Hệ thống thông minh tính điểm tự động cho bia bắn báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƢƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƢỜNG Tên đề tài: Hệ th ng th ng minh t nh điểm t đ ng cho bia bắn Mã s đề tài: 182.Đ03 Chủ nhiệm đề tài: TS Ng Th nh Qu ền Đơn vị th c hiện: ho C ng Nghệ Điện Tp Hồ Ch Minh, Ng y Th ng N m MỤC LỤC CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI …………………………………………………… ĐẶT VẤN ĐỀ…………………………………………………………………………3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI………………………………………………………… 2.1 MỤC TIÊU TỔNG QUÁT…………………………………………………4 2.2 MỤC TIÊU CỤ THỂ……………………………………………………….4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………………………6 3.1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT……………………………………………… 3.2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM………………………………….6 3.3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN CỨNG……………………………… CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH……………………………………… 2.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH SỐ………………………….6 2.1.1 ĐIỂM ẢNH………………………………………………………………… 2.1.2 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA ẢNH……………………………………………… 2.1.3 MỨC XÁM CỦA ẢNH…………………………………………………… 2.1.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC ĐIỂM ẢNH……………………………………….7 2.1.5 HÔNG GIAN MÀU……………………………………………………… 2.1.6 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH……… 2.2 THU NHẬN ẢNH……………………………………………………………………9 2.2.1 CÁC THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH……………………………………… 2.2.2 LẤY MẪU VÀ LƢỢNG TỬ HÓA…………………………………………9 2.2.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ẢNH………………………… 11 2.2.4 CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH………………………………………………… 12 2.3 NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ẢNH………………………………………………12 2.3.1 CẢI THIỆN ẢNH SỬ DỤNG TOÁN TỬ ĐIỂM…………………………12 2.3.2 CẢI THIỆN ẢNH DÙNG TOÁN TỬ HÔNG GIAN………………… 15 2.3.3 MỘT SỐ KỸ THUẬT CẢI THIỆN ẢNH NHỊ PHÂN………………… 18 2.4 NHẬN DẠNG ẢNH……………………………………………………………… 18 2.4.1 NHẬN DẠNG DỰA VÀO PHÂN HOẠCH HÔNG GIAN…………….18 2.4.2 NHẬN DẠNG DỰA THEO CẤU TRÖC………………………………….21 2.4.3 NHẬN DẠNG DỰA TRÊN MẠNG NƠRON…………………………… 21 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………… 23 3.1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH…………………………………….23 3.1.1 TÁCH VÀ NHẬN DẠNG BIA BẮN RA KHỎI FRAME ẢNH……… 24 3.1.2 SO SÁNH TƢƠNG QUAN ĐỂ TÌM VỊ TRÍ VẾT ĐẠN……………… 29 3.1.3 MƠ HÌNH HĨA CÁC CUNG TRÕN/CUNG ELIP TÍNH ĐIỂM…… 31 3.2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM…………………………………… 34 3.2.1 GIAO DIỆN TỔNG QUÁT……………………………………………… 34 3.2.2 KHỐI NHẬP NGÀY THÁNG NẮM…………………………………… 35 3.2.3 KHỐI HIỂN THỊ BIA BẮN………………………………………………36 3.2.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN VÀ TÍNH ĐIỂM………………………………… 36 3.2.5 KHỐI NHẬP THÔNG TIN NGƢỜI BẮN……………………………….37 3.2.6 KHỐI HIỂN THỊ KẾT QUẢ TÍNH ĐIỂM………………………………37 3.2.7 NƯT NHẤN LƢU FILE………………………………………………… 38 3.2.8 QUY TRÌNH VẬN HÀNH PHẦN MỀM CHO BÀI BẮN CỐ ĐỊNH….39 3.2.9 QUY TRÌNH VẬN HÀNH PHẦN MỀM CHO BÀI BẮN BIA ẨN/HIỆN39 3.3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN CỨNG………………………………… 40 3.3.1 BẢN VẼ THIẾT KẾ MƠ HÌNH………………………………………….41 3.3.2 PHẦN CỨNG TỔNG QUÁT…………………………………………… 42 3.3.3 KHUNG GẦM…………………………………………………………… 43 3.3.