Mục tiêu của nghiên cứu đề tài là sẽ hạn chế đến mức thấp nhất những thiếu sót chủ quan do con người gây ra trong quá trình sản xuất đồng thời sẽ nâng cao năng suất lao động, tiết kiệm thời gian, cài thiện chất lượng sản phẩm và đặc biệt là nâng cao tính an toàn lao động cho người sản xuất do có thể điều khiển hệ thống từ xa thông qua trung tâm điều khiển. Ứng dụng xử lý ảnh vào trong sản xuất để giám sát và điều khiển băng chuyền sản xuất. Ứng dụng giao tiếp không dây (bluetooth) để truyền nhận dữ liệu giữa máy tính và kit điều khiển.
ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH Mục tiêu đề tài: Mục tiêu nghiên cứu đề tài hạn chế đến mức thấp thiếu sót chủ quan người gây trình sản xuất đồng thời nâng cao suất lao động, tiết kiệm thời gian, cài thiện chất lượng sản phẩm đặc biệt nâng cao tính an tồn lao động cho người sản xuất điều khiển hệ thống từ xa thơng qua trung tâm điều khiển Tính sáng tạo: - Ứng dụng xử lý ảnh vào sản xuất để giám sát điều khiển băng chuyền sản xuất - Ứng dụng giao tiếp không dây (bluetooth) để truyền nhận liệu máy tính kit điều khiển Kết nghiên cứu: Đã xây dựng thành công mơ hình thực tế chương trình điều khiển Matlab 2015 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Đề tài góp phần tạo bước đột phá công nghiệp giúp tăng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm từ giảm chi phí rút ngắn thời gian sản xuất Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh gái sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Trang MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài: Ngày nay, với phát triển ngành công nghệ thông tin, kỹ thuật điện tử ngành tự động hóa đạt nhiều tiến Mà đặc biệt việc đưa tự động hóa vào lĩnh vực sản xuất điều cần thiết Để đáp ứng nhu cầu ngày đa dạng người sản xuất lượng sản phẩm sản xuất phong phú Vấn đề đặt phải trang bị cho dây chuyền sản xuất nhà máy xí nghiệp hệ thống tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm phân loại chúng theo yêu cầu doanh nghiệp sản xuất Nó đóng vai trị quan trọng việc giúp tăng suất lao động, tăng độ xác góp phần tăng hiệu sản xuất Đó hệ thống xử lý ảnh Matlab kết hợp với dây chuyền tự động điều khiển kit Arduino Uno khâu điều khiển giám sát để kiểm tra chất lượng phân loại sản phẩm Lý chọn đề tài: Trong lĩnh vực sản xuất, việc kiểm tra ngoại quan sản phẩm vô cần thiết Công việc giúp cho sản phẩm trước tung thị trường có chất lượng đồng đều, loại bỏ sản phẩm không đạt tiêu chuẩn (bị hư hỏng) trình sản xuất phân loại sản phẩm theo nhóm khác Vì tầm quan trọng kiểm tra ngoại quan điều thiết chủ yếu người đảm nhiệm Tuy nhiên, để trình sản xuất đạt suất cao tránh sai sót chủ quan (sai sót mệt mỏi, phân loại mang tính chất tương đối,… ), việc tự động hóa khâu kiểm tra ngoại quan người thực vô cần thiết Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu tiến hành nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để thay cho khâu kiểm tra ngoại quan người thực Mục tiêu đề tài: Nhằm mang đến nhìn ứng dụng xử lý ảnh vào điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất Trang Phương pháp nghiên cứu: Chọn phần mềm Matlab làm công cụ hỗ trợ cho nghiên cứu đề tài phần mềm cho kỹ thuật phổ biến hỗ trợ hiệu cho sinh viên, đọc liệu từ webcam chuyển thành ma trận ảnh số máy tính, thực phương pháp so sánh với ảnh mẫu xuất lệnh điều khiển kit Arduino Uno để điều khiển băng chuyền tiến hành phân loại sản phẩm Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống băng chuyền, công nghệ vi điều khiển phần mềm Matlab Phạm vi nghiên cứu: Nội dung đề tài giới hạn phạm vi sau: ➢ Phần băng chuyền: khảo sát hoạt động băng tải việc vận chuyển sản phẩm ➢ Phần Matlab: tìm hiểu lệnh, hàm, cửa sổ làm việc, thư