Nhận dạng phân loại gạo

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo NGUYỄN VĂN THÁI NHẬN DẠNG PHÂN LOẠI GẠO Chuyên ngành Mã số ngành : : ĐIỀU KHIỂN HỌC KỸ THUẬT 2.05.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2005 CBHD : TS.Hoàng Minh Trí CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS.HOÀNG MINH TRÍ Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2005 Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo”” HVTH : Nguyễn Văn Thái TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ Tp HCM, ngày …… tháng …… năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Ngày, tháng, năm sinh : Chuyên ngành : NGUYỄN VĂN THÁI Phái : Nam 01/10/1976 Nơi sinh : Quảng Ngãi ĐIỀU KHIỂN HỌC KỸ THUẬT Mã số : 2.05.01 I.TÊN ĐỀ TÀI : “NHẬN DẠNG PHÂN LOẠI GẠO” II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài Chương 2: Lý thuyết xử lý ảnh Chương 3: Lý thuyết mạng neuron Chương 4: Thực chương trình III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS.Hoaøng Minh Trí CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày …… tháng …… năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành luận văn này, nỗ lực thân phải kể đến tận tình bảo, hướng dẫn thầy TS.Hoàng Minh Trí Lời chân thành cảm ơn em xin kính gửi đến thầy Trí, kính chúc thầy gia đình an khang, hạnh phúc thành công Trong trình thực đề tài tác giả nhờ đến giúp đỡ nhiều bạn bè học lớp cao học Tự động hóa K14, bạn nhiệt tình hỗ trợ tác giả việc tìm kiếm tài liệu phục vụ cho việc nghiên cứu đề tài Tác giả xin gửi đến bạn lời cảm ơn sâu sắc, chúc bạn thành công học tập công tác Trong lúc khó khăn sống thường ngày, đôi lúc tưởng chừng vượt qua được, muốn bỏ tất để bớt gánh nặng, nhờ có động viên, khích lệ tinh thần hỗ trợ vật chất bạn bè đồng nghiệp, người thân gia đình phần giúp tác giả vượt qua tất để đến đích ngày hôm Để tỏ lòng biết ơn tác giả đến tất cả, tác giả hứa nỗ lực để ngày đạt nhiều thành công học tập công tác sau Vì phải vừa học vừa phải đảm bảo hoàn thành công tác giảng dạy Nhà trường tác giả gặp nhiều khó khăn việc bố trí thời gian cho phù hợp Tuy nhiên, Ban lãnh đạo Nhà trường linh động, tạo điều kiện thuận lợi thời gian tài để tác giả an tâm theo học cao học ngày hoàn thành Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo trường Cao đẳng Xây dựng số hứa hết lòng nghiệp giáo dục chung Nhà trường Cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến tất thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy tác giả suốt thời gian theo học cao học trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo”” HVTH : Nguyễn Văn Thái CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Tóm tắt luận văn thạc só TÓM TẮT Một số nội dung lý thuyết phục vụ cho trình thực đề tài: Lý thuyết xử lý ảnh: - Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh mức xám Lọc nhiễu cho ảnh Tăng độ tương phản ảnh Phân đoạn ảnh Phương pháp trích đặc trưng đối tượng Lý thuyết mạng neuron: - Mô hình neuron nhân tạo Một số hàm tổng hợp Một số hàm hoạt hóa thường dùng Mô hình mạng neuron nhân tạo Phân loại mạng neuron Các kỹ thuật học mạng neuron Một số mô hình mạng neuron ứng dụng để nhận dạng ảnh: - Mạng perceptron Mạng perceptron nhiều lớp Mạng kết hợp tuyến tính Mạng kohonen Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo”” HVTH : Nguyễn Văn Thái CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Tóm