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN………………………………………………………….44 3.3.5 BIA BẮN……………………………………………………………………47 3.3.6 CAMERA………………………………………………………………… 48 3.3.7 NGUỒN…………………………………………………………………….49 CHƢƠNG 4: ẾT QUẢ ĐỀ TÀI ……………………………………………………… 50 4.1 TỔNG KẾT VỀ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI………………………………………… 50 4.2 ĐÁNH GIÁ CÁC ẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ ẾT LUẬN…………………50 4.3 TÓM TẮT KẾT QUẢ………………………………………………………… 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………… 55 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐẶT VẤN ĐỀ Bia bắn l loại thiết bị sử dụng phổ biến Trong c c thi bắn súng, sử dụng l m thiết bị đo độ x c cú bắn v dựa v o tính điểm cho người bắn Đặc biệt qn đội, bia bắn sử dụng ng y c c thao trường, dùng quân đội tập luyện khả n ng bắn súng, tính điểm sau cú bắn để ước lượng khả n ng bắn súng người lính Do đó, việc tính điểm diễn thường xuyên v lặp lại nhiều lần buổi tập Trong điều kiện kinh tế nước ta việc tính điểm sau cú bắn c c thao trường quân đội hầu hết thực c ch thủ cơng, sau lần bắn cần có người gi m s t di chuyển đến bia bắn v tính điểm c ch thủ cơng C ch tính điểm thủ cơng n y có nhiều hạn chế: - Người gi m s t cần di chuyển khoảng c ch xa để tính điểm Thời gian trì hỗn c c lần bắn lớn nên số lần bắn buổi tập khơng nhiều Vì điểm tính dựa mắt người quan s t nên điểm tính cịn mang tính chủ quan Trong c c Sư đo n lớn Sư đo n BB5 thuộc quân khu đặt Tây Ninh, nhu cầu tính điểm bia bắn cao nên Sư đo n cải tiến mơ hình chấm điểm c ch sử dụng hệ thống camera quan s t để chụp ảnh bia bắn v tính điểm dựa ảnh chụp Hình 1.1 Hệ thống camera quan s t sử dụng tính điểm bia bắn Sư đo n BB5 Hệ thống tính điểm sử dụng Sư đo n BB5 có ưu điểm l giảm việc gi m s t di chuyển đến bia bắn để tính điểm Tuy nhiên, hệ thống n y cần tính điểm c ch thủ cơng v cịn nhiều hạn chế: - Cần có thời gian trì hỗn c c lần bắn để người gi m s t quan s t m n hình v tính điểm Hệ thống sử dụng camera quan s t có kích thước lớn, vị trí đặt bắt buộc phải thẳng h ng bia bắn nên chiếm tầm bắn, bị đạn bắn trúng gây hư hỏng Hệ thống camera quan s t cần sử dụng đầu thu v m y tính, gây tốn kém, cồng kềnh - Hệ thống yêu cầu nguồn điện lưới 22 v, điều n y l không khả thi c c thao trường lớn kéo điện lưới Vì điểm tính từ người gi m s t quan s t m n hình nên điểm tính khơng kh ch quan Người bắn khơng thể biết điểm bắn trực tiếp Với c c yêu cầu v nhược điểm c c hệ thống tính điểm bia bắn tại, đề t i v o xây dựng hệ thống tính điểm tự động dựa xử lý ảnh, hệ thống tự động n y khắc phục tất c c nhược điểm hệ thống hữu, đ p ứng yêu cầu thực tế sống đặc biệt l lĩnh vực quốc phòng Hệ thống sau xậy dựng xong lắp đặt, vận h nh Sư đo n BB5 v nhân rộng, ứng dụng rộng rãi lĩnh vực quốc phòng Bia bắn sử dụng c c thao trường l loại bia hình 1.2, với c c vịng trịn vòng elip, cung tròn cung