viện xử lý ảnh Matlab, thuật toán kỹ thuật lập trình ➢ Phần kit Arduino Uno: tìm hiểu phần cứng kit phần mềm lập trình cho Arduino Uno, giao tiếp Arduino Matlab Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới hạn đề tài: Trong đề tài nhóm nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý ảnh để điều khiển giám sát băng chuyền sản xuất đồ hộp 1.2 Giới thiệu chung giám sát điều khiển băng chuyền sản xuất đồ hộp: Với tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt lĩnh vực sản xuất băng chuyền sản xuất khơng cịn xa lạ với người Để nâng cao nâng suất hiệu công việc nhiều doanh nghiệp áp dụng băng chuyền vào sản xuất đồng thời ngày đặt nhiều yêu cầu băng truyền mặt điều khiển giám sát băng chuyền lúc hoạt động để đảm bảo an toàn lao động đồng thời nâng cao nâng suất lao động Mà ngày với nhịp sống tấp nập xã hội đồ hộp ngày trở nên phổ biến tính tiện lợi nhanh chóng Vì để đáp ứng nhu cầu thiết phải có dây chuyền dành riêng cho sản xuất đồ hộp mà mắc xích dây chuyền băng chuyền sản xuất Vì mà băng chuyền sản xuất đồ hộp ngày trở nên phổ biến đa dạng nhiều 1.3 Yêu cầu hệ thống giám sát điều khiển băng chuyền sản xuất đồ hộp Với việc đưa hệ thống băng chuyền vào sản xuất hệ thống cần phải đảm bảo yêu cầu sau: - Phải đảm bảo độ an tồn, xác tin cậy q trình sản xuất - Dễ dàng thay sửa chữa bị hư hỏng - Đảm bảo tính thẩm mỹ cơng nghiệp để khơng q cồng kềnh gây khó khăn trình vận chuyển để láp ráp không gian làm việc 1.4 Kết luận - Nắm bắt giới hạn đề tài - Tìm hiểu phổ biến băng chuyền sản xuất - Biết yêu cầu hệ thống giám sát điều khiển băng chuyền Trang CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH 2.1 Giới thiệu xử lý ảnh Trong nghành khoa học máy tính, xử lý ảnh dạng xử lý tín hiệu cho đầu vào ảnh frame phim ảnh Đầu hình ảnh, tập hợp ký tự tham số liên quan tới hình ảnh Thường kỹ thuật xử lý ảnh có liên quan tới xử lý tín hiệu hai chiều áp dụng chuẩn riêng kỹ thuật xử lý ảnh cho 2.1.1 Nguồn gốc xử lý ảnh: Các phương pháp xử lý ảnh ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh phân tích ảnh Ứng dụng biết đến nâng cao chất lượng ảnh nghành cơng nghiệp báo chí, ảnh truyền qua dây cáp ngầm hai thành phố Luân đôn New York Từ năm 1920, hệ thống Bartlane giới thiệu, hệ thống truyền ảnh số qua dây cáp giúp giảm thiểu thời gian truyền hình ảnh, cụ thể thường để truyền hình ảnh qua biển Alantic tới tuần qua hệ thống đồng hồ Đây hệ thống chuyên dụng trang bị để mã hóa ảnh thành dạng tín hiệu sau truyền qua hệ thống dây cáp, đầu nhận tín hiệu có hệ thống chuyên dụng để giải mã khôi phục lại chúng Vấn đề nảy sinh chất lượng ảnh số có liên quan tới phương thức in phân bố mức sáng, độ phân giải ảnh vào khoảng năm 1955 việc nâng cao chất lượng ảnh phát triển để giải vấn đề Các kỹ thuật xử lý ảnh không ngừng cải thiện năm Nhưng điều quan trọng nghành công nghệ máy vi tính khơng ngừng phát triển, đáp ứng tốt nhu cầu công nghệ, giá thành ngày giảm, theo tốc độ xử lý cải thiện lên nhiều Cùng với đỏi hỏi khoa học nghiên cứu không gian tạo động lực thúc đẩy cho kỹ thuật xử lý ảnh phát triển Cụ thể, vào năm 1964, Những ảnh chụp bề mặt mặt trăng truyền trái đất từ vệ tinh Ranger 7, ảnh máy tính xử lý nâng cao chất lượng làm đường biên, lưu trữ ảnh Trang Từ năm 1964 đến nay, ứng dụng xử lý ảnh ngày mở rộng ứng dụng thăm dò nghiên cứu vũ trụ, kỹ thuật xử lý ảnh xử dụng nhiều mục đích khác Hầu hết tốn đặt phân tích nâng cao chất lượng ảnh.Ta kể đến vài ứng dụng như: Thăm dị địa chất, sinh học, y học, hóa học, vật lý… Hình 2.1 Bức ảnh mặt trăng quan vũ trụ mỹ NASA Vào lúc 9:09 phút sáng ngày 31/6/1964 2.1.2 Xử lý ảnh gì? Con người thu nhận thơng tin qua giác quan, thị giác đóng vai trị quan trọng Những năm trở lại