Đồ án Ứng dụng xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo cháy rừng qua tin nhắn điện thoại (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Ứng dụng xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo cháy rừng qua tin nhắn điện thoại (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 ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO CHÁY RỪNG QUA TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI SVTH: LÝ HOÀNG ANH MSSV: 12141467 SVTH: NGUYỄN THANH ĐIỀN MSSV: 12141059 S K L 0 0 4 5 3 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017
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: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO CHÁY RỪNG QUA TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI GVHD: TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Lý Hoàng Anh 12141467 Nguyễn Thanh Điền 12141059 Tp. Hồ Chí Minh - 1/2017
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 CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CẢNH BÁO CHÁY RỪNG QUA TIN NHẮN ĐIỆN THOẠI GVHD: TS Nguyễn Thanh Hải SVTH: Lý Hoàng Anh 12141467 Nguyễn Thanh Điền 12141059 Tp. Hồ Chí Minh - 1/2017
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 Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lý Hoàng Anh MSSV: 12141467 Nguyễn Thanh Điền MSSV: 12141059 Chuyên ngành: Điện tử Công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2012 Lớp: 12141DT1 I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo cháy rừng qua tin nhắn điện thoại II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Các tài liệu về MATLAB, Giáo trình Xử lý ảnh Các ví dụ trên trang mathwork.com 2. Nội dung thực hiện: Thu thập ảnh, video clip, nhận dạng và cảnh báo có khói, lửa. Thiết kế - Thi công hệ thống cảnh báo qua tin nhắn điện thoại giao tiếp với máy tính. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/10/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09/01/2017 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Thanh Hải CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
5. 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 Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Lý Hoàng Anh Lớp: 12141DT1 MSSV: 12141467 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Thanh Điền Lớp:12141DT1 MSSV: 12141059 Tên đề tài: Ứng dụng xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo cháy rừng qua tin nhắn điện thoại Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, (3/10 – 8/10) tiến hành chọn đồ án. Tuần 2 Gặp GVHD tiến hành xét duyệt đề tài (10/10–15/10) Viết tóm tắt yêu cầu đề tài đã chọn: đề tài làm cái Tuần 3 gì, nội dung thiết kế, các thông số giới hạn của đề (17/10–22/10) tài Tuần 4 Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức (24/10–29/10) năng các khối - Thiết kế sơ đồ mạch, giải thích nguyên lý hoạt Tuần 5 động của mạch (31/10–5/11) - Mô phỏng mạch - Tiến hành tính toán để lựa chọn linh kiện, vẽ Tuần 6 PCB (7/11–12/11) - Tiến hành thi công mạch Tuần 7 (14/11–19/11) - Tiến hành thi công mạch Tuần 8 - Kiểm tra mạch thi công (21/11–26/11) Tuần 9 (28/11–3/12) - Kiểm tra mạch thi công Tuần 10 - Viết báo cáo những nội dung đã làm (5/12–10/12)
6. Tuần 11 (12/12–17/12) Tuần 12 (18/12–24/12) Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo Tuần 13 (26/12–31/12) Tuần 14 (2/1-7/1/2017) Tuần 15 Nộp quyển báo cáo và báo cáo đề tài (9/01-14/01) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) ii
7. 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. Người thực hiện đề tài Lý Hoàng Anh Nguyễn Thanh Điền
