BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG XỬ LÝ ẢNH NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN THS PHẠM QUỐC PHƯƠNG Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đoàn Minh Vũ 1711050082 17DTDA1 Phan Thế Nhân 1711050018 17DTDA1 Nguyễn Hữu Cảnh 1711050049 17DTDA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔN.
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Ngày nay, ngành chế biến nông sản Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào tiềm năng và chiến lược phát triển của Nhà nước Nông sản Việt Nam ngày càng khẳng định vị thế tại thị trường trong nước và quốc tế, trở thành mặt hàng trọng điểm trong xuất khẩu, đóng góp đáng kể vào nền kinh tế quốc dân Sau thu hoạch, nông sản được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên tiêu chuẩn về trọng lượng, màu sắc và hình dáng Tuy nhiên, phương pháp phân loại bằng tay truyền thống khiến nông dân và các cơ sở chế biến gặp khó khăn trong việc đáp ứng chính xác các yêu cầu tiêu chuẩn.
Với sự phát triển của băng tải công nghiệp, việc chế biến và phân loại nông sản đã được tối ưu hóa đáng kể Băng tải giúp tự động hóa quy trình, giảm sai sót, giảm nhân công, và nâng cao hiệu suất làm việc Nhóm nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, thi công hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh” nhằm tạo ra một hệ thống phân loại sản phẩm thân thiện với người dùng, dễ dàng tùy biến và có giá thành hợp lý Mô hình này không chỉ hỗ trợ nông dân trong việc vận hành và điều chỉnh mà còn giảm thiểu chi phí lao động và đầu tư cho hệ thống lớn Sau quá trình nghiên cứu, nhóm đã chọn ớt chuông làm đối tượng phân loại.
Phạm vi giới hạn của đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu, với nhiều ứng dụng trong các nhà máy, xí nghiệp Hiện nay, có nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi nghiên cứu, đề tài này bị giới hạn bởi kiến thức, thời gian và kinh phí, cùng với những tính năng cụ thể.
- Hệ thống điều khiển: PLC, labview, OPC
- Hệ thống phân loại theo màu sắc
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xi lanh điện từ
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền
- Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V và điện áp một chiều 24V.
Giới thiệu về các phần mềm hỗ trợ thiết kế, mô phỏng
GX Works 3 là phần mềm lập trình tiên tiến của MELSOFT dành cho PLC Mitsubishi, kế thừa từ GX Developer với nhiều cải tiến giúp lập trình nhanh chóng và dễ dàng hơn Phần mềm hỗ trợ ngôn ngữ lập trình IEC 61131-3, cho phép lập trình viên lựa chọn từ năm ngôn ngữ: LAD, FB, SFC, ST, IL, hoặc kết hợp chúng GX Works 3 còn tích hợp trình giả lập phần cứng để gỡ lỗi và các mô-đun giám sát trực tuyến Phiên bản mới nhất mang đến nhiều tính năng nổi bật như cấu hình hệ thống đồ họa, tùy chỉnh công cụ định vị tích hợp và bảng điều khiển kỹ thuật hệ thống, hỗ trợ lập trình cho các bộ điều khiển FX5U và MELSEC iQ-R thế hệ mới.
- Nhà phát triển : MELSEC - mitsubishielectric.com
- Yêu cầu hệ thống : Pentium III trở lên Windows XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là phần mềm được phát triển bởi National Instruments, được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm và lĩnh vực khoa học kỹ thuật Phần mềm này hỗ trợ trong các ứng dụng như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh và điện tử y sinh, đặc biệt phổ biến tại nhiều quốc gia.
Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản
LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình độc đáo, khác biệt so với các ngôn ngữ như C hay Java Với cú pháp được thể hiện qua hình ảnh, LabVIEW còn được biết đến với tên gọi lập trình G, viết tắt của từ "Graphical" (đồ họa).
Các tính năng chính của LabVIEW như:
- Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,…
Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi được thực hiện thông qua nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau, bao gồm các cổng như RS232, RS485, USB, PCI, PXI, Ethernet, Bluetooth và TCP/IP Những chuẩn này cho phép kết nối linh hoạt và hiệu quả giữa các thiết bị, đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu ổn định và nhanh chóng.
Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được là bước quan trọng nhằm phục vụ cho các mục đích nghiên cứu hoặc đáp ứng yêu cầu của hệ thống mà người lập trình mong muốn.
- Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab,
- Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++,…
LabVIEW cho phép thực hiện nhanh chóng các thuật toán điều khiển như PID và Logic mờ (Fuzzy Logic) thông qua các chức năng tích hợp sẵn, giúp tối ưu hóa quy trình lập trình và điều khiển.
MX OPC Server là một trình điều khiển cho phép truy cập dữ liệu I/O và quản lý Alarm/Event của Mitsubishi, cung cấp giao diện và giao thức truyền thông hiệu quả giữa phần cứng Mitsubishi và phần mềm điều khiển quy trình.
Tích hợp tính linh hoạt và dễ sử dụng: OLE để kiểm soát quy trình (OPC) V3.00
- Máy chủ MX OPC bao gồm các thành phần sau:
- MX RunTime cung cấp các chức năng sau:
• Tự động tạo khối dữ liệu
• Cung cấp cấu hình và điều khiển cục bộ
• Hỗ trợ giao tiếp qua modem điện thoại
• Chuyển đổi thiết bị cá nhân, khối dữ liệu và thẻ
• Cung cấp dữ liệu chốt
• Cung cấp ngày và giờ cho dữ liệu và cảnh báo
• Cung cấp cách viết ra các khối
• Hỗ trợ các phần tử mảng và đọc các bit
• Cung cấp các tính năng chẩn đoán nâng cao
- MX OPC Configurator cung cấp các tính năng sau:
• Kết nối với máy chủ IO
• Chế độ xem Thống kê hiển thị trạng thái của IO khi nó đang chạy
• Chế độ xem cấu hình hiển thị can thiệp phần cứng, khối dữ liệu và quy trình thẻ
• Monitor View: theo dõi trạng thái thời gian thực
Factory I/O là phần mềm thiết kế và mô phỏng trực quan các hệ thống điều khiển tự động hóa, cho phép người dùng tương tác dễ dàng với hầu hết các PLC Với bộ thư viện phong phú, Factory I/O mô phỏng các hệ thống và đối tượng phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa dưới dạng 3D, mang đến trải nghiệm học tập và làm việc hiệu quả.
Factory I/O cung cấp 20 mô hình thiết kế sẵn dựa trên các ứng dụng công nghiệp phổ biến Người dùng có thể tận dụng các đối tượng trong thư viện của Factory I/O để tạo ra những dây chuyền và hệ thống tùy chỉnh theo nhu cầu riêng của mình.
Sau khi thiết kế xong hệ thống, Factory IO sẽ kết nối với các bộ điều khiển PLC thông qua các driver kết nối được cung cấp sẵn, cho phép người dùng dễ dàng tích hợp hệ thống với các thiết bị thực tế Ngoài ra, phần mềm này còn hỗ trợ kết nối với bộ mô phỏng PLC Sim của Siemens, giúp người dùng có thể thử nghiệm và kiểm tra hệ thống mà không cần đến thiết bị thật Đối với các PLC chưa có driver sẵn, Factory IO cũng hỗ trợ kết nối thông qua các giao thức trung gian như OPC, Modbus, giúp mở rộng khả năng tích hợp với các thiết bị khác nhau.
Các loại liên kết PLC mà Factory IO hỗ trợ :
Kết nối với PLC thông qua board Advantech USB 4750 &
Kết nối PLC Allen-Bradley ControlLogix, CompactLogix hoặc SoftLogix PAC thông qua Ethernet
Allen-Bradley Micro800 Kết nối PLC Allen-Bradley Micro800 PLC thông qua
Kết nối PLC Allen-Bradley MicroLogix PLC thông qua Ethernet
Allen-Bradley SLC 5/05 Kết nối PLC Allen-Bradley SLC-5/05 PLC thông qua
Automgen Server Kết nối PLC Automgen thông qua TCP/IP server
Control I/O Kết nối bộ SoftPLC
MHJ Kết nối PLC WinPLC-Engine và WinSPS-S7
Modbus TCP/IP Client Kết nối theo chuẩn Modbus TCP/IP client
Modbus TCP/IP Server Kết nối theo chuẩn Modbus TCP/IP server
OPC Client DA/UA Kết nối theo chuẩn OPC DA/UA client
Siemens LOGO! Kết nối bộ điều khiển Siemens LOGO! thông qua Ethernet Siemens S7-
Kết nối PLC Siemens dòng S7-200/S7-200 SMART/300/400 thông qua Ethernet
Siemens S7-1200/1500 Kết nối PLC Siemens dòng S7-1200/1500 thông qua
Siemens S7-PLCSIM Kết nối PLC mô phỏng S7-PLCSIM của Siemens
Bảng 1.1: Các liên kết PLC mà Factory IO hỗ trợ 1.3.5 Phầm mềm Solidworks
Hiện nay, Solidworks là phần mềm thiết kế 3D phổ biến trên toàn cầu, đặc biệt được ưa chuộng tại Việt Nam Ngoài việc ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực cơ khí, Solidworks còn được mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác như điện, khoa học ứng dụng và mô phỏng cơ học.
