Đồ án Điều khiển thiết bị bằng cử chỉ tay thông qua xử lý ảnh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển thiết bị bằng cử chỉ tay thông qua xử lý ảnh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG CỬ CHỈ TAY THÔNG QUA XỬ LÝ ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: NGUYỄN HỮU SÁNG MSSV: 12141191 SVTH: TỪ THỊ KIM CHI MSSV: 12141022 S K L 0 0 4 5 1 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG CỬ CHỈ TAY THÔNG QUA XỬ LÝ ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: NGUYỄN HỮU SÁNG 12141191 TỪ THỊ KIM CHI 12141022 Tp. Hồ Chí Minh – 7/2016
3. 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG CỬ CHỈ TAY THÔNG QUA XỬ LÝ ẢNH GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: NGUYỄN HỮU SÁNG 12141191 TỪ THỊ KIM CHI 12141022 Lớp: 12141, hệ chính quy Tp. Hồ Chí Minh - 7/2016
4. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Sáng MSSV: 12141191 Từ Thị Kim Chi MSSV: 12141022 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: D510302 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2012 Lớp: 12141DT I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG CỬ CHỈ TAY THÔNG QUA XỬ LÝ ẢNH II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Phạm Ngọc Hương Trà, Đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng kỹ thuật nhận dạng ảnh để điều khiển thiết bị”, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM, 2012. Trần Ngọc Thăng, Trần Thành Trung, Đồ án tốt nghiệp “HandGesture”, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TpHCM, 2013. Nguyễn Quang Hoa, Giáo Trình “Xử Lý Ảnh”, Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, 2006. 2. Nội dung thực hiện: Thu ảnh từ webcam. Trích xuất màu da của con người dựa vào đặc trưng màu da trong không gian màu YCbCr. Xử lý ảnh dùng bộ lọc trung vị và thuật toán tìm trọng tâm của ảnh. Kết nối và giao tiếp thiết bị ngoại vi. Thiết kế mạch điều khiển thông qua chuẩn giao tiếp UART. Chạy thử và chỉnh sửa. Viết báo cáo. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/04/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/07/2016 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thanh Hải Tp. HCM, ngày 5 tháng 7 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ii
5. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Nhóm thực hiện Nguyễn Hữu Sáng Từ Thị Kim Chi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP iv
6. LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Hải_Trưởng bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Chúng em cũng chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức, góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho chúng em hoàn thành tốt đề tài. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến những anh chị, bạn bè đã tận tình giúp đỡ trong thời gian học tập tại trường và suốt quá trình thực hiện đồ án này. Cuối cùng, chúng con cũng trân trọng gửi lời cảm ơn đến gia đình và cha mẹ luôn là người lo lắng, động viên, quan tâm, hy sinh tất cả vì chúng con, luôn là chỗ dựa vững chắc và là động lực để chúng con cố gắng phấn đấu trên con đường học tập của mình. Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Nhóm thực hiện đề tài Nguyễn Hữu Sáng Từ Thị Kim Chi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP v
7. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Biểu diễn hình học không gian màu RGB 4 Hình 2.2. Ví dụ về ảnh màu 6 Hình 2.3. Ví dụ về ảnh xám 6 Hình 2.4. Ví dụ về ảnh nhị phân 7 Hình 2.5. Đặt mặt nạ vào ảnh và tính giá trị điểm ảnh ngõ ra 8 Hình 2.6. Tính giá trị điểm ảnh ngõ ra 8 Hình 2.7. Cách sắp xếp các phần tử trung vị 9 Hình 2.8. Ảnh bị nhiễu muối tiêu trước và sau khi lọc trung vị 10 Hình 2.9. Bộ lọc 3x3 thường dùng 10 Hình 2.10. Xác định tâm của phần tử cấu trúc 11 Hình 2.11. Đặt phần tử cấu trúc vào tâm ảnh cần xử lý 11 Hình 2.12. Ví dụ về tính toán co ảnh 12 Hình 2.13. Kết quả sau khi co ảnh 12 Hình 2.14. Xác định tâm của phần tử cấu trúc 13 Hình 2.15. Ví dụ về tính toán giãn ảnh 13 Hình 2.16. Kết quả sau khi giãn ảnh 14 Hình 2.17. Sơ đồ khối hệ thống nhận dạng điều khiển thiết bị 15 Hình 2.18. Kết nối webcam với máy tính 16 Hình 2.19. Ảnh được loại bỏ khuôn mặt 17 Hình 2.20. Kết quả lọc màu da 17 Hình 2.21. Kết quả cắt lấy bàn tay 18 Hình 2.22. Tính khoảng cách từ trọng tâm đến biên bàn tay 18 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ix
8. Hình 2.23. Thực hiện phép giãn ảnh và kết quả 19 Hình 2.24. Kết quả sau cùng của xử lý ảnh 20 Hình 2.25. Giao diện hiển thị ảnh và giao tiếp với người dùng 20 Hình 2.26: Cổng COM DB-09 21 Hình 3.1. Sơ đồ khối mạch giao tiếp điều khiển led 22 Hình 3.2. Sơ đồ chân cổng COM DB-09 24 Hình 3.3. Dạng sóng truyền dữ liệu theo chuẩn RS232 25 Hình 3.4. IC Max232 27 Hình 3.5. Sơ đồ kết nối giữa cổng COM và IC Max232 27 Hình 3.6. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 28 Hình 3.7. Thanh ghi Port A 29 Hình 3.8. Thanh ghi Tris A 29 Hình 3.9. Sơ đồ kết nối vi điều khiển với led đơn 29 Hình 3.10. IC ổn áp 7805 30 Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 31 Hình 3.12. Sơ đồ nút nhất Reset giao tiếp với PIC16F887 31 Hình 3.13. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch điều khiển 32 Hình 4.1. Mạch in lớp dưới 34 Hình 4.2. Sơ đồ bố trí linh kiện 34 Hình 4.3. Mô hình trong không gian 3 chiều của mạch điều khiển 35 Hình 4.4. Mạch thi công thực tế 35 Hình 4.5. Mạch điều khiển được đóng hộp bảo vệ 36 Hình 4.6. Hệ thống điều khiển thiết bị bằng cử chỉ tay thông qua xử lý ảnh 36 Hình 4.7. Lưu đồ cho toàn hệ thống 37 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP x
9. Hình 4.8. Lưu đồ giải thuật khối xử lý ảnh 37 Hình 4.9. Lưu đồ chương trình chính mạch điều khiển 38 Hình 4.10. Lưu đồ ngắt truyền thông nhận dữ liệu 38 Hình 4.11. Biểu tượng Matlab trên màn hình làm việc 39 Hình 4.12. Cửa sổ làm việc của Matlab 39 Hình 4.13. Cửa sổ soạn thảo code 40 Hình 4.14. Xuất hiện thông báo lỗi khi code bị sai 41 Hình 4.15. Khởi chạy, liên kết các thành phần trong hệ thống 41 Hình 4.16. Chạy mô phỏng hệ thống với ảnh chứa 1 ngón tay 42 Hình 4.17. Chạy mô phỏng hệ thống với ảnh chứa 4 ngón tay 42 Hình 4.18. Chạy thực tế với ảnh tĩnh 43 Hình 4.19. Chạy thực tế với ảnh thu từ webcam 43 Hình 4.20. Kết nối webcam với máy tính qua cổng USB 44 Hình 4.21. Kết nối mạch điều khiển với máy tính 44 Hình 4.22. Cửa sổ chọn ảnh cần xử lý 46 Hình 4.23. Ảnh đang chờ xử lý 46 Hình 4.24. Kết quả xử lý ảnh đã chọn 46 Hình 4.25. Thu ảnh từ webcam 47 Hình 4.26. Lưu đồ vận hành hệ thống nhận dạng cử chỉ tay, điều khiển thiết bị 49 Hình 5.1. Ảnh trước và sau khi lọc trung vị 57 Hình 5.2. Hình ảnh thu từ webcam 57 Hình 5.3. Ảnh sau khi được loại bỏ khuôn mặt 58 Hình 5.4. Ảnh sau khi lọc màu da 58 Hình 5.5. Ảnh chỉ chứa vùng da tay 58 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xi