tắt luận văn thạc só Tạo liệu chuẩn dùng để huấn luyện mạng neuron Quá trình huấn luyện mạng Thiết kế mạng neuron Đưa liệu vào để huấn luyện mạng neuron Quá trình nhận dạng phân loại gạo Lưu đồ thực chương trình: Lấy liệu ảnh hạt gạo cần nhận dạng phân loại Đưa liệu vào mạng neuron huấn luyện Kết cho ảnh gồm hạt gạo đạt tiêu chuẩn Thử nghiệm để kiểm tra độ xác mạng neuron Nếu mạng neuron cho kết không xác mong muốn thay đổi liệu huấn luyện thiết kế lại mạng neuron Thử nghiệm chọn mạng neuron hoạt động có độ xác theo yêu cầu Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo”” HVTH : Nguyễn Văn Thái CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Mục lục MỤC LỤC Chương 1.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1.Sự cần thiết đề tài nghiên cứu 1.2.Lyù chọn đề tài 1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 1.4.Ý nghóa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu 1.5.Vấn đề tập trung nghiên cứu đề tài 1.6.Một số tiêu chuẩn gạo 1.7.Phương pháp thực đề tài Chương 2: LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH .20 2.1.Toång quan xử lý ảnh 20 2.2.Quá trình xử lý ảnh 21 1.Thu nhận ảnh 22 2.Tiền xử lý ảnh 23 3.Phân tích ảnh 24 2.3.Nội dung lý thuyết xử lý ảnh dùng luận văn 25 1.Chuyển ảnh màu RGB sang ảnh mức xám 25 2.Lọc nhiễu cho ảnh 25 3.Tăng độ tương phản ảnh 30 4.Phân đoạn ảnh .32 5.Phương pháp trích đặc trưng đối tượng 39 Chương 3: LÝ THUYẾT MẠNG NEURON 44 3.1.Mô hình mạng neuron nhân tạo 44 1.Mô hình neuron nhân tạo 44 2.Một số hàm tổng hợp 45 3.Moät số hàm hoạt hóa thường dùng 46 4.Mô hình mạng neuron nhân tạo 48 5.Phaân loaïi maïng neuron 48 6.Các kỹ thuật học mạng neuron 49 3.2.Một số mô hình mạng neuron ứng dụng để nhận dạng ảnh 51 1.Maïng perceptron 51 2.Mạng perceptron nhiều lớp 56 3.Mạng kết hợp tuyến tính 67 4.Maïng kohonen 70 Chương 4: THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH 75 4.1.Ý tưởng thiết kế 75 4.2.Tạo liệu ảnh hạt gạo chuẩn dùng huấn luyện mạng neuron 77 4.3.Quá trình xử lý ảnh 79 4.4.Quá trình trích đặc trưng ảnh hạt gạo .82 4.5.Quá trình thiết kế mạng neuron 85 4.6.Quaù trình nhận dạng phân loại gạo .87 4.7.Hướng phát triển đề tài 92 Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo”” HVTH : Nguyễn Văn Thái Chương -1- CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1.Sự cần thiết đề tài nghiên cứu Việt Nam nước nông nghiệp với 80% số dân sinh sống nông thôn Bên cạnh nhiều loại hình nông nghiệp khác trồng ăn trái, nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi gia súc,… lúa giữ vai trò quan trọng Trong năm gần đất nước sản xuất nhiều lúa gạo, việc đảm bảo đủ cung cấp cho thị trường nước có khả xuất gạo thị trường giới với số lượng lớn, theo số liệu thống kê vào cuối năm 2004 số lượng gạo Việt Nam xuất thị trường giới triệu tấn, đứng hàng thứ giới xuất gạo (Theo tin viết báo Quân đội nhân dân số ngày 15/12/2004 tác giả Trần Nhung) Tuy nhiên, nông nghiệp lạc hậu giống vấn đề ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp giá trị kinh tế sản phẩm nông nghiệp chưa cao, khả cạnh tranh thị trường giới không nước khác Đã có nhiều doanh nghiệp nước mua gạo Việt Nam, chế biến lại bán với giá cao gấp nhiều lần, nghịch lý mà ngành nông nghiệp Việt Nam mắc phải Để khắc phục yếu chung nông nghiệp Việt Nam, nhà khoa học tiến hành nhiều nghiên cứu