Phần mềm Solidworks nổi bật với các tính năng thiết kế 3D chi tiết và lắp ráp các bộ phận máy móc, cho phép xuất bản vẽ 2D dễ dàng Ngoài ra, Solidworks còn hỗ trợ phân tích động học và động lực học, mang lại khả năng mô phỏng chính xác Đặc biệt, phần mềm tích hợp modul Solidcam để gia công CNC hiệu quả với các chức năng phay và tiện, cũng như hỗ trợ gia công nhiều trục Thêm vào đó, module 3Dquickmold giúp thiết kế khuôn một cách chuyên nghiệp.
Việc tích hợp nhiều tính năng, module và Add-in trên phần mềm Solidworks giúp người dùng chuyên môn hóa hơn, đồng thời giảm thiểu nhu cầu sử dụng nhiều phần mềm khác nhau để thực hiện các công việc khác nhau.
Những tính năng trên phần mềm Solidworks :
- Khả năng thiết kế mô hình 3D hoàn hảo
- Tính năng lắp ráp các chi tiết
- Xuất bản vẽ trên phần mềm solidworks
- Tính năng gia công trên Solidworks
- Phân tích động lực học trên Solidworks
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
2.1 Tìm hiều đề tài, tham khảo các tài liệu, công trình, sản phẩm hiện tại
2.1.1 Giới thiệu về dây chuyền sản phẩm
Dây chuyền phân loại sản phẩm (sorting line) là hệ thống tự động hỗ trợ quá trình phân loại và đóng gói hàng hóa, bưu kiện Tại đây, sản phẩm được phân loại theo các tiêu chí như kích thước, chiều cao, trọng lượng và màu sắc, nhằm đảm bảo tiêu chuẩn thành phẩm và đồng đều về hình dáng, trọng lượng trước khi đóng gói Ngoài ra, việc phân loại còn dựa trên thông tin và mục đích sử dụng của nhà sản xuất hoặc dịch vụ Sản phẩm sau khi được phân loại có thể được chuyển tiếp đến dây chuyền đóng gói tự động hoặc lưu/xuất kho.
Hình 2.1: Các dây chuyền sản phẩm phân loại sản phẩm (Nguồn Internet)
2.1.2 Ưu điểm của dây chuyền phân loại sản phẩm tự động
Phương pháp phân loại sản phẩm truyền thống yêu cầu không gian làm việc lớn và số lượng người tham gia đông, dẫn đến thời gian phân loại lâu và dễ xảy ra sai sót Tuy nhiên, với dây chuyền phân loại sản phẩm tự động, số lượng nhân công đã giảm đáng kể lên tới 80%, trong khi năng suất tăng từ 3-5 lần và tỷ lệ nhầm lẫn được kiểm soát hiệu quả.
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Tìm hiều đề tài, tham khảo các tài liệu, công trình, sản phẩm hiện tại 25
2.1.1 Giới thiệu về dây chuyền sản phẩm
Dây chuyền phân loại sản phẩm (sorting line) là hệ thống tự động hóa phục vụ cho quy trình phân loại, đóng gói, chế biến và xuất nhập kho hàng hóa, bưu kiện Tại đây, sản phẩm được phân loại dựa trên các tiêu chí như kích thước, chiều cao, trọng lượng và màu sắc, nhằm đảm bảo chất lượng thành phẩm và đồng đều về hình dáng, trọng lượng trước khi đóng gói Quy trình phân loại còn giúp phân loại sản phẩm theo thông tin và mục đích sử dụng của nhà sản xuất, dịch vụ Sau khi phân loại, sản phẩm có thể được chuyển đến dây chuyền đóng gói tự động hoặc lưu trữ/xuất kho.
