Đồ án Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry
Hiện nay, nền Công nghiệp đang hướng tới Công nghiệp 4.0, là sự kết hợp các Công nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới giữa vật lý, kỹ thuật số và sinh học. Từ đó, các thiết bị điện tử thông minh đang ngày càng xuất hiện phổ biến. Trong đó phải kể đến một vài ứng dụng của xử lý ảnh, như các ứng dụng của nó trong y tế trong việc phát hiện các mầm mống bệnh từ những chiếc máy xử lý hình ảnh hiện đại để phát hiện bệnh một cách rõ ràng. Ngoài ra, được áp dụng hiệu quả trong sản xuất như phân loại hay kiểm tra sản phẩm. Chúng ta đã biết, ngày nay phần lớn các thiết bị điện tử đều phát triển theo xu hướng tự động hóa, thông minh, càng hiểu ý con người, chúng giao tiếp được với con người và hoạt động theo ý muốn con người, để làm được điều đó thì các thiết bị cảm biến, thuật toán hỗ trợ ra đời. Đề tài xử lý ảnh là một trong số đó, từ đó thì bài toán “phân loại sản phẩm theo hình dạng” ra đời. Đề tài được áp dụng trong việc phân loại sản phẩm theo hình dạng, ở đây hình dạng có các hình cơ bản như hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, sử dụng hình dạng của bánh quy để nhận dạng. Những tài liệu thao khảo: Đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng xử lý ảnh trong phân loại chất lượng gạo”[6], họ sử dụng Matlab để nhận biết hình dạng hạt gạo, nhận biết hạt gạo lỗi, Nhóm đã thao khảo và phát triển thành nhận dạng hình dạng sản phẩm, có thêm nhận biết sản phẩm lỗi, cùng với đếm sản phẩm theo hình dạng trên ngôn ngữ Python với thư viện là OpenCV, mô hình thực hiên trên Kit Raspberry.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG
KIT RASPBERRY
GVHD: ThS. Nguyễn Duy Thảo
SVTH: Hà Duy Khánh
MSSV: 14141151
Tp. Hồ Chí Minh -07/2018
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG
KIT RASPBERRY
GVHD: ThS. Nguyễn Duy Thảo
SVTH: Hà Duy Khánh
MSSV: 14141151
Tp. Hồ Chí Minh -07/2018
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Hà Duy Khánh MSSV: 14141151
Chuyên ngành: Điện tử Công nghiệp Mã ngành: 01
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3A
I. TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM DÙNG KIT RASPBERRY
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Một kit Raspberry Pi, Một Camera Pi, một chuột và một bàn phím. Bánh quy gồm
bốn hình dạng khác nhau: Hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác.
2. Nội dung thực hiện:
Tổng quan về xử lý ảnh;Tìm hiểu phương pháp nhận dạng và phân loại sản phẩm;
Tìm hiểu kit Raspberry Pi và các Module liên quan; Viết chương trình trên kit Raspberry
Pi; Mô hình phân loại sản phẩm dùng kit Raspberry.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/04/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Duy Thảo
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Hà Duy Khánh
Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141151
Tên đề tài: Phân loại sản phẩm dùng Kit Raspberry
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
16/4-20/4 Chọn đề tài
21/4-25/4 Viết đề cương chi tiết
26/4-05/5 Tìm hiểu phương pháp nhận dạng hình cơ bản
06/5-17/5 Tìm hiểu đếm sản phẩm theo hình dạng
18/5-21/5 Nhận dạng sản phẩm bị dính nhau
22/5-04/6 Tìm hiểu thuật toán nhận dạng sản phẩm lỗi
05/6-06/6 Thực hiện trên kit Raspberry ở chế độ offline
07/6-08/6 Chạy chế độ online trên Raspberry
09/6-12/6 Viết giao diện điều khiển trên raspberry
13/6-20/6 Hoàn thành mô hình
21/6-29/6 Viết báo cáo
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
Ths. Nguyễn Duy Thảo
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài “Phân loại sản phẩm dụng kit Raspberry” là nhóm tôi tự thực hiện dựa vào
tham khảo một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào khác.
Người thực hiện đề tài
Hà Duy Khánh
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên nhóm thực hiện đề tài xin được cám ơn chân thành tới Thầy Nguyễn
Duy Thảo, Thầy đã tận tình hướng dẫn nhóm từ những vấn đề nhỏ nhặt nhất cho tới việc
hoàn thành tốt đề tài.
Nhóm xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Những kiến thức bổ ích mà các Thầy
Cô dạy, nó được áp dụng vào đề tài Đồ Án Tốt Nghiệp rất nhiều, từ những kiến thức nhỏ
nhăt cho tới những bài học lớn. Một lần nữa nhóm xin được gửi lời cám ơn đến tất cả
Thầy Cô, nếu không có Thầy Cô thì chắc giờ này nhóm sẽ khó có thể hoàn thành đề tài
này.
