu nhận bằng Vision Acquisition sẽ đƣợc đƣa sang module Vision Assistant để xử lý Đây là bƣớc quan trọng vì toàn bộ các công việc chính của xử lý ảnh đều tập trung ở đây Xử lý ảnh là bƣớc không chỉ yêu cầu ngƣời sử dụng các kỹ năng về lập trình mà còn là vấn đề tƣ duy để giải quyết vấn đề chính xác và làm cho chƣơng trình đơn giản nhất vì chƣơng trình càng ... liên kết động DLL), LabVIEW trình biên dịch 32 – bit Hình 2.4: Hệ thống đọc code tự động dây chuyền sản xuất 18 Hình 2.5: Hệ thống quét lƣới để phân tích dòng chảy cho sản phẩm nhựa Hình 2.6: Hệ. .. dụ: tìm thấy vật thể A làm tiếp theo, không thấy A làm  Khung bƣớc xử lý thể giá trị Pass/Fail kết bƣớc xử lý kết tổng kết Hình 2.22: Ứng dụng VBAI hệ thống xử lý sản phẩm ... lựa chọn thông số để thiết lập đầu vào/ra cho ảnh, Select Control/Indicator Các thông số đầu vào (control) thông số đƣợc cài đặt bƣớc 3, lựa chọn nó, phần mềm cho phép sửa chữa thông số LabVIEW,