NGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG

NGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNGNGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VĂN ÁNH DƯƠNG NGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ THANH PHÚC Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2015 -2- -1- LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: VĂN ÁNH DƯƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17/03/1990 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 23/19A, Đường 102, P.Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, TP.HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Điện thoại di động: 01699331112 E-mail: duongckd08@gmail.com II Q TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian từ 09/2008 đến 07/2012 Nơi học: Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực xe Hybrid” Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 01/07/2012 Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: Th.S Thái Huy Phát III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác 11/2012 – 08/2014 Trường Cao Đẳng Viễn Đông 08/2014 - Công việc đảm nhiệm Giảng viên khoa Công Nghệ Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Giảng viên khoa Cơ Khí Thắng Động Lực -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác TP.HCM, ngày 17 tháng 03 năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) Văn Ánh Dương -3- LỜI CẢM ƠN Một đề tài nghiên cứu thành cơng khơng có trợ giúp kết hợp với nỗ lực cố gắng người nghiên cứu Do đó, tơi xin chân thành cảm ơn hỗ trợ của: Ban giám hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Cơ Khí Động Lực Thầy TS Lê Thanh Phúc tồn thể q thầy dạy hướng dẫn nhiệt tình tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian theo học trường Các bạn kỹ sư đồng nghiệp động viên ủng hộ tinh thần Tuy thời gian thực đề tài tháng lượng kiến thức chủ chốt để phục vụ cho công tác nghiên cứu thực đề tài thuộc chuyên ngành điện tử điều khiển tự động, công nghệ thông tin nên khả tiếp cận lĩnh hội học viên chun ngành khí động lực gặp nhiều khó khăn hạn chế Tuy nhiên, với hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi Thầy TS Lê Thanh Phúc bạn đồng nghiệp, lĩnh hội nhiều kiến thức mới, bổ ích để phục vụ cho ngành khí động lực cơng tác nghiên cứu sau trường Vì vậy, lần xin chân thành cảm ơn quý thầy cô bạn Xin chúc q thầy tồn thể bạn dồi sức khoẻ thành công! TP.HCM, ngày 17 tháng 03 năm 2015 Người cảm ơn Văn Ánh Dương -4- TÓM TĂT Đề tài “Nghiên cứu thu thập xử lý ảnh để hỗ trợ ô tô chạy tự động” tìm hiểu phương pháp nhận dạng vật cản đường xe tham gia giao thông Cụ thể, người nghiên cứu sử dụng công cụ xử lý ảnh LabVIEW: Vision Acquisition, Vision Assistant để thu thập xử lý vật cản Mơ hình đường giả định sau: - Đường phẳng - Mặt đường sẽ, đồng Đề tài sử dụng webcam để thu thập hình ảnh xe hoạt động Hình ảnh cơng cụ Vision Acquisition thu nhận, sau xử lý để chuyển thành ảnh nhị phân, giảm nhiễu, đưa kết nhờ vào công cụ Vision Assistant Ảnh xử lý kết hợp với khoảng cách đo từ cảm biến SRF05 làm tín hiệu điều khiển hoạt động xe Khoảng cách từ vi điều khiển truyền lên LabVIEW giao tiếp thông qua cổng giao tiếp RS232 Kết cuối hồn thành mơ hình xe nhận dạng vật cản đường đi, báo vị trí vật cản, điều khiển xe dừng khoảng cách xe vật cản nguy hiểm Thực nghiệm với xe chạy tốc độ chậm, hình ảnh khoảng cách thu có sai số nhỏ -5- ABSTRACT The project of “The research of collecting and processing images to support automatic vehicle” learning about methods to indentify obstacles on the road in traffic Specifically, researcher use processing image tools of LabVIEW: Vision Acquisition, Vision Assistant to collect and process obstructions The