elip đồng tâm quy định mức điểm bắn tương ứng Bên bia bắn có khắc họa hình người với c c chi tiết m u sắc v hình th i kh c Loại bia bắn n y phức tạp nhiều so với loại bia sử dụng c c thi – loại bia chứa c c vòng tròn đồng tâm quy định mức điểm v không chứa khắc họa hình người Hình 1.2 Loại bia bắn sử dụng c c thao trường: bia số 4, bia số v bia số MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 MỤC TIÊU TỔNG QUÁT Đề t i xây dựng hệ thống tính điểm bia bắn tự động Hệ thống xử lý v tính điểm c ch tự động v sau lần bắn Hệ thống hoạt động điều kiện môi trường ban ng y, ban đêm, mưa, nắng, c ch x c, nhanh chóng, kh ch quan Điểm sau tính to n tự động thơng b o giao diện phần mềm, đồng thời lưu m y tính dạng file exel Hệ thống sử dụng nguồn từ lưu điện UPS thay cho điện lưới nên p dụng dễ d ng cho thao trường Kích thước hệ thống nhỏ gọn, đặt vị trí độc lập v c ch xa bia bắn nên không ảnh hưởng đến tầm bắn Hệ thống sau ho n th nh ứng dụng tính điểm tự động c c thao trường Sư đo n BB5 2.2 MỤC TIÊU CỤ THỂ C c mục tiêu cụ thể hệ thống: Bắt đầu Đọc ảnh đầu v o Tiền xử lý ảnh theo điều kiện môi trường Tiền xử lý ảnh theo điều kiện ban đêm Tiền xử lý ảnh theo điều kiện ban ng y Tiền xử lý ảnh theo điều kiện trời mưa Lọc nhiễu ảnh nhiễu nh s ng/nhiễu đỗ bóng X c định vị trí bia bắn X c định tâm bia bắn/c c vòng tròn điểm tương ứng bia X c định vết đạn bắn X c định vết đạn bắn hay cũ/trùng với vết bắn cũ Tính tương quan vết bắn với vịng trịn tính điểm v định điểm số Truyền liệu khơng dây Kết thúc Hình 1.2 Lưu đồ thuật to n xử lý ảnh tính điểm bia bắn - - - - Tính điểm tự động c ch x c, độ x c đạt 99%; tốc độ tính to n < giây, thời gian tính điểm xong sau cú bắn l < giây; tính to n điều kiện thời tiết: mưa, nắng, gió, ban ng y, ban đêm Hệ thống đảm nhận mục tiêu tính điểm thực camera IP dân dụng v m y tính c nhân Camera thu nhận ảnh liên tục, m y tính sau đọc ảnh từ camera thực thi thuật to n tính điểm theo lưu đồ hình 1.2: Sử dụng camera IP cho tốc độ truyền tải hình ảnh nhanh, camera có kích thước nhỏ gọn, kết nối trực tiếp với m y tính, gi th nh camera thấp, dễ d ng bảo trì, bảo dư ng, thay Kết tính điểm thực thi m y tính, thời gian tính điểm cho lần bắn < giây, điểm sau tính to n hiển thị giao diện phần mềm để người bắn biết kết Kết lưu trữ trực tiếp m y tính dạng file exel tổng hợp kết bắn theo ng y Hệ thống có gi th nh thấp giai đoạn triển khai đại tr , gi th nh rẻ 1/10 so với c c hệ thống hữu giới Xây dựng phần mềm m y tính quan s t trực tiếp bia bắn, đọc điểm bắn, lưu trữ kết theo ng y th ng n m n m, truy cập điểm bắn cũ Hệ thống m y tính tính to n tự động nên đảm bảo tính kh ch quan PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT Thuật to n xử lý ảnh sử dụng để tính to n tự động điểm bắn sau lần bắn Với đặc điểm phức tạp loại bia bắn yêu cầu Nhóm nghiên cứu tiến h nh nghiên cứu c c c c thuật to n xử lý ảnh để x c định x c, nhanh chóng điểm bắn 3.2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM Để thiết kế giao diện người dùng, nhóm nghiên cứu sử dụng ngơn ngữ lập trình Python, thư viện nguồn mở OPENCV cho xử lý