ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM Họ tên sinh viên: Đặng Tấn Vinh Nguyễn Thanh Định Ngành: : CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2008-2012 Tháng 6/2012 ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM Tác giả ĐẶNG TẤN VINH NGUYỄN THANH ĐỊNH Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn: Th.S: TRẦN THỊ KIM NGÀ Tháng 6/2012 LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng cám ơn tất quý Thầy, Cô trường Đại học Nơng Lâm q Thầy, Cơ khoa Cơ Khí – Công Nghệ trang bị cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô môn Cơ Điện Tử giúp đỡ em nhiệt tình thời gian thực đề tài Em xin bày tỏ biết ơn chân thành cô Trần Thị Kim Ngà tận tình hướng dẫn em suốt trình làm Luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, em xin cám ơn quý Thầy, Cô Hội Đồng dành thời gian nhận xét, góp ý để Luận văn em hoàn thiện Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến người thân bạn bè động viên, ủng hộ tạo cho em điều kiện thuận lợi suốt trình hồn thành Luận văn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực Đặng TấnVinh – Nguyễn Thanh Định i TÓM TẮT Hiện việc trồng xuất sản phẩm nông nghiệp đem lại hiệu kinh tế tương đối cao hầu hết khâu từ trồng trọt, thu hoạch đến phân loại đóng gói sản phẩm thực với phương pháp thủ cơng suất tương đối thấp Từ thực tiễn chúng em định thực nghiên cứu đề tài “ứng dụng xử lý ảnh đánh giá chất lượng sản phẩm”, từ giúp q trình phân loại sản phẩm diễn nhanh từ tăng suất lao động Nước ta nước có sản lượng gạo xuất tương đối cao giới cố gắng để vươn lên dẫn đầu Để làm điều nước ta phải tăng cường sản lượng xuất khẩu, bên cạnh phải trọng đến chất lượng sản phẩm để đạt doanh thu cao Chính với giúp đỡ cô Trần Thị Kim Ngà chúng em lựa chọn gạo để làm sản phẩm nghiên cứu cho đề tài này, từ ta mở rộng áp dụng cho tất sản phẩm khác Kết chúng em đánh giá số tiêu chuẩn chất lượng gạo xử lý ảnh thông qua camera xử lý: phát tạp chất, tính tỉ lệ bạc bụng, tỉ lệ số hạt nguyên – hạt vỡ, tính chiều dài trung bình, chiều dài chưa đạt Từ rút nhận xét đánh giá chất lượng gạo Do thời gian thực khoảng thời gian từ tháng tháng mức độ rộng lớn đề tài, nên dù cố gắng phương án giải toán chúng em chắn tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến q Thầy, Cơ bạn bè để đề tài chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Đặng Tấn Vinh Nguyễn Thanh Định ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i  TÓM TẮT ii  MỤC LỤC iii  DANH SÁCH CÁC BẢNG vi  DANH SÁCH CÁC HÌNH vii  Chương 1  1.1.  MỞ ĐẦU 1  Đặt vấn đề 1  1.2 Mục đích yêu cầu nghiên cứu 2  Chương TỔNG QUAN 3  2.1.  Tổng quan chất lượng gạo 3  2.1.1.  Thuật ngữ định nghĩa 3  2.1.2.  tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gạo: 4  2.2.  Các tiêu chuẩn chất lượng gạo 6  2.2.1  Tiêu chuẩn kích thước hạt gạo 6  2.2.2  Tiêu chuẩn gạo xuất (theo Viện trưởng Viện lúa ĐBSCL) 8  2.2.3  Một số tiêu chuẩn phẩm cấp loại gạo xuất Việt Nam: 9  2.3.  