Tiếp theo nhóm cũng xin cám ơn tới các Anh, Chị khóa trên cùng các bạn sinh
viên đã tạo điều kiện giúp đỡ, từ những tài liệu liên quan tới đề tài cho tới những kinh
nghiệm sống thực tế. Nhờ họ mà nhóm mới cỏ thể phát triển được.
Nhóm em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT3A đã chia sẻ trao
đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài, và
cũng là lớp học có nhiều kí ức nhất thời sinh viên của chúng em.
Cuối cùng là gửi lời cảm ơn đến Cha, Mẹ nếu không có hai đấng sinh thành thì
ngày hôm nay cũng không có ai hiện diện ở đây để thực hiện những việc mình muốn, họ
đã tạo mọi điều kiện để giúp con của mình hướng tới một tương lai tốt đẹp.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Hà Duy Khánh
MỤC LỤC
TRANG BÌA ..................................................................................................................... i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ........................................................................................................ ii
LỊCH TRÌNH ..................................................................................................................iii
CAM ĐOAN ................................................................................................................... iv
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................. v
MỤC LỤC ....................................................................................................................... vi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ ........................................................................................................ ix
LIỆT KÊ BẢNG ............................................................................................................ xii
TÓM TẮT .....................................................................................................................xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ......................................................................................................... 2
1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2
1.4 GIỚI HẠN .......................................................................................................... 2
1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................. 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 4
2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH ....................................................................... 4
2.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh. ........................................................................................... 4
2.1.2 Những vấn đề trong xử lý ảnh .......................................................................... 5
2.1.3 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh .................................................................... 12
2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO HÌNH DẠNG ............... 15
2.2.1 Các hình dạng cơ bản của sản phẩm ................................................................ 15
2.2.2 Phương pháp nhận dạng hình dạng ................................................................ 16
2.2.3 Phương pháp tìm đặc điểm hình dạng để phân loại sản phẩm ....................... 19
2.2.4 Phương pháp kiểm tra sản phẩm lỗi ............................................................... 22
2.2.5 Các bước thực hiện phân loại sản pẩm theo hình dạng[2] .............................. 24
2.3 NGÔN NGỮ PYTHON VÀ THƯ VIỆN OPENCV ........................................ 28
2.3.1 Ngôn ngữ Python ............................................................................................ 28
2.3.2 Thư viện OpenCV ........................................................................................... 29
2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................ 30
2.4.1 Raspberry Pi 3 Model B .................................................................................. 30
2.4.2 Camera Raspberry Pi ....................................................................................... 32
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................. 35
3.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 35
3.2 HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ............................................................................. 36
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống........................................................................... 36
3.2.2 Sơ đồ kết nối hệ thống .................................................................................... 37
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................... 44
4.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 44
4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................ 45
4.2.1 Tiền xử lý ảnh ................................................................................................. 48
4.2.2 Tách biên và lấp đầy ....................................................................................... 49
4.2.3 Phân loại sản phẩm và nhận dạng sản phẩm lỗi ............................................. 50
4.3 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ............................................................................... 55
4.4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ......................................................... 59
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .................................................... 63
5.1 KẾT QUẢ ......................................................................................................... 63
5.1.1 Kết quả nhận dạng và phân loại sản phẩm ..................................................... 63
5.1.2 Kết quả nhận dạng sản phẩm lỗi ..................................................................... 70
5.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH HỆ THỐNG .................................. 76
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN .............................................................. 77
6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 77
6.1.1 Kết quả đạt được ............................................................................................. 77
6.1.2 Những mặt hạn chế ......................................................................................... 77
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 78
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 79
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2.1: Lân cận 4 và lân cận 8 ..................................................................................... 6
Hình 2.2: Hình tách biên ................................................................................................. 8
Hình 2.3: Phép giãn ....................................................................................................... 11
Hình 2.4: Phép co .......................................................................................................... 11
Hình 2.5: Sơ đồ xử lý ảnh ............................................................................................. 12
Hình 2.6: Đặc điểm hình chữ nhật ................................................................................ 16
Hình 2.7: Đặc điểm hình vuông .................................................................................... 17
Hình 2.8: Đặc điểm hình tròn ........................................................................................ 17
Hình 2.9: Đặc điểm hình tam giác ................................................................................ 18
Hình 2.10: Đỉnh của hình .............................................................................................. 19