model with assumptions as below: - Flat street - Clear and homogeneous road This project uses webcam to collect images when operating vehicle Vision Acquisition tool acquire images, then Vision Assistant tool processed to convert to binary image and noise reduction Image processing combined with the distance measured from sensor SRF05 use control signals operating vehicle Distance from microcontroller transfer LabVIEW via standard RS232 interface The end result completed vehicle model able to indentify the obstacles on the road, report obstacle position, control vehicle stopped when having dangerous distance Experiment with vehicle running slow speed, images and distance obtained small error relatively -6- 4.1 MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC .ii LỜI CAM ĐOAN .iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TĂT v ABSTRACT vi DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: 1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: 1.2.1 Trong nước .9 1.2.2 Thế giới 10 1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 11 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 11 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 12 1.7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 12 1.8 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN .12 PHẦN CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XỬ LÝ ẢNH 13 2.2 CÁC BƯỚC TRONG XỬ LÝ ẢNH 14 2.2.1 Thu nhận ảnh 14 2.2.2 Tiền xử lý ảnh 14 2.2.3 Phân tích ảnh 14 2.2.4 Biểu diễn ảnh 14 2.2.5 Nhận dạng nội suy .15 2.2.6 Cơ sở tri thức 15 2.2.7 Mô tả ảnh .16 2.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH 17 -1- 2.3.1 Điểm ảnh 17 2.3.2 Độ phân giải ảnh 18 2.3.3 Mức xám ảnh 18 2.3.4 Biến đổi ảnh nén ảnh 19 2.3.5 Các đặc trưng mức thấp ảnh 20 2.3.6 Nắn chỉnh ảnh 21 2.3.7 Trích chọn đặc điểm .21 2.4 CÁC MƠ HÌNH MÀU .21 2.5 BIẾN ĐỔI HOUGH (HOUGH TRANSFORM) 25 2.5.1 Biến đổi Hough cho đường thẳng 25 2.5.2 Biến đổi Hough cho đường thẳng tọa độ cực 26 2.6 CÔNG CỤ XỬ LÝ ẢNH LabVIEW 27 2.6.1 Lập trình với LabVIEW 29 2.6.2 Một số khối (hàm thức) thường sử dụng LabVIEW 30 PHẦN 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT CAMERA VÀ THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG .37 3.1 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT .37 3.2 ĐO KHOẢNG CÁCH VẬT CẢN 41 3.3 NHẬN DẠNG VÀ XỬ LÝ VỚI LabVIEW .56 3.3.1 Tổng quan hệ thống 56 3.3.2 Các thông số hệ thống 57 3.3.3 Ý tưởng thiết kế - điều khiển 58 3.3.4 Thuật toán xử lý ảnh truyền nhận liệu từ vi điều khiển 58 3.3.5 Kết thu thập hình ảnh 61 PHẦN 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 62 4.1 THỰC NGHIỆM 62 4.2 ĐÁNH GIÁ 71 4.2.1 Tốc độ thu thập 71 4.2.2 Độ xác: .72 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 75 -2- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KS Lê Quốc Anh, TS Phan Tương Lai – Trung tâm KHKT-CNQS, PGS.TS Lê Hùng Lân, ThS Nguyễn Văn Tiềm, “Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh thời gian thực toán tự động giám sát giao thông Việt Nam”, Trường Đại học GTVT Hà Nội [2] KS Lê Việt Dũng, PGS.TS Ngô Quốc Tạo, “ Nghiên cứu kỹ thuật nhận dạng bàn tay người”, Trường Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, Hà Nội, 2013 [3] Th.S Đặng Quang Thạch, “Hệ thống giám sát giao thông ứng dụng công nghệ xử lý ảnh”, 2014 [4] KS Hồ Văn Thu, TS Lê Thanh Phúc, “Ứng dụng xử lý ảnh nhận dạng đường cho tơ chạy tự động”, Tạp chí khoa học kỹ thuật, 2015 [5] TS Nguyễn Bá Hải, “Robot tự hành ứng dụng xử lý ảnh với LabVIEW”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2013 [6] Banerjee, S., Choudekar, P., Muju, M.K., “Real time car parking system using image processing”, Electronics Computer