10. Hình 5.6. Kết quả sau khi cắt lấy bàn tay 59 Hình 5.7. Tính khoảng cách từ trọng tâm đến biên bàn tay 59 Hình 5.8. Kết quả thu đực sau hai phép giãn ảnh và co ảnh 60 Hình 5.9. Kết quả cuối cùng sau khi nhận dạng 60 Hình 5.10. Minh họa về khoảng cách giữa tay và webcam 61 Hình 5.11. Kết quả nhận dạng ở khoảng cách xa và gần 61 Hình 5.12. Minh họa về điều kiện chiếu sáng khác nhau 61 Hình 5.13. Kết quả nhận dạng ảnh trong điều kiện chiếu sáng khác nhau 62 Hình 5.14. minh họa về độ mở giữa các ngón tay 63 Hình 5.15. Minh họa về góc chụp của bàn tay 63 Hình 5.16. Kết quả nhận dạng ảnh về độ mở giữa các ngón tay 63 Hình 5.17. Kết quả nhận dạng các trường hợp góc chụp khác nhau 64 Hình 5.18. Minh họa về ảnh mờ, ảnh có bàn tay bị che khuất bởi khuôn mặt 65 Hình 5.19. Kết quả nhận dạng khi bàn tay bị nhòe và bàn tay chạm khuôn mặt 65 Hình 5.20. Minh họa về độ nhấp nhô của các ngón tay khi co lại 66 Hình 5.21. Kết quả nhận dạng khi hạn chế nhấp nhô của ngón tay 66 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xii
11. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của webcam 16 Bảng 4.1. Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển 33 Bảng 4.2. Mô tả các phím chức năng trong giao diện điều khiển 45 Bảng 4.3. Bảng tra cứu lỗi nhanh của hệ thống 48 Bảng 5.1. Kết quả chạy chương trình trong nhận dạng ảnh 61 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xiii
12. TÓM TẮT Đề tài này sẽ thực hiện điều khiển sáng hoặc tắt 5 đèn LED đơn (Light Emitting Diode, có nghĩa là đi-ốt phát quang) thông qua 5 cử chỉ tay của con người thông qua xử lý ảnh. Hệ thống gồm có 1 webcam để thu nhận ảnh màu có chứa tay của người dùng được kết nối với một máy tính chạy chương trình xử lý. Chương trình xử lý này có nhiệm vụ tìm, xác định nơi chứa bàn tay có trong ảnh bằng phương pháp lọc màu da và loại trừ các vùng có diện tích nhỏ. Sau đó thực hiện việc khoanh vùng và cắt chọn vùng thực sự chứa bàn tay. Tiếp theo, thực hiện lần lượt các phương pháp co ảnh, giãn ảnh, trừ ảnh để tìm và gắn nhãn cho các vùng ngón tay. Thông qua việc đếm số vùng đã gắn nhãn chương trình sẽ đưa ra kết luận số ngón tay có trong ảnh. Kết quả được hiển thị lên màn hình máy tính dạng hình ảnh thông qua giao diện người dùng và xuất ra tín hiệu điều khiển để bật/tắt 5 đèn LED trên phần cứng bên ngoài được kết nối với chương trình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP xiv
13. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ ix Liệt kê bảng xiii Tóm tắt xiv Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 1.4. GIỚI HẠN 2 1.5. BỐ CỤC 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH 4 2.1.1. Không gian màu RGB, YCbCr 4 2.1.2. Ảnh màu, ảnh xám và ảnh nhị phân 5 2.1.3. Mặt nạ 7 2.1.4. Bộ lọc trung vị 9 2.1.5. Kỹ thuật làm mờ, co và giãn ảnh 10 2.1.6. Kỹ thuật phân tách màu da 14 2.2. THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG CỬ CHỈ BÀN TAY 14 2.3. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CỬ CHỈ BÀN TAY 15 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vi