Hình 2.1: Các dây chuyền sản phẩm phân loại sản phẩm (Nguồn Internet)
2.1.2 Ưu điểm của dây chuyền phân loại sản phẩm tự động
Phương pháp phân loại sản phẩm truyền thống yêu cầu không gian làm việc rộng và số lượng nhân viên lớn, dẫn đến thời gian phân loại lâu và dễ xảy ra sai sót Tuy nhiên, với dây chuyền phân loại sản phẩm tự động, số lượng nhân công đã giảm đáng kể tới 80%, trong khi năng suất tăng từ 3-5 lần và tỷ lệ nhầm lẫn được kiểm soát hiệu quả.
Hệ thống phân loại tự động đang trở thành xu hướng quan trọng cho các doanh nghiệp sản xuất, dịch vụ thương mại điện tử và giao nhận trong thời đại công nghệ số hiện nay.
Dây chuyền phân loại sản phẩm sử dụng máy phân loại, cảm biến nhận diện, camera kiểm tra, cân điện tử và hệ thống đo lường, kết hợp với cơ cấu chọn và vận chuyển như băng tải, bẫy, tay gạt, và bộ gạt Hệ thống băng tải xương cá và hub cùng với hệ thống điều khiển trung tâm cho phép kết nối dữ liệu từ xa Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như chế biến nông sản, rau củ quả, sản xuất linh kiện điện tử, cơ khí, và trong logistics, bưu chính, thương mại điện tử để phân loại kiện hàng và bưu phẩm.
Dây chuyền phân loại-lựa một bên và hai bên hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, nông sản, sản xuất linh kiện điện tử, cũng như trong lĩnh vực logistics và thương mại điện tử.
Dây chuyền phân loại sản phẩm nông sản, nhựa, chi tiết dạng hạt và sợi được thiết kế nhỏ gọn, thực hiện đầy đủ chức năng phân loại và lựa chọn sản phẩm trước khi chuyển ra bằng băng tải belt và phễu chứa Ứng dụng chủ yếu của dây chuyền này là trong ngành lương thực, thực phẩm.
2.1.3 Một số dây chuyền phân loại sản phẩm hiện nay
2.1.3.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch:
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch hiện nay rất phổ biến, được sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm và sản phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch barcode hoặc mã QR Hệ thống này cho phép dễ dàng sàng lọc, lựa chọn và gom sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) dựa trên thông tin lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm.
- Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model…
Để quản lý hiệu quả các bưu phẩm và đơn hàng chuyển phát nhanh, cần phân loại chúng theo ngày lên đơn, phương thức đóng gói, địa điểm giao hàng và loại hình chuyển phát như nhanh hoặc tiêu chuẩn.
- Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…
Trong các nhà máy thông minh, hộp và thùng hàng được phân loại trên băng tải bởi công nhân hoặc robot cộng tác Robot sau đó xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV, giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hệ thống phân loại sản phẩm có khả năng đạt công suất lên đến 10.000 sản phẩm mỗi giờ, mang lại năng suất cao gấp 3-5 lần so với phương pháp quét mã vạch và phân loại bằng tay của công nhân truyền thống.
Hình 2.2: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch (Nguồn Internet)
2.1.3.2 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng
Hệ thống phân cỡ sản phẩm cho phép ứng dụng đa dạng các loại và kiểu sản phẩm, dựa trên nguyên tắc kiểm tra khối lượng trực tuyến Sau khi kiểm tra, sản phẩm sẽ được phân loại theo từng kích cỡ trọng lượng theo yêu cầu.
- Tốc độ: 110 – 200 sản phẩm/ phút
- Số lượng cỡ phân loại: 12 cỡ
Vật liệu inox SS304 đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, rất phù hợp cho ngành thực phẩm, thủy hải sản và nông sản Sản phẩm được phân loại theo khối lượng, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng.
Hình 2.3: Dây chuyền sản phẩm theo khối lượng (Nguồn Internet)
2.1.3.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc
Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt, cà chua, cà phê, nhựa màu, gạo, chè búp, các loại hạt…
Năng suất: 0.8-15 tấn/ giờ (tùy vào mỗi loại model)
Tỉ lệ phân loại chính xác đạt trên 99%, ứng dụng trong việc phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các lĩnh vực như nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử và thiết bị y tế.