với phát triển phần cứng máy tính, xử lý ảnh đồ hoạ phát triển cách mạnh mẽ có nhiều ứng dụng sống Xử lý ảnh đồ hoạ đóng vai trị quan trọng tương tác người máy Quá trình xử lý ảnh xem trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho kết mong muốn Kết đầu q trình xử lý ảnh ảnh “tốt hơn” kết luận Ảnh “tốt hơn” Ảnh XỬ LÝ ẢNH Kết luận Hình 2.2 Quá trình xử lý ảnh Trang 2.1.3 Điểm ảnh Nguồn gốc ảnh tự nhiên ta thu ảnh liên tục không gian độ sáng Để tiến hành xử lý máy tính ảnh cần phải số hóa ( Số hoá ảnh biến đổi gần ảnh liên tục thành tập điểm phù hợp với ảnh thật vị trí (khơng gian) độ sáng ) Khoảng cách điểm ảnh thiết lập cho mắt người không phân biệt ranh giới chúng Mỗi điểm gọi điểm ảnh hay gọi tắt Pixel Vậy Điểm ảnh (Pixel) phần tử ảnh số với độ xám màu định Kích thước khoảng cách điểm ảnh chọn thích hợp cho mắt người cảm nhận liên tục không gian mức xám (hoặc màu) ảnh số gần ảnh thật Mỗi phần tử ma trận gọi phần tử ảnh 2.1.4 Mức xám ảnh Mức xám điểm ảnh cường độ sáng gán giá trị số điểm 2.1.5 Định nghĩa ảnh số Ảnh số tập hợp điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật 2.1.6 Đặc điểm biên đường biên Đặc trưng cho đường biên đối tượng hữu ích việc trích trọn thuộc tính bất biến dùng nhận dạng đối tượng Các đặc điểm trích chọn nhờ tốn tử gradient, tốn tử la bàn, tốn tử Laplace, tốn tử “chéo khơng” (zero crossing) v.v… Việc trích chọn hiệu đặc điểm giúp cho việc nhận dạng đối tượng ảnh xác, với tốc độ tính tốn cao dung lượng nhớ lưu trữ giảm xuống Trang 2.2 Các bước xử lý ảnh Quá trình xử lý ảnh tóm tắc sơ đồ sau : Hình 2.3: Các bước xử lý ảnh 2.2.1 Thu nhận ảnh (Image Acquisition) Ảnh nhận qua camera màu đen trắng Thường ảnh nhận qua camera ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, ảnh 25 dịng), có loại camera số hố (như loại CCD – Change Coupled Device) loại photodiot tạo cường độ sáng điểm ảnh Camera thường dùng loại qt dịng ; ảnh tạo có dạng hai chiều Chất lượng ảnh thu nhận phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh) 2.2.2 Tiền xử lý (Image Processing) Sau thu nhận, ảnh nhiễu độ tương phản thấp nên cần đưa vào tiền xử lý để nâng cao chất lượng Chức tiền xử lý lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét 2.2.3 Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh Phân vùng ảnh trình tách ảnh đầu vào thành vùng thành phần để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh 2.2.4 Biểu diễn ảnh (Image Representation) Đầu ảnh sau phân đoạn chứa điểm ảnh vùng ảnh (ảnh phân đoạn) cộng với mã liên kết với vùng lận cận Việc biến đổi số liệu thành dạng thích hợp cần thiết cho xử lý máy tính Việc chọn tính chất để thể ảnh gọi trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách đặc tính ảnh dạng thông tin định lượng làm sở để phân biệt lớp đối tượng với đối tượng khác phạm vi ảnh nhận 2.2.5 Nhận dạng nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation) Trang Nhận dạng ảnh trình xác định ảnh Quá trình thường thu cách so sánh với mẫu chuẩn học (hoặc lưu) từ trước Nội suy phán đoán theo ý nghĩa sở nhận dạng Theo lý thuyết nhận dạng, mơ hình tốn học ảnh phân theo hai loại nhận dạng ảnh bản: + Nhận dạng theo tham số + Nhận dạng theo cấu trúc 2.3 Ứng dụng Matlab xử lý ảnh 2.3.1 Biến đổi Furier Phép biến đổi Fourier biểu diễn ảnh dạng tổng lũy thừa phức thành phần biên độ, tần số, pha khác ảnh Nếu f(m,n) hàm hai biến không gian rời rạc m n, biến đổi Fourier hai chiều f(m,n) định nghĩa Nếu f(m,n) biểu diễn độ sáng ảnh X vị trí pixel (m,n) F(w1,w2) biến đổi Fourier ảnh X Do liệu máy tính lưu trữ dạng rời rạc, cụ thể liệu ảnh tổ chức theo đơn vị pixel nên phép biến đổi Fourier rời rạc hóa thành biến đổi Fourier rời rạc (DFT) Giả xử hàm f(m,n) khác miền (0