Máy phân loại hạt nông sản công nghệ tự động 12  2.4.  Tổng quan xử lý ảnh .14  2.4.1.  Hệ thống xử lý ảnh 14  2.4.2.  Cấu trúc ảnh RGB .16  2.4.3.  Định dạng ảnh 16  iii 2.4.4.  Quá trình tách đối tượng 16  2.4.5.  Qua trình nhận dạng đối tượng .17  2.5.  Phần mềm matlab 18  Chương PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22  3.1.  Phương tiện thực 22  3.1.1.  Thiết bị phần cứng 22  3.1.2  3.2.  Thiết bị phần mềm 22  Phương pháp thực 22  3.2.1.  Nghiên cứu lý thuyết 22  3.2.2.  Bố trí phần cứng 22  Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24  4.1.  Tổng quan hệ thống 24  4.1.1.  Thiết kế phần cứng 24  4.1.2.  Quy trình nhận dạng xử lý ảnh 25  4.2.  Kết nhận dạng xử lý ảnh .26  4.2.1.  Sơ đồ khối xử lý ảnh 26  4.2.2.  Thu nhận ảnh .26  4.2.3.  Tách đối tượng 27  4.2.4.  Nhận dạng đối tượng 28  4.2.5.  Quá trình nhận dạng tạp chất 28  4.2.6.  Xác định thông số gạo 31  4.2.7.  Đánh giá độ bạc bụng 32  4.2.8.  Lưu đồ giải thuật 34  4.2.9.  Xuất kết .36  iv 4.3.  Khảo nghiệm kết quả: 36  4.4.  Kết luận .41  Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42  5.1.  Kết đạt 42  5.2.  Hướng phát triển đề tài .42  TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Phân loại hình dạng tiêu chuẩn hạt gạo .4  Bảng 2.2: Tiêu chuẩn gạo Việt Nam 6  Bảng 2.3: Tiêu chuẩn gạo trắng dài 10  Bảng 2.4: Yêu cầu chất lượng gạo nếp xát 11  Bảng 4.1: Phiếu khảo nghiệm kết phần mềm 37  vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: Các cơng nghệ then chốt đóng góp vào phát triển hệ thống 12  Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý – cấu trúc hệ thống phân loại hạt theo màu sắc 13  Hình 2.3: Yêu cầu phân loại theo màu sắc 14  Hình 2.4: Sự sai khác so với (chỉnh ngang với hạt tốt) hạt lỗi tạp chất 14  Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh 15  Hình 2.6: Quá trình xử lý ảnh 17  Hình 2.7: Giao diện matlab 18  Hình 4.1: Ảnh phần cứng 24  Hình 4.2: Webcam logitech 905 24  Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh 25  Hình 4.4: Giao diện chương trình 25  Hình 4.5: Sơ đồ trình xử lý phần mềm 26  Hình 4.6: Chương trình thu nhận hình ảnh máy tính 27  Hình 4.7:Ảnh trước phát tạp chất 29  Hình 4.8: Sơ đồ trình nhận dạng tạp chất: 29  Hình 4.9: Ảnh trước tăng độ tương phản 30  Hình 4.10: Ảnh sau tăng độ tương phản 30  Hình 4.11: Sau chuyển qua ảnh nhị phân 30  Hình 4.12: Sau phát tạp chất 31  vii Hình 4.16: lưu đồ giải thuật trình tách đối tượng 4.2.8.2 Lưu đồ giải thuật q trình tính thơng số 35 Hình 4.17: Lưu đồ giải thuật q trình tính thơng số 4.2.9 Xuất kết Kết sau tính toán phần mềm so sánh với tiêu chuẩn nêu chương Hình 4.18: Ảnh kết hiển thị lên hình 4.3 Khảo nghiệm kết quả: Quá trình khảo nghiệm thực loại gạo Thơm Lài Quá trình khảo nghiệm sử dụng mẫu ngẫu nhiên với mẫu kiểm tra lần qua giai đoạn: kiểm tra thực tế cách tính tốn số liệu đánh giá kết thủ cơng, sau kiểm tra số liệu đánh giá kết qua hệ thống camera