Hình 2.11: Đoạn Ramer-Douglas-Peucker ................................................................... 20
Hình 2.12: Đường xấp xỉ ............................................................................................... 20
Hình 2.13: Độ dài cạnh ................................................................................................. 21
Hình 2.14: Bán kính bằng nhau .................................................................................... 21
Hình 2.15: Tạo đường bao ............................................................................................ 22
Hình 2.16: Sơ đồ các bước thực hiện phân loại sản phẩm ............................................ 24
Hình 2.17: Bộ lọc Gaussian. ......................................................................................... 25
Hình 2.18: Xác định biên .............................................................................................. 26
Hình 2.19: Nhận dạng đường biên ................................................................................ 26
Hình 2.20: Raspberry Pi 3 Model B .............................................................................. 30
Hình 2.21: Sơ đồ Raspberry Pi 3 Model B ................................................................... 31
Hình 2.22: Camera Pi .................................................................................................... 33
Hình 2.23: Sơ đồ khốiCamera Raspberry Pi ................................................................. 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối. .................................................................................................... 36
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối hệ thống .................................................................................. 37
Hình 3.3: Kết nối thực tế của hệ thống ......................................................................... 38
Hình 3.4: Sơ đồ các cổng ngoại vi sử dụng. ................................................................. 39
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối thẻ nhớ và raspberry ............................................................... 40
Hình 3.6: Gắn thẻ nhớ vào khe ..................................................................................... 40
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối khối thu tín hiệu hình ảnh ....................................................... 42
Hình 3.8: Kết nối Camera thực tế ................................................................................. 42
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối màn hình với Raspberry.......................................................... 43
Hình 3.10: Kết nối cổng HDMI .................................................................................... 43
Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật chính ................................................................................. 45
Hình 4.2: Lưu đồ chế độ online .................................................................................... 46
Hình 4.3: Lưu đồ chế độ offline .................................................................................... 47
Hình 4.4: Lưu đồ tiền xử lý ảnh .................................................................................... 49
Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật tách biên và lấp đầy .......................................................... 50
Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật phân loại và nhân biết sản phẩm lỗi ................................. 51
Hình 4.7: Lưu đồ con phân loại sản phẩm và nhận biết sản phẩm lỗi .......................... 53
Hình 4.8: Ảnh màu gốc ................................................................................................. 55
Hình 4.9: Ảnh xám ........................................................................................................ 55
Hình 4.10: Ảnh đã được lọc nhiễu ................................................................................ 56
Hình 4.11: Tách biên ..................................................................................................... 56
Hình 4.12: Lấp đầy đường biên kín .............................................................................. 57
Hình 4.13: Gán nhãn ..................................................................................................... 57
Hình 4.14: Ảnh sau phân loại ........................................................................................ 58
Hình 4.15: Truy cập thư mục ........................................................................................ 59
Hình 4.16: Thực thi chương trình ................................................................................. 60
Hình 4.17: Giao diện điều khiển ................................................................................... 60
Hình 4.18: Chọn đường dẫn .......................................................................................... 61
Hình 4.19: Kết quả của chế độ đếm sản phẩm .............................................................. 61
Hình 4.20: Ảnh chạy với chế độ online ........................................................................ 62
Hình 4.21: Kiểm tra sản phẩm lỗi. ................................................................................ 62
Hình 5.1: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật, một vuông và một tam giác ...................... 64
Hình 5.2: Sản phẩm một tròn, hai chữ nhật, một vuông và hai tam giác ...................... 64
Hình 5.3: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật và hai vuông .............................................. 65
Hình 5.4: Sản phẩm hai tròn, một chữ nhật, một vuông và hai tam giác ...................... 65
Hình 5.5: Sản phẩm ba tròn, một chữ nhật, một vuông và một tam giác ..................... 66
Hình 5.6: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ......................... 66
Hình 5.7: Sản phẩm hai tròn, hai chữ nhật, một vuông và một tam giác ...................... 67
Hình 5.8: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ......................... 67
Hình 5.9: Sản phẩm hai tròn, ba chữ nhật và một tam giác .......................................... 68
Hình 5.10: Sản phẩm hai tròn đổi, hai chữ nhật và hai vuông đổi vị trí ....................... 68
Hình 5.11: Hai sản phẩm lỗi ......................................................................................... 70
Hình 5.12: Hai sản phẩm lỗi, đổi vị trí sản phẩm ......................................................... 71
Hình 5.13: Bốn sản phẩm lỗi ........................................................................................ 71
Hình 5.14: Bốn sản phẩm lỗi, đổi vị trí ......................................................................... 72
Hình 5.15: Sáu sản phẩm lỗi ......................................................................................... 72
Hình 5.16: Không có sản phẩm lỗi ............................................................................... 73
Hình 5.17: Hai sản phẩm lỗi ......................................................................................... 73
Hình 5.18: Hai sản phẩm lỗi đổi vị trí ........................................................................... 74
Hình 5.19: Hai sản phẩm lỗi đổi vị trí tiếp theo ............................................................ 74
Hình 5.20: Bốn sản phẩm lỗi ........................................................................................ 75
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 2.1: Đặc điểm hình dạng sản phẩm ....................................................................... 18
Bảng 3.1: Thống kê dòng tiêu thụ .................................................................................. 41
Bảng 5.1: Độ
