Đồ án Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D

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: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE LĂN TỰ HÀNH TRONG NHÀ DÙNG CAMERA 3D GVHD: ThS. Ngô Bá Việt SVTH: Huỳnh Tấn Cường MSSV: 14141028 Tp. Hồ Chí Minh - 12/2019 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Cường MSSV: 14141028 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT1A I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE LĂN TỰ HÀNH TRONG NHÀ DÙNG CAMERA 3D II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Các tài liệu về Python và thư viện OpenCV,pyrealsense, Giáo trình Xử lý ảnh. Các tài liệu về Arduino và thư viện Arduino. Các ví dụ về nhận dạng hình học cơ bản,truyền nhận dữ liệu qua bluetooth. 2. Nội dung thực hiện: Tìm hiểu phương pháp nhận dạng. Tổng quan về xử lý ảnh. Tìm hiểu Camera 3D, thiết bị công suất và các Module liên quan. Thi công mô hình Viết chương trình trên Python và Arduino IDE. Hoàn thành mô hình. Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/08/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/12/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Ngô Bá Việt CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Tấn Cường Lớp: 14141DT1A - MSSV: 14141028 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 16-20/9 Chọn đề tài 21-25/9 Viết đề cương chi tiết 26/3-05/10 Tìm hiểu phương pháp nhận dạng hình cơ bản Tìm hiểu truyền nhận dữ liệu không dây 06/-09/10 Tìm hiểu module công suất và động cơ Tìm hiểu module truyền dữ liệu 10-17/10 Tìm hiểu camera 3D 18-21/10 Tìm hiểu thuật toán tính khoảng cách 22-28/10 Tìm hiểu về Arduino 29/5-04/11 Tìm hiểu về python 05-06/11 Thực hiện viết code python,Arduino trên ubuntu 16.04 07-08/11 Làm mô hình và chạy thử 09-30/11 Hoàn thành mô hình 1-15/12 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN ThS. Ngô Bá Việt LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là 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 Huỳnh Tấn Cường LỜI CẢM ƠN Đầu tiên tôi xin được cám ơn chân thành tới Thầy Ngô Bá Việt, Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi để có thể hoàn thành tốt đề tài. Tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi 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 nhặt cho tới những bài học lớn. Một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả Thầy Cô, nếu không có Thầy Cô thì chắc giờ này tôi sẽ khó có thể hoàn thành đề tài này. Tiếp theo tôi cũng xin cảm 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 tôi mới có thể phát triển được. Tôi cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14141DT1A 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 tôi. 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. Một lần cuối xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Huỳnh Tấn Cường 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 .......................................................................................................... vii Liệt kê bảng vẽ .......................................................................................................... viii Tóm tắt .............................................................................. ...................................... ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ ....................................................................................................... 12 LIỆT KÊ BẢNG............................................................................................................ 14 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................... 16 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 16 1.2 MỤC TIÊU ..................................................................................................... 17 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 17 1.4 GIỚI HẠN ...................................................................................................... 18 1.5 BỐ CỤC .......................................................................................................... 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 19 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CÁC THƯ VIỆN LIÊN QUAN ......... 19 2.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh ....................................................................................... 19 2.1.2 Những kiến thức cơ bản trong xử lý ảnh....................................................... 20 2.1.3 Phương pháp nhận dạng vật mốc ................................................................... 21 2.2 TRUYỀN DỮ LIỆU BLUETOOTH ................................................................. 21 2.2.1 Giới thiệu ...................................................................................................... 21 2.2.2 Ứng dụng của Bluetooth ............................................................................... 22 2.2.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ Bluetooth ......................................... 23 2.3 NGÔN NGỮ PYTHON .................................................................................. 23 2.3.1 Giới thiệu ...................................................................................................... 23 2.3.3 Ưu điểm và nhược điểm Python .................................................................... 25 2.4 ARDUINO .......................................................................................................... 25 2.4.1 Giới thiệu ...................................................................................................... 25 2.4.2 Ứng dụng của Arduino............................................................................... 26 2.4.3 Arduino IDE ................................................................................................. 26 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................. 27 2.5.1 Camera Intel RealSense D435 ....................................................................... 27 2.5.2 Module HC06 ............................................................................................... 30 2.5.3 Kit Arduino Nano ......................................................................................... 