Hình 2.4: Dây chuyền sản phẩm theo màu sắc (Nguồn Internet)
2.1.3.4 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước
Hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm hàng hóa, trái cây và rau quả dựa trên kích thước bao gồm các bộ phận cấp, phân loại, thả và thu hồi sản phẩm Máy phân loại sản phẩm theo kích thước được điều khiển tự động, mang lại độ chính xác cao và hoạt động ổn định, phù hợp với nhiều loại sản phẩm khác nhau.
Năng suất: 3-5 tấn/ giờ ~ 1000-1100 sản phẩm/ phút
Hình 2.5: Dây chuyền sản phẩm theo kích thước (Nguồn Internet)
Trong ngành logistics và thương mại điện tử, các gói hàng được đóng trong hộp với trọng lượng, màu sắc và kích thước khác nhau có thể được phân loại dễ dàng nhờ hệ thống phân loại thông minh sử dụng camera và thuật toán phân loại Hàng hóa được phân loại trên băng tải chính và di chuyển tới các vị trí tập kết thông qua các băng tải xương cá.
Xử lí ảnh và các vấn đề cơ bản trong xử lí ảnh
2.2.1 Xử lí ảnh và quá trình phát triển
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học và công nghệ đang phát triển nhanh chóng, tạo ra nhiều cơ hội nghiên cứu và ứng dụng mới Ngành này, mặc dù còn mới so với nhiều lĩnh vực khoa học khác, đã thu hút sự chú ý và đầu tư vào các trung tâm nghiên cứu, dẫn đến sự đa dạng và mở rộng của các máy tính chuyên dụng phục vụ cho xử lý ảnh.
Con người thu nhận thông tin chủ yếu qua các giác quan, trong đó thị giác là quan trọng nhất Những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của phần cứng máy tính cùng với công nghệ xử lý ảnh và đồ họa đã mở ra nhiều ứng dụng trong đời sống Xử lý ảnh và đồ họa đang ngày càng trở nên thiết yếu trong tương lai của ngành ô tô.
Quá trình xử lý ảnh là thao tác trên hình ảnh đầu vào để đạt được kết quả mong muốn Kết quả đầu ra có thể là một bức ảnh được cải thiện hoặc một kết luận cụ thể.
Hình 2.9: Cấu trúc xử lý ảnh
Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ những ứng dụng chính như nâng cao chất lượng ảnh và phân tích ảnh Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân Đôn đến New York vào những năm 1920 Vấn đề nâng cao chất lượng ảnh liên quan đến phân bố mức sáng và độ phân giải của ảnh Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát triển vào khoảng những năm 1955, nhờ vào sự phát triển nhanh chóng của máy tính sau Thế chiến thứ hai, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý ảnh số Đến năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và nâng cao chất lượng ảnh hiệu quả.
Từ năm 1964, việc nâng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của Mỹ đã không ngừng phát triển, với các phương tiện xử lý và nhận dạng ảnh ngày càng tiên tiến Các phương pháp trí tuệ nhân tạo, như mạng nơ ron nhân tạo và các thuật toán xử lý hiện đại, cùng với công cụ nén ảnh, đang được áp dụng rộng rãi và mang lại nhiều kết quả khả quan Để hình dung rõ hơn, quá trình xử lý ảnh bắt đầu bằng việc thu nhận ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài qua các thiết bị như camera Trước đây, ảnh được thu qua camera tương tự, nhưng với sự tiến bộ công nghệ, ảnh màu hoặc đen trắng hiện nay được chuyển trực tiếp thành ảnh số, tạo điều kiện thuận lợi cho xử lý tiếp theo Ngoài ra, ảnh cũng có thể được thu nhận từ vệ tinh hoặc quét từ ảnh chụp bằng máy quét ảnh.
Có thể xem một ví dụ minh họa cho quá trình trên
Hình 2.10: Tiến trình xử lý ảnh
Có thể hiểu tiến trình xử lý trên như sau
Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition) có thể được thực hiện qua camera màu hoặc đen trắng Thông thường, ảnh thu được từ camera là ảnh tương tự, như loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, cho ra 25 dòng ảnh mỗi giây Ngoài ra, còn có loại camera số hóa như CCD (Change Coupled Device), sử dụng photodiode để tạo ra cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh.
Camera thường dùng là loại quét dòng, tạo ra hình ảnh hai chiều Chất lượng của mỗi bức ảnh phụ thuộc vào thiết bị thu nhận và các yếu tố môi trường như ánh sáng và phong cảnh.