ảnh real-time Giao diện người dùng tạo bao gồm c c khối chức n ng dựa yêu cầu sử dụng thực tế Sư đo n BB5 3.3 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN CỨNG Phần cứng xây dựng v hiệu chỉnh dựa c c yêu cầu thực tế từ c c b i bắn Sư đo n BB5, có tham gia đóng góp ý kiến Sư đo n để hiệu chỉnh theo yêu cầu thực tế C c yêu cầu thực tế từ c c b i bắn đạn thật gồm: + Có thể ẩn/hiện tất c c bia bắn b i bắn số + Sử dụng nguồn điện dự phịng thay cho điện lưới điều kiện trường bắn lắp đặt điện lưới + Có thể truyền tín hiệu khoảng c ch m từ bia bắn đến vị trí người gi m s t, khoảng c ch c c bia tương ứng l 5m Sau tiến h nh lắp đặt thực nghiệm bắn đạn thật Sư đo n BB5, nhóm nghiên cứu tiến h nh hiệu chỉnh v ho n thiện lại hệ thống kết cấu phần cứng CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 2.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH SỐ 2.1.1 ĐIỂM ẢNH Gốc ảnh (ảnh tự nhiên) l ảnh liên tục không gian v độ s ng Để xử lý m y tính (số), ảnh cần phải số ho Số ho ảnh l biến đổi gần ảnh liên tục th nh tập điểm phù hợp với ảnh thật vị trí (khơng gian) v độ s ng (mức x m) Khoảng c ch c c điểm ảnh thiết lập cho mắt người không phân biệt ranh giới chúng Mỗi điểm gọi l điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt l Pixel Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, pixel ứng với cặp tọa độ (x, y) Điểm ảnh (Pixel) l phần tử ảnh số toạ độ (x, y) với độ x m m u định Kích thước v khoảng c ch c c điểm ảnh chọn thích hợp cho mắt người cảm nhận liên tục không gian v mức x m (hoặc m u) ảnh số gần ảnh thật Mỗi phần tử ma trận gọi l phần tử ảnh 2.1.2 ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA ẢNH Độ phân giải (Resolution) ảnh l mật độ điểm ảnh ấn định ảnh số hiển thị Theo định nghĩa, khoảng c ch c c điểm ảnh phải chọn cho mắt người thấy liên tục ảnh Việc lựa chọn khoảng c ch thích hợp tạo nên mật độ phân bổ, l độ phân giải v phân bố theo trục x v y khơng gian hai chiều Ví dụ: Độ phân giải ảnh m n hình CGA (Color Graphic Adaptor) l lưới điểm theo chiều ngang m n hình: điểm chiều dọc * điểm ảnh (3 * ) Rõ r ng, m n hình CGA ” ta nhận thấy mịn m n hình CGA 7” độ phân giải * Lý do: mật độ (độ phân giải) diện tích m n hình rộng độ mịn (liên tục c c điểm) 2.1.3 MỨC XÁM CỦA ẢNH Một điểm ảnh (pixel) có hai đặc trưng l vị trí (x, y) điểm ảnh v độ x m Dưới xem xét số kh i niệm v thuật ngữ thường dùng xử lý ảnh Định nghĩ : Mức x m điểm ảnh l cường độ s ng g n gi trị số điểm Các th ng giá trị mức xám th ng thƣờng: 16, 32, 64, 128, 256 (Mức l mức phổ dụng Lý do: từ kỹ thuật m y tính dùng byte (8 bit) để biểu diễn mức x m: Mức x m dùng 1byte biểu diễn: 28=256 mức, tức l từ đến 255) Ảnh đen trắng: l ảnh có hai m u đen, trắng (không chứa m u kh c) với mức x m c c điểm ảnh kh c Ảnh nhị phân: ảnh có mức đen trắng phân biệt tức dùng bit mô tả 21 mức kh c Nói c ch kh c: điểm ảnh ảnh nhị phân l Ảnh màu: khuôn khổ lý thuyết ba m u (Red, Blue, Green) để tạo nên giới m u, người ta thường dùng byte để mô tả mức m u, c c gi trị m u: 8*3= ≈ ,7 triệu m u 2.1.4 QUAN HỆ GIỮA CÁC ĐIỂM ẢNH Một ảnh số giả sử biểu diễn