CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.2 Thiết kế hệ thống
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.
Với mục tiêu xây dựng chương trình đếm đối tượng từ ảnh đầu vào, tiến hành thiết kế hệ thống đếm đối tượng bao gồm các quá trình: Lấy ảnh đầu vào, xử lý ảnh đầu vào và dùng thuật toán để đếm đối đối tượng từ ảnh đầu vào đã qua xử lý.
Với mục tiêu là đếm đối tượng từ ảnh đầu vào, ta tiến hành thiết kế hệ thống đếm đối tượng trong ảnh bao gồm các bước cụ thể như:
Hình 3.1. Sơ đồ quá trình đếm đối tượng.
- Khối lấy ảnh đầu vào: Trong giai đoạn này hình ảnh đầu vào được lấy để xử lý hình ảnh. Hình ảnh được chụp bằng định dạng file camera. như PNG, JPEG, PEG … - Khối xử lý hình ảnh đầu vào: Xử lý hình ảnh là thao tác của một hình ảnh để kết quả sẽ phù hợp hơn so với hình ảnh gốc trước khi xử lý và do đó nó là một giai đoạn quan trọng của sự công nhận đối tượng. Đầu tiên trong giai đoạn chế biến trước là đối với các ảnh có dính những phông nền ta không muốn xử lý hoặc những đối tượng không cần thiết cần loại bỏ thì ta nên cắt ảnh để lấy phần mà ta mong muốn xử lý. Bước thứ hai ta chuyển ảnh từ ảnh màu sáng ảnh xám. Bước thứ ba ta tiến hành tìm ngưỡng phù hợp cho ảnh để chuyển một ảnh xám thành ảnh nhị phân. Ảnh nhị phân có cường độ điểm ảnh bằng 0 hoặc 1. Phông nền mang các điểm ảnh màu trắng có cường độ 0 và vị trí hàng đầu mang các điểm ảnh màu đen có 1 cường độ. Bước cuối cùng là loại bỏ khuyết điểm, tình trạng
Ảnh đầu vào (ảnh chụp sẵn)
Xử lý ảnh đầu vào
Đếm đối tượng trong ảnh
Xuất kết quả - ứng dụng Phân đoạn hình ảnh
thiếu trong hình ảnh và cung cấp thông tin về hình thức và cấu trúc của các hoạt động ảnh sử dụng các hình thái học như xói mòn, giản nỡ, đóng hoặc mở đối tượng…
- Khối phân đoạn hình ảnh: Phân đoạn hình ảnh là sự phân chia của một hình ảnh thành các vùng tương ứng với các đối tượng khác nhau. Nó thường được sử dụng để định vị các đối tượng và ranh giới trong hình ảnh.
- Khối đếm đối tượng trong ảnh: ảnh sau khi đã qua giai đoạn xử lý ảnh đầu vào sẽ đến bước đếm đối tượng có trong ảnh dựa vào thuật toán đánh nhãn.
- Khối xuất kết quả - ứng dụng: Hệ thống sẽ xuất kết quả đếm được trong ảnh đầu vào ra giao diện và đồng thời chạy ứng dụng trên kit Arduino.
3.2.2 Thiết kế các khối hệt thống.
Hệ thống được xây dựng toàn bộ trên nền Matlab nhúng dữ liệu xuống kit Arduino nên quá trình tính toán và thiết kế được thực hiện chủ yếu trên phần mềm.
a. Thiết kế khối lấy ảnh đầu vào.
Ở khối đầu vào nhóm sử dụng một bộ ảnh chụp từ camera. Các ảnh được chụp là ảnh màu có kích cỡ ảnh phù hợp và được chụp từ một khoảng cách phù hợp để thuận tiện cho quá trình xử lý ảnh đầu vào.
b. Thiết kế khối xử lý hình ảnh.
Xây dựng một chương trình để xử lý bằng các lệnh, hàm được thư viện Matlab hỗ trợ. Sau khi có ảnh đầu vào, ta chuyển đổi từ ảnh màu sang ảnh xám bằng cách sử dụng hàm rbg2gray(). Để phân biệt các đối tượng và nền trong ảnh xám thì ta chuyển ảnh xám sang ảnh nhị phân. Trước khi chuyển sang ảnh nhị phân ta nên tìm cường độ ngưỡng phù hơp cho ảnh bằng hàm graythresh() từ ngưỡng đó ta tạo ảnh nhị phân bằng cách sử dụng hàm im2bw(I,graythresh). Tiếp theo loại bỏ các khuyết điểm ảnh ta dùng các hoạt động hình thái ảnh cơ bản, sau đó sử dụng thuật toán đánh nhãn để thực hiện phép đếm đối tượng.
c. Thiết kế khối phân đoạn hình ảnh.
Phân đoạn ảnh là bước đầu tiên trong phân tích hình ảnh với mục đích: chia nhỏ một hình ảnh thành từng vùng có nghĩa để phục vụ cho việc phân tích sâu hơn. Để phân tích các đối tượng trong ảnh, chúng ta cần phải phân biệt được các đối tượng cần quan
phân đoạn ảnh.
Các bước phân vùng ảnh theo ngưỡng:
Làm trơn ảnh
Làm trơn Histogram
Chọn ngưỡng dựa vào biểu đồ d. Khối đếm đối tượng trong ảnh.
Khối này sẽ dựa vào thuật toán đánh nhãn để đếm các đối tượng có trong ảnh từ ảnh đầuvào đã được xử lý.
e. Khối xuất kết quả và ứng dụng.
Khối này sẽ đọc và xuất kết quả đếm được từ Matlab và nhúng lệnh điều khiển ứng dụng trên kit Arduino.
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý khối ứng dụng.