khả thi, hữu ích áp dụng điều kiện sản xuất nông nghiệp Việt Nam, nhờ giúp cho người nông dân sản xuất đạt hiệu quả, suất chất lượng cao Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo” HVTH : Nguyễn Văn Thái Chương -2- CBHD : TS.Hoàng Minh Trí Hướng giới, để hạt gạo xuất Việt Nam cạnh tranh hiệu với nước xuất gạo khác Thái Lan, Inđônêxia,… việc đảm bảo tốt khâu trước thu hoạch khâu sau thu hoạch cần thiết Việc gia công phân loại hạt gạo với chất lượng khác nhằm định giá xác định rõ loại gạo xuất ảnh hưởng lớn đến khả cạnh tranh thương trường giới 1.2.Lý chọn đề tài Nền nông nghiệp Việt Nam ngày phát triển tương đối nhanh hiệu quả, từ đất nước đói ăn có đủ lương thực cung cấp cho nước, chí dư để xuất bán giới đem cho đất nước nguồn thu ngoại tệ lớn Để có thành tốt đẹp vậy, người nông dân trực tiếp sản xuất phải kể đến công lao nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu với nhiều công trình nghiên cứu khoa học ứng dụng vào sản xuất nông nghiệp Nhờ ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp mà hiệu kinh tế tăng lên đáng kể, đời sống đại đa số người nông dân cải thiện, có nhiều gia đình nông dân giàu lên nhờ vào sản xuất nông nghiệp Bản thân người đồng ruộng, sinh lớn lên ruộng lúa nên phần cảm nhận nỗi nhọc nhằn người nông dân công sức bỏ nhiều giá trị sản phẩm thu lại không cao Xuất phát từ suy nghó với mong muốn góp chút công sức nhỏ bé thân vào trình phát triển nông nghiệp nước nhà ý thức cần thiết đề tài nên định chọn đề tài “Nhận dạng phân loại gạo” để nghiên cứu Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo” HVTH : Nguyễn Văn Thái Chương -3- CBHD : TS.Hoàng Minh Trí 1.3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Như trình bày trên, mục đích đề tài nhận dạng phân loại gạo theo yêu cầu, nhờ hiệu kinh tế tăng lên, đời sống người nông dân Việt Nam từ cải thiện Ngoài công đoạn sản xuất, thu hoạch gia công chế biến trực tiếp bàn tay người tác động, cần phải có khâu đòi hỏi can thiệp máy móc nâng cao chất lượng hạt gạo Trong lónh vực xử lý nâng cao chất lượng hạt gạo nói riêng giới có nhiều công ty tham gia vào việc chế tạo, sản xuất loại máy móc, công cụ khác phục vụ cho nhiều công đoạn khác trình xử lý hạt gạo Để chế tạo thành công hệ thống máy xử lý hạt gạo đòi hỏi nhiều lónh vực tham gia như: khí, điện, điện tử, tự động hóa, tin học,… Trong giới hạn trình độ chuyên môn kỹ sư am tường tất lónh vực khoa học trên, thân tác giả nghiên cứu kỹ sư Điện khí hóa – Cung cấp điện nên khả nghiên cứu giới hạn số nội dung có liên quan trực tiếp đến đề tài như: - Một số thuật toán xử lý ảnh - Một số lý thuyết mạng neuron - Ứng dụng xử lý ảnh mạng neuron vào trình nhận dạng phân loại gạo Đề tài : “Nhận dạng phân loại gạo” HVTH : Nguyễn Văn Thái ...trình nhận dạng tương đối nhanh, chấp nhận Chuyển ảnh mức xám hạt gạo cần nhận dạng, phân loại sang dạng ảnh nhị phân đen trắng: Đề tài : ? ?Nhận dạng phân loại gạo? ??” HVTH : Nguyễn Văn Thái Chương ...4.6.QUÁ TRÌNH NHẬN DẠNG PHÂN LOẠI GẠO Ảnh hạt gạo cần nhận dạng, phân loại camera kỹ thuật số thu đưa vào máy tính để xử lý, số lượng hạt gạo có ảnh định khung nhìn camera, nhiên số lượng gạo nhiều ...cánh cửa lắp bên lỗ oval, hạt gạo nhận dạng không đạt tiêu chuẩn cánh cửa lỗ oval mở cho hạt gạo rơi xuống, coi hạt gạo bị loại Đề tài : ? ?Nhận dạng phân loại gạo? ??” HVTH : Nguyễn Văn Thái - 76