h m f(x, y) Tập c c điểm ảnh l S; cặp điểm ảnh có quan hệ với ký hiệu l p, q Chúng ta nêu số c c kh i niệm sau Các lân cận củ điểm ảnh: Giả sử có điểm ảnh p toạ độ (x, y) p có điểm lân cận gần theo chiều đứng v ngang (có thể coi lân cận hướng chính: Đơng, Tây, Nam, Bắc) {(x-1, y); (x, y-1); (x, y+1); (x+1, y)} = N (p) đó: số l gi trị logic; N (p) tập điểm lân cận p Các lân cận chéo: C c điểm lân cận chéo N p (p) (Có thể coi lân cận chéo la Đơng-Nam, Đông-Bắc, Tây-Nam, Tây-Bắc) N p (p) = { (x+1, y+1); (x+1, y-1); (x-1, y+1); (x-1, y-1)} hướng: Tập kết hợp: N8 (p)  N4 (p)  N p (p) l tập hợp lân cận điểm ảnh p C c mối liên kết điểm ảnh: C c mối liên kết sử dụng để x c định giới hạn (Boundaries) đối tượng vật thể x c định vùng ảnh Một liên kết đặc trưng tính liền kề c c điểm v mức x m chúng Giả sử V l tập c c gi trị mức x m Một ảnh có c c gi trị cường độ s ng từ thang mức x m từ đến mô tả sau : V={32, 33, … , 3, } Có loại liên kết Liên kết : Hai điểm ảnh p v q nói l liên kết với c c gi trị cường độ s ng V q nằm c c lân cận p, tức q thuộc N (p) Liên kết 8: Hai điểm ảnh p v q nằm c c lân cận p, tức q thuộc N8 (p) Liên kết m (liên kết hỗn hợp): Hai điểm ảnh p v q với c c gi trị cường độ s ng V nói l liên kết m q thuộc N (p) q thuộc N p (p) 2.1.5 KHÔNG GIAN MÀU 2.1.5.1 h ng gi n RGB Không gian m u RGB tạo từ th nh phần R, G, B.Sự pha m u mang tính chất cộng Mỗi m u biểu diễn ba số (R,G,B) Th nh phần R, G, B l số thực có gi trị từ đến 255 Hình 2.1 Hệ màu RGB dạng khối chiều 2.1.5.2 h ng gi n HSV Không gian m u HSV l hệ tọa độ trụ mô tả không gian m u RGB v trực quan bao gồm H, S, V mô tả cho m u sắc (Hue), độ bão hòa m u (Saturation), v độ s ng (Value) Gi trị H thể thông qua góc vịng trịn Đi theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, gi trị không độ l m u đỏ (R), sau biến thiên đến m u xanh lục (Green) gi trị độ, m u xanh l (Blue) độ v quay trở m u đỏ độ.Không gian m u n y thường ứng dụng thị gi c m y, đồ họa m y tính Hình 2.2 Hệ tọa độ trụ cho khơng gian màu HSV 2.1.5.3 h ng gi n YCbCr Không gian YCbCr thường dùng ảnh JPEG, c c c c chuẩn video Thích hợp cho việc nén v giải nén liệu theo tần số C c th nh phần không gian n y: Y: th nh phần độ s ng(ảnh x m) Cb v Cr: th nh phần sắc th i m u 2.1.6 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG XỬ LÝ ẢNH Bộ nhớ Đầu đo Bộ số hóa Máy tính số Bộ hiển thị Hình 2.3 Các thành phần hệ thống xử lý ảnh 2.2 THU NHẬN ẢNH 2.2.1 CÁC THIẾT BỊ THU NHẬN ẢNH C c thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner c c thiết bị thu nhận n y cho ảnh đen trắng C c thiết bị thu nhận ảnh có loại ứng với loại ảnh thông dụng Raster, Vector C c thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster l camera, c c thiết bị thu nhận ảnh thông thường Vector l sensor b n số ho Digitalizer chuyển đổi từ ảnh Raster Nhìn chung c c hệ thống thu nhận ảnh thực qu trình Thu nhận: biến đổi n ng lượng quang học th nh n ng lượng điện (giai đoạn lấy mẫu) Tổng hợp: tổng hợp n ng lượng điện th nh ảnh (giai đoạn lượng tử hóa) 2.2.2 LẤY MẪU VÀ LƢỢNG TỬ HÓA 2.2.2.1 Lấ mẫu Lấy mẫu l qu trình, qua ảnh