Technology (ICECT), 2011 3rd International Conference on , Volume:2, 8-10 April 2011, pp 99 – 103 [7] V Kastrinaki, Michael E Zervakis, Kostas Kalaitzakis, “A survey of video processing techniques for traffic applications”, Image and Vision Computing IVC , vol 21, no 4, pp 359-381, 2003 [8] David S.Breed, Wilbur E.DuVall, Wendell C.Johnson, “Vehicular monitoring systems using image processing”, Automotive Technologies International, Inc., 2004 [9] Joseph S.Stam, Mark W.Piece, Harold C.Ockerse, “Image processing system to control vehicle headlamps or other vehicle equipment”, Gentex Coporation, 2006 [10] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan, Xử lý ảnh, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2006 [11] TS Đỗ Tồn, TS Phạm Việt Bình, Giáo trình Xử lý ảnh, Đại học Thái Nguyên, 2007 - 82 - [12] JAE S.LIM, GS.Nguyễn Văn Ngọ, Giáo trình xử lý ảnh, Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2001 [13] Oge Marques, Practical Image and video processing using Matlab, Wiley, 2011 [14] TS Nguyễn Bá Hải, “Lập trình LabVIEW”, NXB Đại học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh [15] PGS.TS Đỗ Văn Dũng, “Điện động điều khiển động cơ”, NXB Đại học Quốc Gia TPHCM, 2013 [16] Rafael C.Gonzalez-University of Tennessee, Richar E.Woods-MedData Interactive, “Digital Image Processing” [17] PGS.TS Đỗ Văn Dũng, “Từ điển Anh-Việt chuyên ngành công nghệ ô tô”, NXB Thống Kê, 2003 [18] M.Bertozzi and A.Broggi, “GOLD: A parallel real-time stereo vision system for generic obstacle and lane detection”, IEEE Transaction on Image Processing, 1998, pp.199-213 [19] ZuWhan Kim, “Realtime Lane Tracking of Curved Local Road”, in IEEE Intelligent Transporation Systems, Toronto, Canada, 2006, pp.1149-1155 [20] Y Wang, E.K.Teoh, and D.Shen, "Lane detection and tracking using BSnake," Image and Vision Computing, vol 22, no.4, 2004, pp 269-280 [21] “http://luanvan.vn/” [22]“http://www.xilinx.com/applications/automotive/image-processing-and recognition/ [23] http://www.rob.cs.tu-bs.de/en/research/projects/parkspot/ [24] “hocdelam.org” [25] www.khoahoc.com.vn - 83 - PHỤ LỤC  Code tính khoảng cách điều khiển xe: #include #include #define trigger PORTB.0 #define echo PIND.2 unsigned int distance; // Bien luu gia tri thoi gian unsigned char range_ok; // Bien luu thong tin cho phep hoan long range; // Bien luu gia tri khoang cach // Alphanumeric LCD Module functions #include char dis[16]; unsigned char pwm, x; // Timer overflow interrupt service routine //Su dung timer dieu khien toc dong co theo khoang cach interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { // Place your code here x++; if (x>=pwm) { PORTB.1=1; } else { PORTB.1=0; } } // External Interrupt service routine - 84 - interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) { distance=TCNT1; // Doc gia tri timer range=(long)(distance)/58/10; range=range-1; TCNT1 = 0x00; // Xoa du lieu timer TCCR1B = 0x00; // Ngung timer 1, Timer chua hoat dong MCU yeu cau khoang cach range_ok=1; // Hoan phep } void StartRange() { trigger=1; delay_ms(22); // Tao xung it nhat 10ms trigger=0; // Bat dau giai lenh while(!(echo)); // Doi cho chan Echo keo len muc cao TCCR1B=0x01; // Cho phep timer hoat dong } // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT1] void ext_int1_isr(void) { // Place your code here } // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT2] void ext_int2_isr(void) { // Place your code here } #ifndef RXB8 - 85 - #define RXB8 #endif #ifndef TXB8 #define TXB8 #endif #ifndef UPE #define UPE #endif #ifndef DOR #define DOR #endif #ifndef FE #define FE #endif #ifndef UDRE #define UDRE #endif #ifndef RXC #define RXC #endif #define FRAMING_ERROR (1