8. LỜI CẢM ƠN Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Hải, đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu cho em thực hiện tốt đề tài. Nhóm em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và cũng như các bạn bè đã bên cạnh giúp đỡ và đã tạo những điều kiện tốt nhất cho nhóm hoàn thành đề tài. Cảm ơn đến cha mẹ, người luôn bên cạnh lúc gặp khó khăn và cũng là nguồn động lực lớn nhất để nhóm hoàn thành xong đề tài tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Lý Hoàng Anh Nguyễn Thanh Điền
9. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình vẽ x Liệt kê bảng vẽ xiv Chương 1. TỔNG QUAN 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 MỤC TIÊU 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 2 BỐ CỤC 3 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 HỆ THỐNG XỬ LÝ VÀ PHÁT HIỆN KHÓI LỬA 4 Đặc tính của khói lửa 4 Các phương pháp nhận biết khói lửa 4 Các quá trình xử lý ảnh 7 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 26 Thiết bị thu nhận hình ảnh 26 Vi điều khiển 27
10. Modul SIM800 30 Module USB UART 32 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 33 GIỚI THIỆU 33 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 33 Tính toán và thiết kế mạch báo động Error! Bookmark not defined. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 40 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 42 GIỚI THIỆU 42 THI CÔNG MẠCH 42 LẬP TRÌNH CHO KHỐI CẢNH BÁO 44 Lưu đồ giải thuật 44 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 45 LẬP TRÌNH XỬ LÝ ẢNH 50 Lưu đồ giải thuật 50 Phần mềm lập trình và mô phỏng MATLAB 55 Chương 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 61 THU THẬP DỮ LIỆU 61 KẾT QUẢ NHẬN DẠNG KHÓI VÀ LỬA 63 CẢNH BÁO THÔNG QUA SIM800A 68 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71 KẾT LUẬN 71 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 71
11. TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Phụ lục 73 I. CODE CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 73 II. CODE CHƯƠNG TRÌNH TRÊN VI ĐIỀU KHIỂN 85
12. LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình Trang Hình 2.1: (a) Hình ảnh cháy kèm lửa và khói, (b) Sương bao phủ rừng. 4 Hình 2.2: (a) Cháy rừng kèm lửa và khói, (b) Cháy rừng nhưng chỉ thấy khói. 5 Hình 2.3: Hình mẫu phát hiện được khói trong phương pháp sử dụng phép biến đổi wavelet của tác giả Toreyin et al [6] (mũi tên cho biết vùng khói được xác định). 6 Hình 2.4: Sơ đồ thuật toán lọc trung bình. 8 Hình 2.5: Nhiễu muối tiêu từ ảnh RGB trích kênh Red (a) và sau khi được lọc (b) qua bộ lọc trung vị. 9 Hình 2.6: Nhiễu muối tiêu được lọc bằng các bộ lọc khác (a) là ảnh gốc, (b) bộ lọc Disk, (c) bộ lọc Gaussian, (d) bộ lọc Laplacian, (e) bộ lọc Log, (f) bộ lọc Sobel. 9 Hình 2.7: Các màu cơ bản đỏ (Red), xanh (Green), xanh dương (Blue). 10 Hình 2.8: Không gian màu HSV. 11 Hình 2.9: Hình tròn biểu diễn màu sắc (Hue). 12 Hình 2.10: Sơ đồ bộ chuyển đổi RGB sang HSV 12 Hình 2.11: Ví dụ chuyển đổi ảnh từ không gian RGB sang không gian HSV, (a) (c) (e) là ảnh RGB gốc, (b) (d) (e) là ảnh sau khi chuyển đổi. 14 Hình 2.12: Lươc đồ xám của một ảnh có sự tách biệt về mức xám ở ngưỡng t0. 15 Hình 2.13: Kết quả phân đoạn dựa trên ngưỡng toàn cục (a) (c) là ảnh gốc ;(b) (d) ảnh đã được phân ngưỡng. 17 Hình 2.14: Một số hình dáng của cấu trúc phẳng. 18 Hình 2.15: Ví dụ về phép toán co ảnh nhị phân với phần tử cấu trúc phẳng. 19 Hình 2.16: Ví dụ về phép giãn nhị phân trên ảnh với phần tử cấu trúc phẳng. 20 Hình 2.17: Phương pháp lập bảng tìm kiếm 20