31 2.5.4 Module Điều Khiển Động Cơ BTS7960 ........................................................ 32 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 33 3.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 33 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ........................................................... 33 3.2.1 Khối thu tín hiệu ........................................................................................... 34 3.2.2 Khối xử lý và khối hiển thị ............................................................................ 35 3.2.4 Khối giao tiếp và điều khiển .......................................................................... 35 3.2.5 Khối nguồn ................................................................................................... 37 3.3 CÁC TÍNH TOÁN TRONG XỬ LÝ ẢNH ĐẦU VÀO ................................. 39 3.3.1 Nhận dạng vật mốc bằng ảnh màu của camera .............................................. 39 3.3.2 Tính khoảng cách dựa vào ảnh độ sau nhận được từ camera.......................... 42 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ..................................................................... 43 4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 43 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................... 43 4.2.1 Các linh kiện và model cần thiết cho mô hình ............................................... 43 4.2.2 Kết nối, lắp ráp và kiểm tra mô hình .............................................................. 43 4.3 THI CÔNG MÔ HÌNH .................................................................................. 44 4.3.2 Kết nối bộ phận điều khiển động lực với nguồn ............................................. 45 4.3.3 Kết nối bộ phận camera với laptop ................................................................ 45 4.3.4 Mô hình hoàn chỉnh....................................................................................... 46 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................. 47 4.4.1 Lưu đồ giải thuật ........................................................................................... 47 4.4.2 Lập trình ngôn ngữ Python với Sublime Text 3 ............................................. 49 4.4.2 Lập trình Arduino với Arduino IDE .............................................................. 52 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .............................. 53 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng..................................................................... 53 4.5.2 Quy trình thao tác .......................................................................................... 54 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .................................................... 55 5.1 CAMERA 3D ..................................................................................................... 55 5.2 XÁC ĐỊNH VẬT CẢN ................................................................................... 55 5.3 NHẬN DẠNG VẬT MỐC .............................................................................. 57 5.4 KẾT QUẢ TRÁNH VẬT CẢN ...................................................................... 58 5.5 KẾT QUẢ ĐO KHOẢNG CÁCH CỦA XE LĂN ......................................... 60 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 62 6.1 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 62 6.1.1 Kết quả đạt được ........................................................................................... 62 6.1.2 Những mặt hạn chế ....................................................................................... 62 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................. 62 LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1 : Bluetooth ......................................................................................................... 22 Hình 2: Arduino IDE ..................................................................................................... 26 Hình 3: camera Intel RealSense D435 3D ...................................................................... 27 Hình 4: Cấu tạo camera Intel RealSense D435 3D ......................................................... 28 Hình 5: Nguyên lý camera Intel RealSense D435 3D..................................................... 28 Hình 6: Sơ đồ phần cứng camera Intel RealSense D435 3D........................................... 29 Hình 7: Module HC06 ................................................................................................... 30 Hình 8: Kit Arduino Nano. ............................................................................................ 31 Hình 9: Module điều khiển động cơ BTS7960 ............................................................... 32 Hình 10: Sơ đồ khối ...................................................................................................... 34 Hình 11: Khối thu tín hiệu ............................................................................................. 34 Hình 12: Laptop ............................................................................................................ 35 Hình 13: Hình ảnh động cơ xe lăn ................................................................................. 36 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ ...................................................... 37 Hình 15: Acquy của xe lăn điện ..................................................................................... 37 Hình 16: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn acquy ................................................................. 39 Hình 17: Giao giữa 2 tập hợp keypoint .......................................................................... 42 Hình 18: Bộ phận điều khiển ......................................................................................... 44 Hình 19: Bộ phận điều khiển hoàn chỉnh ....................................................................... 44 Hình 20: Bộ phận điều khiển với nguồn ........................................................................ 45 Hình 21: Bộ phận camera và laptop ............................................................................... 