tạo nên vùng có tính liên tục chuyển th nh c c gi trị rời rạc theo tọa độ nguyên Qu trình n y gồm lựa chọn: - Một l : khoảng lấy mẫu - Hai l : c ch thể dạng mẫu Lựa chọn thứ đảm bảo nhờ lý thuyết lấy mẫu Shannon Lựa chọn thứ hai liên quan đến độ đo (Metric) dùng miền rời rạc Khoảng lấy mẫu (Sampling Interval): Ảnh lấy mẫu mơ tả việc lựa chọn tập c c vị trí lấy mẫu khơng gian hai chiều liên tục Đầu tiên mô tả qua qu trình lấy mẫu chiều với việc sử dụng h m delta: Hình 3.31 Phần cứng tổng qu t 3.3.3 KHUNG GẦM Khung gầm thiết kế sử dụng nhơm định hình Ưu điểm so với khung sử dụng lắp đặt thử nghiệm: - Nhẹ khung cũ Việc sử dụng nhơm định hình giúp giảm khối lượng 1/3 so với khung cũ Việc chuyển thực người - Đẹp khung cũ Nhờ sử dụng nhơm định hình, c c kết cấu đấu nối, dây dễ d ng, gọn g ng khung cũ, tính thẩm mỹ cao - Bền khung cũ Có thể thay thế, sữa chửa dễ d ng Khung gầm cụ thể trình b y hình 3.3 , hình 3.33, hình 3.3 : Hình 3.32 Khung bia bắn 43 Hình 3.33 Khung bia bắn Hình 3.34 Khung bia bắn 3.3.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN Bộ điều khiển sử dụng động AC v hệ trục vít me để điều khiển bia v camera di chuyển lên v xuống Phần trung tâm điều khiển l board điều khiển Arduino Uno Việc giao tiếp m y tính v điều khiển m y tính v camera thực qua giao tiếp Internet/Wifi Chi tiết vẽ thiết kế điều khiển minh họa hình 3.35, hình 3.3 , hình 3.37 44 Hình 3.35 Sơ đồ kết nối nguồn v m y tính với điều khiển Hình 3.36 Sơ đồ cấp nguồn cho điều khiển 45 Hình 3.37 Sơ đồ đấu dây động Sau tiến h nh lắp đặt thực nghiệm, điều khiển tối ưu lại nên kích thước nhỏ so với lắp đặt thực nghiệm Bộ điều khiển đặt riêng hộp, c ch ly với khung, đạt khả n ng chống bụi/chống nước nên hoạt động điều kiện thời tiết Chi tiết lắp đặt điều khiển minh họa c c hình 3.38, hình 3.39 Hình 3.38 Bộ điều khiển thực tế 46 Hình 3.39 Bộ điều khiển thực tế 3.3.5 BIA BẮN Bia bắn thiết kế với khung viền bia đưa rìa, tr nh trường hợp khung bia l m dễ gãy bia lắp đặt thực nghiệm Có loại khung l khung nhơm v khung gỗ thay cho trường hợp n o m không ảnh hưởng đến kết Việc n y giúp dễ d ng thay mặt bia sau n y Chi tiết bia bắn mô tả hình , hình Hình 3.40 Khung bia bắn 47 Hình 3.41 Khung bia bắn 3.3.6 CAMERA Camera sử dụng l loại camera IP có độ phân giải megapixel Mỗi khung có camera tương ứng, có camera cho Camera sử dụng hình , hình 3 Hình 3.42 Camera IP sử dụng đề t i 48 Hình 3.43 Camera IP sử dụng đề t i Có thể dùng camera IP chung cho Tuy nhiên, lúc ta phải sử dụng loại camera IP có zoom quang Gi th nh loại camera có zoom n y kh cao (thấp l triệu VNĐ-như minh họa hình ) Việc sử dụng camera đơn thay camera zoom giúp giảm chi phí Mặt kh c, sử dụng camera thường dễ bảo trì, bảo quản, thay Hình 3.44 Một loại camera IP có zoom quang 3.3.7 NGUỒN Nguồn sử dụng cho to n hệ thống l UPS lưu điện cấp điện AC cho to n hệ thống Ưu điểm UPS so với PIN Acquy l gọn g ng, dễ sử dụng, dễ bảo quản, bền Nhóm nghiên cứu tiến h nh tính to n thực nghiệm v đạt 5h chạy liên tục với UPS sử dụng, đ p ứng yêu cầu trường bắn Việc đạt mức n y l công 49 suất hệ thống tiêu thụ chủ yếu nằm c c động Tuy nhiên, qu trình vận h nh, động hoạt động cần bia/camera ẩn không hoạt động liên tục nên trì hoạt động hệ thống 5h với lượt bắn Loại UPS sử dụng đề t i minh họa hình Hình 3.45 Bộ lưu điện UPS CHƢƠNG 4: ẾT QUẢ ĐỀ TÀI 4.1 TỔNG KẾT VỀ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI Về phần cứng Nhóm thực đề t i đưa mơ hình phần cứng phù hợp với yêu cầu thực tiễn Sư đo n BB5 từ c c phương n xây dựng phần cứng đưa nghiên cứu Sau xây dựng khung từ c c phương n thiết kế, nhóm tiến h nh lắp đặt thực nghiệm trường v sau l Sư đo n BB5 để đưa c c đ nh gi hệ thống, từ đưa c c phương n bổ sung, hiệu chỉnh, thay đổi Về phần mềm Nhóm thực đề t i thiết kế xây dựng phần mềm đ p ứng tất c c yêu cầu đặt từ Sư đo n BB5 Phần mềm thiết kế có giao diện đ p ứng với c c yêu cầu thực tế trường bắn Sư đo n BB5 Thuật to n xử lý ảnh xây dựng dựa sơ đồ nghiên cứu ban đầu chỉnh sửa, bổ sung thuật to n, hiệu chỉnh thông số để phù hợp với môi trường thật, đ p ứng yêu cầu c c b i bắn Sư đo n BB5 4.2 ĐÁNH GIÁ CÁC ẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC VÀ ẾT LUẬN Các kết đạt đƣợc Sau ho n th nh phần thiết kế khí bia bắn v phần mềm, nhóm nghiên cứu tiến h nh lắp đặt thực nghiệm Sư đo n BB5 Một số hình ảnh lắp đặt thực nghiệm Sư đo n hình 4.1 Sau lắp đặt thực nghiệm, nhóm nghiên cứu ph t số vấn đề liên quan đến phần cứng v phần mềm cần cải thiện, bao gồm: + Khung bia dễ bị đạn bắn gãy cần thiết kế lại khung bia + Trục cấu chuyển bia camera chưa cố định kỹ 50 + Phần mềm chưa x c vết đạn trùng C c vấn đề liệt kê l m cho độ x c hệ thống lắp đặt thực nghiệm đạt 7% (tính to n x c vết đạn thật) Sau tiếp nhận c c vấn đề thực tế, nhóm nghiên cứu tiến h nh hiệu chỉnh lại kết cấu phần cứng, khung bia (chi tiết phần 3.3), v hiệu chỉnh lại thuật to n phần mềm để tính x c vết đạn điều kiện vết đạn trùng Kết hiệu chỉnh thuật to n trường hợp vết đạn trùng minh họa hình v 4.3 Hình 4.1 Một số hình ảnh lắp đặt thực nghiệm Sư đo n BB5 51 Hình 4.2 Hai vết bắn trùng v có sai lệch 35% Hình 4.3 Kết nhận dạng vùng trùng lần bắn Sau hiệu chỉnh từ kết thực nghiệm, nhóm nghiên cứu tiến h nh lắp đặt b n giao to n hệ thống cho Sư đo n BB5 Chi tiết nội dung b n giao biên b n giao đính kèm v thể bảng Hình 4.4 minh họa số hình ảnh buổi b n giao Trong buổi thực nghiệm hệ thống lúc b n giao, hệ thống đạt độ x c % điều kiện tối ưu Tuy nhiên, với số điều kiện kh ch quan bia bắn nhiều bị r ch, viên đạn t c động mạnh v o khung bia bắn việc tính điểm cịn hạn chế 52 Hình 4.4 Một số hình ảnh lắp đặt b n giao Sư đo n BB5 Bảng 1: Nội dung b n giao (kèm biên b n giao) TT TÊN SÁNG IẾN CẢI TIẾN KỸ THUẬT ĐVT S lƣợng Phần cứng hệ th ng t nh điểm bi bắn t đ ng b 01 + Khung gầm hệ thống 03 + Động AC c i 06 + Bộ điều khiển hệ thống 03 + Camera IP c i 03 + Bộ lưu điện UPS c i 01 Phần mềm hệ th ng t nh điểm bi bắn t đ ng B 01 c i 01 c i 01 01 02 + File c i đặt phần mềm, chứa USB + Mã nguồn phần mềm, chứa USB TÌNH TRẠNG CHẤT LƢỢNG Đầ đủ b phận chi tiết đảm bảo hoạt đ ng t t Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ giao diện, thuật to n, đảm bảo hoạt động x