kết hợp với chương trình xử lý ảnh Cuối so sánh với tiêu chuẩn gạo xuất để đưa kết luận 36 Bảng 4.1: Phiếu khảo nghiệm kết phần mềm tổng (hạt) mẫu mẫu mẫu hạt nguyên (hạt) chiều dài trung bình (mm) hạt vỡ (hạt) chiều dài khơng đạt (hạt) bạc bụng (%) số tạp chất kết luận hệ thống thực tế hệ thống thực tế hệ thống thực tế lần 121 121 112 105 7.38 0.8 0 ĐẠT lần 121 121 114 105 7.37 1.84 KHÔNG ĐẠT lần 121 121 109 105 12 7.36 0.83 0 ĐẠT lần 110 110 100 105 10 7.39 1.85 0 ĐẠT lần 110 110 99 105 11 7.39 1.93 0 ĐẠT lần 110 110 98 105 12 7.39 1.77 0 ĐẠT lần 116 116 102 111 14 7.43 1.92 0 ĐẠT lần 116 116 103 111 13 7.42 2.01 0 ĐẠT 37 nguyên nhân hệ thực thống tế chất lượng ảnh lần mẫu mẫu 116 116 101 111 13 7.42 2.06 KHÔNG ĐẠT chất lượng ảnh KHÔNG ĐẠT chất lượng ảnh lần 132 132 114 126 10 7.39 3.02 lần 132 132 121 126 11 7.37 3.07 0 ĐẠT lần 132 132 122 126 10 7.37 3.24 0 ĐẠT lần 116 116 106 112 10 7.43 1.95 0 ĐẠT lần 116 116 105 112 11 7.45 2.47 0 ĐẠT lần 116 116 106 112 10 7.44 3.04 0 ĐẠT 38 39 Hình 4.19: Biểu đồ thể chênh lệch kết thực tế chương trình 40 4.4 Kết luận Mơ hình sử dụng webcam hệ thống đèn led để chiếu sáng Tuy nhiên trình xử lý độ rõ nét ảnh phụ thuộc vào góc đặt hạt gạo, ánh sáng camera (do camera sử dụng loại auto – focus), kết có sai số mức độ tương đối kết thực tế Với giải thuật ta có tính tốn số tiêu đánh giá gạo, tùy theo loại gạo cấu trúc phần cứng mà ta thay đổi sở liệu để so sánh cho phù hợp Từ kết khảo nghiệm hệ thống , ta thấy hệ thống hoạt động tương đối ổn định 41 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Qua trình thực kết hợp với lý thuyết sở tìm hiểu được, đề tài đạt số kết sau: 5.1 Kết đạt Chương trình xây dựng phần mềm Matlab 2011, giao diện thiết kế Guide Matlab Chế tạo thành cơng mơ hình đo thông số gạo Xây dựng sở liệu cho việc đánh giá số tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm mà gạo: tỉ lệ hạt nguyên – vỡ, kích thước tiêu chuẩn, tỉ lệ bạc bụng, tạp chất Xác định thơng số để góp phần Đánh giá chất lượng gạo thông qua xử lý ảnh cho kết nhanh, xác so với việc đánh giá thủ công Kết khảo nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động tương đối ổn định 5.2 Hướng phát triển đề tài Dựa sở lý thuyết xác định thực nghiệm, chúng em rút số đề nghị để phát triển hệ thống sau: Để hệ thống xử lý ảnh đưa kết xác nhanh chóng việc bố trí, lựa chọn nguồn sáng camera cho hệ thống quan trọng (camera đạt chất lượng chuẩn xác cao tùy theo môi trường làm việc thực tế mà lựa chọn nguồn sáng dựa sở lý thuyết màu sắc độ phản xạ ánh sáng màu sắc.) Đề tài dừng lại việc đánh giá chất lượng gạo nên xử lý số yếu tố định như: tỷ lệ hạt nguyên hạt vỡ, tỷ lệ tạp chất, tỷ lệ bạc bụng Vì vậy, cần phát triển đánh giá chất lượng nhiều loại sản phẩm khác Phần mềm Matlab xử lý ảnh có ngơn ngữ đơn giản, dễ lập trình chưa đủ mạnh ngôn ngữ C nhiều người sử dụng, ta cần nghiên cứu kết hợp công cụ để phát triển hệ thống hồn chỉnh Trong q trình xử lý ảnh, việc