13. Hình 2.18: Lọc nhỏ cho ảnh nhị phân (a) ta được ảnh (b) các vùng nhỏ li ti đã bị mất. 21 Hình 2.19: Ảnh sau khi được lọc trơn (b) từ ảnh nhị phân (a). 22 Hình 2.20: Thuật toán quá trình làm đầy 1 điểm ảnh. 23 Hình 2.21: Kết quả của việc thực hiện lấp đầy vùng ảnh: (a) Ảnh nhị phân với các “lỗ hổng”, (b) Ảnh sau khi được lấp đầy. 24 Hình 2.22: Sơ đồ tổng quát hệ thống nhận dạng ảnh 25 Hình 2.23: Vùng nghi có khói trên nền ảnh gốc. 26 Hình 2.24: Thiết bị thu hình. 27 Hình 2.25: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F887. 28 Hình 2.26: Hình ảnh thực tế của module SIM800A. 30 Hình 2.27: Tín hiệu tương đương của UART và RS232. 31 Hình 2.28: Khung truyền cơ bản trong truyền nhận UART. 32 Hình 2.29: Cổng COM vật lý. Error! Bookmark not defined. Hình 2.30: Hình dáng modul USB to UART. 32 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống xử lý ảnh nhận biết khói và lửa. 33 Hình 3.2: Bảng tra cứu tỉ lệ lỗi khi sử dụng UART. Error! Bookmark not defined. Hình 3.3: Đèn báo động nháy đỏ. 37 Hình 3.4: Hình ảnh thực tế của module relay. 38 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối của chuông cảnh báo. 38 Hình 3.6: Mặt sau module SIM 800A và sơ đồ kết nối. 39 Hình 3.7: Bảng tra cứu dòng tiêu thụ của bộ xử lý theo datasheet. 39 Hình 3.8: Module nguồn 5V 2A. 40 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phần kết nối. 41
14. Hình 4.1: Mạch in sau khi vẽ. 43 Hình 4.2: Mặt sau của mạch. 43 Hình 4.3: Hệ thống khi lắp hoàn chỉnh trên taplo nhựa. 44 Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật chương trình cảnh báo. 45 Hình 4.5: Giao diện chương trình CCS. 47 Hình 4.6: Giao diện soạn thảo code trên phần mềm CCS. 47 Hình 4.7: Cấu hình khi tạo project mới trên CCS. 48 Hình 4.8: Cấu hình Tab Communications trong CCS. 49 Hình 4.9: Lưu đồ giải thuật chương trình nhận dạng trên máy tính. 50 Hình 4.10: Lưu đồ quá trình Tiền xử lý ảnh. 51 Hình 4.11: Hình ảnh gốc (a) sau khi qua bộ lọc trung vị (b). 52 Hình 4.12: Kết quả phép chuyển đổi không gian RGB sang HSV 52 Hình 4.13: Lưu đồ quá trình Phân vùng và tách khói, lửa. 53 Hình 4.14: Kết quả sau khi chọn ngưỡng và phân vùng thứ tự (a) là kênh Hue (b) là kênh Saturation (c) là kênh Brightness. 53 Hình 4.15: Lưu đồ quá trình nhận dạng khói, lửa. 54 Hình 4.16: Khói được nhận dạng trên khung ảnh đã xử lý (a), khung ảnh gốc được làm nổi vùng có khói (b). 54 Hình 4.17: Giao diện chương trình MATLAB. 55 Hình 4.18: Bấm vào nút New Script để tạo M-File mới. 56 Hình 4.19: Khung soạn thảo code của MATLAB. 57 Hình 4.20: Bấm nút Run để chạy chương trình trong MATLAB. 57 Hình 4.21: Thêm comment trong code ở MATLAB. 58 Hình 4.22: Hộp thoại tạo GUIDE hiện ra. 58
15. Hình 4.23: Giao diện kéo thả của phần GUIDE. 59 Hình 4.24: Các button được tạo ví dụ trong MATLAB. 60 Hình 5.1: Giao diện chương trình nhận dạng trên máy tính. 63 Hình 5.2: Trạng thái kết nối của camera trong chương trình. 64 Hình 5.3: Hộp thoại để chọn đường dẫn đến file video cần chạy thử. 64 Hình 5.4: Phát hiện khói đen. 65 Hình 5.5: Phát hiện khói trắng, trường hợp có người đứng bên cạnh và mặc áo trắng.65 Hình 5.6: Khói ít được phát hiện. 66 Hình 5.7: Khói xuất hiện ở xa hệ thống không phát hiện kịp thời. 66 Hình 5.8: Hệ thống hoạt động trong khi camera di chuyển, nhận dạng khói sai vị trí. 66 Hình 5.9: Ăn-ten gắn thêm cho module SIM800A. 68 Hình 5.10: Cảnh báo khi phát hiện lửa; cuộc gọi đến điện thoại, hình (a); tin nhắn cảnh báo cháy, hình (b). 69 Hình 5.11: Tin nhắn thông báo phát hiện khói trong khu vực quét của camera; cảnh báo khói nhiều, hình (a); khói ít, hình (b). 70
16. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2-1: Thông số của vi điều khiển PIC 16F887. 28 Bảng 4-1: Danh sách các linh kiện sử dụng. 42 Bảng 5-1: Bảng mô tả đoạn clip thu thập được. 61 Bảng 5-2: Bảng hiệu suất kết quả nhận dạng. 67
17. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển của toàn cầu kéo theo diện tích rừng trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang dần thu hẹp. Chính vì thế việc bảo tồn những cánh rừng trước nguy cơ từ những tác nhân gây ra hỏa hoạn từ chính con người cũng như tự nhiên là thách thức rất lớn đặt ra cho con người. “Trong vài thập kỷ qua, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn ha rừng, trong đó mất rừng do cháy rừng khoảng 16.000ha/năm” [1]. Việc phát hiện sớm và cảnh báo cháy rừng sẽ giúp cho ta có biện pháp cũng như ngăn chặn việc lan rộng của sự cố giúp giảm thiểu tổn thất xuống mức thấp nhất có thể trước khi ngoài tầm kiểm soát. Chính vì thế việc nghiên cứu và phát triển hệ thống cảnh báo cháy rừng ngày càng được coi trọng và đầu tư cả về vật chất lẫn chất xám. Trong những thập kỷ qua, các loại cảm biến khác nhau được phát triển, chẳng hạn như cảm biến độ ẩm, cảm biến nhiệt độ và cảm biến khói, đã được sử dụng và phát hiện báo cháy. Tuy nhiên các phương pháp đó chỉ mang tính cục bộ trong một khu vực nhỏ, chi phí sẽ tăng lên rất nhiều trong một khu vực lớn. Một trong các phương pháp hiệu quả và chi phí thấp là sử dụng hình ảnh từ các camera giám sát để phát hiện hỏa hoạn và thông báo sớm cho các bên có liên quan có biện pháp kịp thời xử lý. Những đề tài nghiên cứu trước đây như “Xử lý ảnh để phát hiện khói cho cảnh báo cháy rừng” [3] đã sử dụng các biện pháp phân ngưỡng ảnh qua màu sắc để nhận dạng khói và phát hiện cháy hoặc nhận dạng các điểm ảnh có đặc trưng của lửa và đưa ra cảnh báo cục bộ tại hệ thống mà không thể cảnh báo cho các bên có liên quan khác rằng đang có hỏa hoạn xảy ra. Dựa trên những yếu tố đó nhóm em đã chọn đề tài: “Ứng dụng xử lý ảnh để phát hiện và cảnh báo cháy rừng qua tin nhắn điện thoại” để nghiên cứu phát triển và chọn làm đề tài tốt nghiệp. Nội dung của đề tài này sẽ xây dựng hệ thống theo dõi và giám sát sự xuất hiện của khói và lửa ở trong phạm vi quan sát được của camera bằng các phương pháp xử lý và BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
18. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN nhận dạng ảnh thông qua máy tính từ đó đưa ra cảnh báo tại hệ thống cũng như gửi tin nhắn cảnh báo cho các bên có liên quan kịp thời đưa ra biện pháp xử lý. MỤC TIÊU Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống camera giám sát và cảnh báo cháy sử dụng phương pháp xử lý ảnh nhận dạng khói và lửa. Cảnh báo qua chuông báo và tin nhắn điện thoại thông qua modul SIM 800A. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU + NỘI DUNG 1: Xây dựng và thu thập cơ sở dữ liệu bao gồm các hình ảnh tĩnh chuẩn RGB và các hình thu được qua camera. + NỘI DUNG 2: Thực hiện việc nhận dạng hỏa hoạn dựa trên màu sắc của khói và lửa. + NỘI DUNG 3: Thiết kế, tính toán và thi công khối mạch điều khiển chuông báo và giao tiếp với module SIM900 thông qua máy tính. + NỘI DUNG 4: Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính. + NỘI DUNG 5: Chạy thử nghiệm hệ thống. + NỘI DUNG 6: Cân chỉnh hệ thống. + NỘI DUNG 7: Viết báo cáo. + NỘI DUNG 6: Báo cáo đề tài tốt nghiệp. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI + Thi công mô hình hệ thống camera giám sát và cảnh báo qua chuông báo và tin nhắn điện thoại. + Camera thu thập hình ảnh được gắn trên trục cố định, hướng chếch xuống so với mặt đất một góc 45 độ. Camera thu hình ảnh rõ nét trong phạm vi từ [1m-4m]. + Xử lý được các hình ảnh thu về từ camera trong phạm vi quan sát với điều kiện đủ ánh sáng, không có sương mù và mây. + Giao tiếp với module SIM800 và điều khiển chuông báo thông qua máy tính. + Thử nghiệm hệ thống với các đoạn clip có sẵn, điều kiện môi trường đủ ánh sáng và không có sương mù. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
19. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN BỐ CỤC  Chương 1: Tổng quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Nội dung bao gồm cơ sở lý thuyết của các phương pháp xử lý ảnh dùng trong đề tài này, giao thức sử dụng để giao tiếp máy tính với thiết bị điều khiển và giới thiệu phần cứng được sử dụng.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán. Nêu rõ quá trình thiết kế và tính toán các linh kiện sử dụng, thông số cũng như phần giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính.  Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Trình bày kết quả hoạt động của hệ thống, nhận xét độ ổn định cũng như tính chính xác của hệ thống, đánh giá kết quả đạt được.  Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Kết luận các nội dung đã thực hiện được và chỉ ra hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
20. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG XỬ LÝ VÀ PHÁT HIỆN KHÓI LỬA Đặc tính của khói lửa Theo quan sát từ các hình ảnh cũng như thực tế, ngọn lửa thường hiển thị màu đỏ hoặc vàng. Ngưỡng màu sắc có thể được xây dựng hoặc tính toán dựa trên thực nghiệm để nhận ra ngọn lửa. Tuy nhiên, một số vùng ảnh hiển thị sẽ có thể hiểu nhầm rằng có thể là lửa do việc chọn ngưỡng chưa thích hợp hoặc phần xử lý nhiễu chưa tốt dẫn đến sai xót, sương dày cũng gây ra một phần nhiễu cho hệ thống do đó cần phải có những cách xử lý riêng trong từng trường hợp như trong hình 2.1. (a) (b) Hình 2.1: (a) Hình ảnh cháy kèm lửa và khói, (b) Sương bao phủ rừng. Các phương pháp nhận biết khói lửa “Khói và lửa được sinh ra khi nhiệt độ vật thể đạt tới điểm cháy và phát sáng, khói sinh ra khi chất cháy có lẫn tạp chất” [3]. Khói thường có màu xám, chuyển động hỗn loạn không theo quy luật. Dựa trên những đặc điểm trên tuỳ theo hướng nghiên cứu mà ta có thể có nhiều phương pháp khác nhau để nhận biết được chúng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
21. CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT (a) (b) Hình 2.2: (a) Cháy rừng kèm lửa và khói, (b) Cháy rừng nhưng chỉ thấy khói. Các phương pháp phát hiện khói lửa: + Dựa vào màu sắc: từ ảnh gốc ta đem so sánh với các màu tương tự như màu của lửa như cam, vàng, đỏ. Phương pháp này bắt buộc phải phân biệt được màu của lửa so với màu nền nếu chúng tương tự với màu của lửa. Phương pháp này được áp dụng trong phương pháp sử dụng camera hồng ngoại, ưu điểm là phát hiện nhanh và chính xác tuy nhiên giá thành tốn kém so với các phương pháp khác [4]. + Dựa vào đặc tính chuyển động ngẫu nhiên của khói và lửa: phương pháp này dựa trên những chuyển động ngẫu nhiên của cả khói và lửa trên các frame ảnh thu được từ camera, từ đó xác định được đâu là lửa và khói so với các vật thể có màu tương tự. Phương pháp này có khả năng phát hiện nhanh sự hiện diện của khói cũng như lửa. Tuy nhiên phương pháp này có khả năng phát hiện sai nếu như có một nguồn sáng có khả năng nhấp nháy gần giống với ngọn lửa [5]. Phương pháp đầu tiên được sử dụng bởi TY. Le Maoult, tác giả đã sử dụng một lược đồ màu gần hồng ngoại. Lược đồ này sử dụng lược đồ màu của lửa và phân tích nó thông qua chuyển động. Nếu một đối tượng với màu sắc giống lược đồ màu được phát hiện trong nguồn hình ảnh thì nó sẽ cho rằng đó là lửa. Phương pháp thứ hai dựa vào đặc tính chuyển động, tác giả Toreyin et al đã đi sâu vào phân tích sự nhấp nháy của lửa bằng cách sử dụng phân tích Wavelet [6]. Tác giả sử dụng đến phân tích wavelet, phát hiện sóng dao động, trên cở sở không gian và thời gian từ đó cho phép hệ thống phát hiện những vệt hoặc đốm sáng có khả năng giống lửa, sau đó được xử lý và chỉ ra sự di chuyển của ngọn lửa [6]. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4