c, dễ d ng c i đặt File dạng EXE, dễ d ng c i đặt v sử dụng Mã nguồn mở, dễ d ng chỉnh sửa 53 Kết luận C c kết đạt đề t i đ p ứng c c yêu cầu thực tiễn Sư đo n BB5 v dễ d ng ứng dụng rộng rãi 4.3 TÓM TẮT KẾT QUẢ Phần cứng Gồm khung ứng với bia , 7, Trên khung chứa c c module phần cứng gồm: module camera, module bia bắn, module điều khiển, module động cơ, module giao tiếp Kết phần cứng hoạt động tốt điều kiện Phần mềm Giao diện phần mềm gồm c c khối điều khiển, hiển thị, thuật to n xử lý ảnh Kết vận h nh phần mềm đạt độ x c % điều kiện tối ưu 54 TÀI LIỆU THAM HẢO [1] Canny A Computational Approach to Edge Detection, IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 8(6), pp 679-698 (1986) [2] Matas, J and Galambos, C and Kittler, J.V., Robust Detection of Lines Using the Progressive Probabilistic Hough Transform CVIU 78 1, pp 119-137 (2000) [3] Rafael Grompone von Gioi, Jérémie Jakubowicz, Jean-Michel Morel, and Gregory Randall, LSD: a Line Segment Detector, Image Processing On Line, vol 2012 [4] Yuen, H K and Princen, J and Illingworth, J and Kittler, J., Comparative study of Hough transform methods for circle finding Image Vision Comput 1, pp 71–77 (1990) [5] Suzuki, S and Abe, K., Topological Structural Analysis of Digitized Binary Images by Border Following CVGIP 30 1, pp 32-46 (1985) [6] Teh, C.H and Chin, R.T., On the Detection of Dominant Points on Digital Curve PAMI 11 8, pp 859-872 (1989) [7] https://www.python.org/ [8] https://opencv.org/ PHỤ LỤC 1: CÁC THÔNG SỐ BẢN VẼ Ỹ THUẬT CỦA HỆ THỐNG/ BẢN VẼ CHI TIẾT HUNG BIA BẮN: BẢN VẼ BỘ ĐIỀU HIỂN: 55 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY ĐỘNG CƠ PHỤ LỤC 2: CÁC CHỈ TIÊU Ỹ THUẬT CỦA HỆ THỐNG (Đã Sư đo n BB5 duyệt lắp đặt nghiệm thu Sư đo n ) TT TÊN SÁNG IẾN CẢI TIẾN KỸ THUẬT ĐVT S lƣợng TÌNH TRẠNG CHẤT LƢỢNG 56 TT TÊN SÁNG IẾN CẢI TIẾN KỸ THUẬT ĐVT S lƣợng Phần cứng hệ th ng t nh điểm bi bắn t đ ng b 01 + Khung gầm hệ thống 03 + Động AC c i 06 + Bộ điều khiển hệ thống 03 + Camera IP c i 03 + Bộ lưu điện UPS c i 01 Phần mềm hệ th ng t nh điểm bi bắn t đ ng B 01 c i 01 c i 01 01 02 + File c i đặt phần mềm, chứa USB + Mã nguồn phần mềm, chứa USB TÌNH TRẠNG CHẤT LƢỢNG Đầ đủ b phận chi tiết đảm bảo hoạt đ ng t t Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ phận, chi tiết, đảm bảo hoạt động tốt Đầy đủ giao diện, thuật to n, đảm bảo hoạt động x c, dễ d ng c i đặt File dạng EXE, dễ d ng c i đặt v sử dụng Mã nguồn mở, dễ d ng chỉnh sửa 57 ... trường: bia số 4, bia số v bia số MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1 MỤC TIÊU TỔNG QUÁT Đề t i xây dựng hệ thống tính điểm bia bắn tự động Hệ thống xử lý v tính điểm c ch tự động v sau lần bắn Hệ thống hoạt động. .. sử dụng tính điểm bia bắn Sư đo n BB5 Hệ thống tính điểm sử dụng Sư đo n BB5 có ưu điểm l giảm việc gi m s t di chuyển đến bia bắn để tính điểm Tuy nhiên, hệ thống n y cần tính điểm c ch thủ... với c c hệ thống hữu giới Xây dựng phần mềm m y tính quan s t trực tiếp bia bắn, đọc điểm bắn, lưu trữ kết theo ng y th ng n m n m, truy cập điểm bắn cũ Hệ thống m y tính tính to n tự động nên