đưa định cho hệ thống xử lý phụ thuộc lớn vào chất lượng camera nguồn sáng 42 Đối với chất lượng camera: sử dụng camera có độ phân giải thấp cơng đoạn xử lý ảnh đối tượng tương đối đơn giản Tuy nhiên kết ảnh nhận không rõ nét, màu sắc ảnh nhận không thực nên gây hạn chế trình xử lý Đối với nguồn sáng: việc bố trí nguồn sáng hợp lý hay không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng ảnh nhận từ camera Nguồn sáng khác với độ ổn định nguồn sáng ảnh hưởng khác đến giá trị pixel ảnh 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lim S J., 2001, Xử lý ảnh (Nguyễn Văn Ngọ dịch, Nguyễn Viết Kính hiệu đính), Đại học quốc gia (Khoa cơng nghệ thơng tin), Hà Nội, 270 trang Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, 1999, Nhập môn xử lý ảnh số, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 365 trang Nguyễn Bá Tuyên, Nguyễn Quang Chiến, 2007, Matlab (tin học ứng dụng – Học phần II), Đại học thủy lợi, Hà Nội, 66 trang Nguyễn Quang Hoan, 2006, Xử lý ảnh, Học viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, Hà Nội, 119 trang MatLab _ Nguyễn Hoài Sơn ĐHSPKT Matlab toàn tập – Ebook Team Tiếng Anh Gonzalez R., Woods R., Eddins S., 2003, Digital Image Processing Using Matlab Prentice Hall, pp 782 Lương Chi Mai, Introduction to image processing and computer vision, Bài báo cáo Học viện Kĩ thuật thông tin, Hà nội Matlab Help phần mềm Matlab 7.11.0 (R2010b) Spencer L R., 2000, Introduction to Matlab, Ross L Spencer and Brigham Young University, USA., pp.86 The Mathworks, Matlab7 (Getting Started Guide), pp.250 Tài liệu Internet Phối hợp màu sắc nhiếp ảnh Nguyên tắc đo màu thiết bị An Introduction to CMOS Image Sensor Technology 44 45 PHỤ LỤC Code chương trình % THU NHAN TIN HIEU VIDEO % global vid ; vid=videoinput('winvideo',1); set(vid, 'returnedcolorspace', 'RGB'); set(vid, 'SelectedSourceName', 'input1'); src_vid = getselectedsource(vid); get(src_vid); vidRes = get(vid, 'VideoResolution'); nBands = get(vid, 'NumberOfBands'); hImage = image( zeros(vidRes(2), vidRes(1), nBands) ); axes(handles.axes3); preview(vid,hImage); function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) % CHUP ANH -% global vid; chup = getsnapshot(vid); imwrite(chup,'anh.jpg'); closepreview; % - XU LÝ ANH -% % 1/ PHAT HIEN TAP CHAT rgb=imread('anh.jpg'); imtool(rgb); rgb1=imadjust(rgb,[0.7 0.7 0.7;1 1],[]); for i=1:size(rgb1,1) for j=1:size(rgb1,2) if rgb1(i,j,1)>100 && rgb1(i,j,2)200 && rgb2(a,b,3)>200 bw(a,b) = 1; else bw(a,b) = 0; end end end bw_gao=bwareaopen(bw,50); bw_gao=imfill(bw_gao,'holes'); imtool(bw_gao); [L Ne]=bwlabel(double(bw_gao),4); tinh=regionprops(L,'Area','BoundingBox','MajorAxisLength','MinorAxisLength','Peri meter'); tong=0; p=210; hatvo=0; mean=0; hatnguyen=0; hatnguyen1=0; hatnguyen2=0; hatnguyen3=0; hatnguyen4=0; chieudai=0; chieurong=0; chuvi=0; daitong=0; rongtong=0; chuvitong=0; daithieu=0; area=0; tongarea=0; for n=1:size(tinh,1) 47 if tinh(n).Area