14. 2.3.1. Khối thu ảnh 16 2.3.2. Khối xử lý 16 2.3.3. Khối hiển thị ảnh 20 2.3.4. Giao tiếp cổng COM-DB9 21 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1. GIỚI THIỆU 22 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 22 3.3.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 22 3.3.2. Tính toán và thiết kế mạch giao tiếp 22 3.3.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 32 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 33 4.1. GIỚI THIỆU. 33 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG 33 4.2.1. Thi công bo mạch. 33 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra 34 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 36 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển 36 4.3.2. Kết nối các thành phần thành một hệ thống hoàn chỉnh 36 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 37 4.4.1. Lưu đồ giải thuật 37 4.4.2. Phần mềm lập trình cho máy tính 39 4.5. LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 41 4.5.1. Mô phỏng hệ thống trên máy tính 41 4.5.2. Kết quả chạy thực tế 43 4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 43 4.6.1. Hướng dẫn sử dụng 43 4.6.2. Quy trình vận hành hệ thống. 48 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 51 5.1. KẾT QUẢ XỬ LÝ ẢNH 51 5.2. ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 54 5.3. KẾT QUẢ THỐNG KÊ 61 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP vii
15. 6.1. KẾT LUẬN 63 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 PHỤ LỤC 65 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP viii
16. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, các hệ thống máy móc tự động đã dần thay thế con người trong nhiều công đoạn của công việc. Máy móc có khả năng làm việc hiệu quả, độ chính xác cao và hữu dụng trong môi trường nguy hại đối với con người, tốc độ xử lý của máy tính, thiết bị ngày càng nhanh. Đến nay, việc giao tiếp giữa con người và máy móc còn khá thủ công như thông qua bàn phím và các thiết bị nhập dữ liệu. Trong bài báo “Human Computer Interaction using Hand Gesture” của nhóm tác giả Ram Pratap Sharma và Gyanendra K. Verme [1]. Con người mong muốn máy móc càng thông minh hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn và có thể tương tác với người dùng bằng giọng nói là yêu cầu của các thiết bị trong tương lai. Hiện nay trên thế giới các công nghệ nhận dạng cử chỉ đã phát triển, các hệ thống ứng dụng nhận dạng cử chỉ đã được ứng dụng ở nhiều nơi và độ chính xác của các hệ thống ngày càng được cải thiện. Trong bài viết “Novel Algorithm for Image Processing Based Hand Gesture Recognition and Its Application in Security” của nhóm nghiên cứu N. Dhruva, Sudhir Rao Rupanagudi, H. N. Neelkant Kashyap [2]. Mục đích của bài viết này là nghiên về lĩnh vực thị giác máy tính, lĩnh vực hiện đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu xử lý ảnh với mục tiêu xây dựng nên một thế giới trong đó hệ thống thị giác kỳ diệu của con người có thể được mô phỏng bởi các hệ thống máy tính, đem lại khả năng cảm nhận bằng thị giác cho các hệ thống về môi trường xung quanh. Mơ ước về một hệ thống máy tính có thể hoà nhập vào thế giới con người với đầy đủ các giác quan trong đó thị giác đóng vai trò quan trọng đang dần dần được hiện thực hoá với những đóng góp nghiên cứu của các nhà khoa học trên phạm vi toàn thế giới. Hệ thống nhận dạng cử chỉ sẽ có những ứng dụng tuyệt vời trong tất cả các lĩnh vực của đời sống. Nếu được áp dụng thành công thì nó sẽ trở thành một cuộc cách mạng trong giao tiếp với máy móc, các ứng dụng của nó sẽ bao trùm lên nhiều lĩnh vực như giúp đỡ người khuyết tật, công nghiệp, an ninh và giải trí. 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài là hoàn thành việc thiết kế và thi công một hệ thống có thể điều khiển các thiết bị bằng cách nhận dạng cử chỉ của những ngón tay thông qua xử lý ảnh. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
17. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Để nhận dạng được cử chỉ bàn tay trước hết ta phải trích lọc màu da dựa vào không gian màu YCbCr, sau đó đem đi xử lý và đếm những ngón tay, rồi đưa kết quả sau khi đếm ngón tay xuống để điều khiển thiết bị ngoại vi thông qua cổng COM DB-09. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài “Điều khiển thiết bị bằng cử chỉ tay thông qua xử lý ảnh” được thực hiện và nghiên cứu với những nội dung sau: - Thu ảnh màu từ webcam. - Trích xuất màu da của con người dựa vào đặc trưng màu da trong không gian màu YCbCr. - Xử lý ảnh dùng bộ lọc trung vị và thuật toán tìm trọng tâm của ảnh. - Kết nối và giao tiếp thiết bị ngoại vi. - Thiết kế mạch điều khiển thông qua chuẩn giao tiếp UART. - Chạy thử và chỉnh sửa. - Viết báo cáo. 1.4. GIỚI HẠN Nhóm thực hiện nhận dạng 5 cử chỉ bàn tay trên nền màu nhất định (màu xanh). Nhận dạng thông qua ảnh tĩnh và ảnh thu vào từ video thông qua Webcam với độ phân giải 0.2M. Ảnh xử lý phải đảm bảo các yêu cầu sau: Điều kiện chiếu sáng, khoảng cách, góc chụp và độ mở của các ngón tay phải thích hợp, nếu có khuôn mặt thì bàn tay phải được tách rời khuôn mặt. Nhận dạng 5 cử chỉ bàn tay, xuất tín hiệu điều khiển ứng với mỗi cử chỉ tay và dùng tín hiệu đó để điều khiển sáng tắt đèn Led. 1.5. BỐ CỤC Chương 1: Tổng quan. Cung cấp cái nhìn tổng quan về đề tài đang thực hiện, những lý do, tính chất và hiệu quả mà đề tài này mang lại. Định hướng ban đầu cho quá trình nghiên cứu, thực hiện được chính xác, có hiệu quả. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày các lý thuyết có liên quan đến xử lý ảnh: bộ lọc thông thấp, bộ lọc trung vị, phương pháp co và giãn ảnh, thuật tìm trọng tâm của vùng ảnh được chọn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
18. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Chương 3: Tính toán thiết kế. Đưa ra sơ đồ khối cho toàn mạch, tính toán thiết kế và lựa chọn linh kiện phù hợp cho từng khối, sau đó ghép các khối lại và thiết kế sơ đồ nguyên lý, dơ đồ mạch in cho toàn mạch. Chương 4: Thi công hệ thống. Thi công bo mạch điều khiển, lắp ráp và kiểm tra sau đó lập trình hệ thống, đưa ra kết quả sau khi mô phỏng. Chương 5: Kết quả_Nhận xét_Đánh giá. Đánh giá kết quả từng phần thực hiện. Đưa ra hình ảnh kết quả sau từng phần xử lý, rút ra nhận xét ưu và nhược điểm của hệ thống. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Đưa ra đánh giá khách quan về đề tài: những gì đã đạt được, những gì còn hạn chế. Song song với đó đề xuất tính ứng dụng của đề tài vào một ứng dụng có tính khả thi trong thực tế. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
19. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH 2.1.1. Không gian màu RGB, YCbCr Không gian màu là những phương pháp định lượng màu sắc được thiết lập công thức một cách khoa học. Hệ thống không gian màu cho phép mỗi màu được xác định theo số học, bằng cách đó ta có thể chọn và lặp lại những màu nào đó thật chính xác [3]. Trên thực tế có rất niều không gian màu khác nhau được mô hình để sử dụng vào những mục đích khác nhau. Trong phạm vi của đồ án này, chỉ thực hiện xử lý, chuyển đổi ảnh qua lại giữa 2 không gian màu RGB và YCbCr. Do đó các không gian màu khác sẽ không được đề cập đến trong đồ án này. a. Không gian màu RGB (Red – Green – Blue). RGB là không gian màu rất phổ biến được dùng trong đồ họa máy tính và nhiều thiết bị kĩ thuật số khác. Ý tưởng chính của không gian màu này là sự kết hợp của 3 màu sắc cơ bản: màu đỏ (R, Red), xanh lục (G, Green) và xanh lơ (B, Blue) để mô tả tất cả các màu sắc khác. Hình 2.1. Biểu diễn hình học không gian màu RGB Nếu như một ảnh số được mã hóa bằng 24bit, nghĩa là 8bit cho kênh R, 8bit cho kênh G, 8bit cho kênh B, thì mỗ kênh này màu này sẽ nhận giá trị từ 0 - 255. Với mỗi BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
20. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT giá trị khác nhau của các kênh màu kết hợp với nhau ta sẽ được một màu khác nhau, như vậy ta sẽ có tổng cộng 255x255x255 = 16.581.375 màu sắc. Ví dụ: màu đen là sự kết hợp của các kênh màu (R, G, B) với giá trị tương ứng (0, 0, 0) màu trắng có giá trị (255, 255, 255), màu vàng có giá trị (255, 255, 0), màu tím đậm có giá trị (64, 0, 128). b. Không gian màu YCbCr Không gian màu YCbCr được định nghĩa và thường được sử dụng vào mục đích nén ảnh màu, xử lý video số. Không gian màu này sẽ phân tách không gian màu RGB thành các thành phần độ chói và thành phần màu sắc theo công thức chuyển đổi: Y 0.299 0.587 0.114 R (2.1) Cb 0 . 147 0 . 289 0 . 436 G Cr 0.615 0.515 0.100 B Công thức (2.1) là biểu diễn kiểu ma trận hoặc cũng có thể biểu diễn theo kiểu tường minh như công thức (2.2) dưới đây: Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B Cb = - 0.147*R – 0.289*G + 0.436*B (2.2) Cr = 0.615*R – 0.515*G – 0.100*B 2.1.2. Ảnh màu, ảnh xám và ảnh nhị phân a. Ảnh màu Ảnh màu là ảnh tổ hợp 3 màu cơ bản: đỏ, lục, lơ như hình 2.2 và thường thu nhận trên các dải băng tần khác nhau. Với ảnh màu cách biểu diễn cũng tương tự như ảnh đen trắng, chỉ khác là các số tại mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho 3 màu riêng rẽ. Để biểu diễn cho một ảnh màu cần 24 bit, 24 bit này được chia thành ba khoảng 8 bit. Mỗi màu cũng phân thành L cấp khác nhau (thường L=256). Mỗi khoảng này biểu diễn cho cường độ sáng của một trong các màu chính. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
21. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mỗi pixel ảnh màu ký hiệu 푃 : 푃 =[ 푒 , 푒푒푛, 푙 푒] , T: chuyển vị (2.3) Hình 2.2. Ví dụ về ảnh màu b. Ảnh xám Giá trị xám nằm trong khoảng 0 255. Như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh xám được biểu diễn bởi 1 byte. Hình 2.3. Ví dụ về ảnh xám c. Ảnh nhị phân Giá trị xám của tất cả các điểm trong ảnh chỉ nhận giá trị 1 hoặc 0. Như vậy mỗi điểm ảnh trong ảnh nhị phân được biểu diễn bởi 1 bit, xem hình 2.4 bên dưới. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4