- Tiền xử lý (Image Processing)
Sau khi thu nhận, ảnh có thể bị nhiễu và có độ tương phản thấp, do đó cần được đưa vào bộ tiền xử lý để cải thiện chất lượng Bộ tiền xử lý có chức năng chính là lọc nhiễu và nâng cao độ tương phản, giúp làm cho ảnh trở nên rõ ràng và sắc nét hơn.
- Phân đoạn (Segmentation) hay phân vùng ảnh
Phân vùng ảnh là quá trình tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần nhằm phục vụ cho việc phân tích và nhận dạng Chẳng hạn, để nhận diện chữ hoặc mã vạch trên phong bì thư phục vụ phân loại bưu phẩm, cần phải chia các câu, chữ về địa chỉ hoặc tên người thành các từ, chữ, số hoặc vạch riêng biệt Đây là giai đoạn phức tạp và khó khăn nhất trong xử lý ảnh, dễ dẫn đến lỗi và làm giảm độ chính xác của kết quả nhận dạng Do đó, kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc nhiều vào công đoạn phân vùng này.
Biểu diễn ảnh (Image Representation) là quá trình tạo ra đầu ra ảnh sau khi phân đoạn, bao gồm các điểm ảnh của vùng ảnh đã phân đoạn cùng với mã liên kết đến các vùng lân cận Việc chuyển đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho các bước xử lý tiếp theo bằng máy tính Trích chọn đặc trưng (Feature Selection) là quá trình lựa chọn các tính chất để thể hiện ảnh, giúp tách biệt các đặc tính của ảnh dưới dạng thông tin định lượng, hoặc làm cơ sở để phân biệt các lớp đối tượng trong ảnh Ví dụ điển hình là trong nhận dạng ký tự.
36 trên phong bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự khác
- Nhận dạng và nội suy ảnh (Image Recognition and Interpretation)
Nhận dạng ảnh là quá trình xác định và phân tích hình ảnh bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được lưu trữ Nội suy là quá trình phán đoán dựa trên kết quả nhận dạng, ví dụ như việc chuyển đổi một chuỗi chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thành mã điện thoại Có nhiều phương pháp phân loại ảnh khác nhau, và theo lý thuyết nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được chia thành hai loại nhận dạng ảnh cơ bản.
• Nhận dạng theo tham số
• Nhận dạng theo cấu trúc
Hiện nay, trong lĩnh vực khoa học và công nghệ, có nhiều phương pháp nhận dạng phổ biến như nhận dạng ký tự (bao gồm chữ in, chữ viết tay và chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản (Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch và nhận dạng khuôn mặt.
- Cơ sở tri thức (Knowledge Base)
Ảnh là một đối tượng phức tạp với nhiều yếu tố như đường nét, độ sáng tối, và môi trường thu ảnh, dẫn đến việc xử lý và phân tích ảnh trở nên khó khăn Để đơn giản hóa các phương pháp toán học cho tiện lợi trong xử lý, người ta mong muốn mô phỏng quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh như con người Hiện nay, nhiều bước trong quy trình này đã được áp dụng các phương pháp trí tuệ nhân tạo, nhờ đó, các cơ sở tri thức được phát huy hiệu quả.
- Mô tả (biểu diễn ảnh)
Sau khi số hóa, ảnh sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ hoặc chuyển đến các khâu phân tích tiếp theo Việc lưu trữ trực tiếp ảnh thô yêu cầu dung lượng bộ nhớ lớn và không hiệu quả về mặt ứng dụng và công nghệ Do đó, các ảnh thô thường được mã hóa lại để tối ưu hóa dung lượng và hiệu suất.
37 các đặc điểm của ảnh được gọi là các đặc trưng ảnh (Image Features) như: biên ảnh (Boundary), vùng ảnh (Region) Một số phương pháp biểu diễn thường dùng:
• Biểu diễn bằng mã chạy (Run-Length Code)
• Biểu diễn bằng mã xích (Chaine -Code)
• Biểu diễn bằng mã tứ phân (Quad-Tree Code)
- Biểu diễn bằng mã chạy
Phương pháp này thường được sử dụng để biểu diễn vùng ảnh và áp dụng cho ảnh nhị phân Một vùng ảnh R có thể được mã hóa đơn giản bằng cách sử dụng một ma trận nhị phân.