46 Hình 22: mô hình hoàn chỉnh......................................................................................... 46 Hình 23: Lưu đồ giải thuật chính ................................................................................... 47 Hình 24: Ma trận không gian màu RGB ........................................................................ 48 Hình 25: Truyền dữ liệu cho xe di chuyển ..................................................................... 49 Hình 26: Xác định khoảng cách dừng camera ................................................................ 50 Hình 27: Truyền dữ liệu cho xe di chuyển ..................................................................... 50 Hình 28: Tạo file mới Sublime Text 3 ........................................................................... 52 Hình 29: chọn cổng Arduino ......................................................................................... 52 Hình 30: Kiểm tra thư viện ............................................................................................ 53 Hình 31: Kết quả ảnh RGB và ảnh độ sâu từ camera ..................................................... 55 Hình 32: Kết quả xác định vật cản của camera............................................................... 56 Hình 33: Kết quả xác định vật mốc của camera trường hợp 1 ........................................ 57 Hình 34: Kết quả xác định vật mốc của camera trường hợp 2 ........................................ 57 Hình 35: Kết quả xác định vật mốc của camera trường hợp 3 ........................................ 58 Hình 36: đi thẳng ........................................................................................................... 58 Hình 37: rẽ trái .............................................................................................................. 59 Hình 38: rẽ phải ............................................................................................................. 59 Hình 39: xe lăn dừng trước vật mốc ............................................................................... 60 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 1: Thông số cơ bản động cơ ................................................................................. 36 Bảng 2: Thông số đo được ............................................................................................ 38 Bảng 3: Danh sách các model và linh kiện liên quan. ................................................... 43 Bảng 4: Thống kê kết quả xác định khoảng cách tối đa camera nhìn thấy vật cản ......... 56 Bảng 5: Thống kê kết quả xác định khoảng cách vật mốc ............................................. 60 TÓM TẮT Trong đời sống, xe lăn là thiết bị hỗ trợ cần thiết cho những người khuyết tật, nó đã và đang được ứng dụng trong các hộ gia đình đang có người khuyết tật, di chuyển một cách khó khăn. Đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D” là mô hình với mục đích giúp người khuyết tật có cả năng di chuyển một cách tự động, linh hoạt. Xe lăn đạt được những mục tiêu nhận diện vật cản phía trước, xác định được vật mốc và cho xe ngừng di chuyển tại vật mốc. Kết quả đã đạt được những mục tiêu đề ra với đề tài là:  Xác định được vật cản  Điều hướng xe lăn di chuyển khi có vật cản  Nhận dạng được vật mốc  Xác dịnh vị trí dừng khi có vật mốc Với kết quả đạt được xe lăn có thể chạy theo đúng với yêu cầu trong điều kiện thực tế, khả thi trong thương mại và cuộc sống. Có khả năng ứng dụng trong các bệnh viện, nhà ở, nơi có địa hình di chuyển không quá gồ ghề. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo công bố của Tổng cục thống kê và UNICEF ngày 11 -1 -2019, hơn 7% dân số Việt Nam từ 2 tuổi trở lên – khoảng 6,2 triệu người là người khuyết tật. Bên cạnh đó, có 13% dân số - gần 12 triệu người, sống chung trong hộ gia đình có người khuyết tật. Người khuyết tật được phân thành 6 loại dạng tật, đó là: khuyết tật vận động (chân, tay); khuyết tật nghe, nói (câm, điếc); khuyết tật nhìn (khuyết tật về mắt, khiếm thị); khuyết tật thần kinh, tâm thần (người rối loạn thần kinh, người điên); khuyết tật trí tuệ (bại não, động kinh, tự kỷ); khuyết tật khác (nạn nhân chất độc da cam, người nhiễm vi rút độc hủy hoại cơ thể).[1] Cơ sở hạ tầng hiện nay ở nước ta vẫn chưa phát triển các hạng mục dành cho người khuyết tật. Nhà nước đã trợ cấp các dụng cụ hỗ trợ cho người khuyết tật như chân tay giả, xe lăn, máy trợ thínhnhưng đối với người khuyết tật về vận động hay nghe, nhìn thì xe lăn là vật dụng rất cần thiết để di chuyển. Tuy nhiên, để một người khuyết tật có thể tự đi lại được bằng xe lăn thì đòi hỏi phải có bộ điều khiển để xe lăn có thể di chuyển theo ý muốn của người khuyết tật. Có nhiều nghiên cứu về bộ điều khiển cho xe lăn điện như bài báo “Gyro- Accelerometer based Control of an Intelligent Wheelchair” [2] của nhớm tác giả Rafia Hassani, Mohamed Boumehraz, Maroua Hamzi, Zineb Habba được ra mắt ngày 9 tháng 6 năm 2018, đề tài xe lăn điện điều khiển bằng cử động đầu của nhóm sinh viên đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng, Đại học giao thông vận tải, vẫn còn một số nhược điểm như thiết bị điều khiển còn sơ sài, sử dụng cảm biến siêu âm phát hiện vật cản quá nhiều gây mất thẩm mĩ, Với mục đích có thể tạo ra một bộ điều khiển giúp người khuyết tật có thể di chuyển dễ dàng bằng xe lăn vận dụng một các ưu điểm và nhằm khắc phục một số nhược điểm mà các nghiên cứu trước đã thực hiện, nhóm xin giới thiệu đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN và thi công bộ điều khiển xe lăn điện bằng cảm biến gia tốc”, do chính nhóm tiến hành nghiên cứu và thực hiện. Với mô hình này, chúng ta có thể phát triển bộ điều khiển biến chiếc xe lăn thành một vật dụng hữu ích giúp cho người khuyết tật có thể đi lại dễ dàng hơn Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật trong một vài thập kỷ gần đây, xử lý ảnh tuy là một ngành khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoa học khác nhưng hiện nay đang là một trong những lĩnh vực phát triển rất nhanh và thu hút sự quan tâm đặc biệt từ các nhà khoa học, thúc đẩy các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng về lĩnh vực hấp dẫn này. Xử lý ảnh đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tế về khoa học kĩ thuật cũng như trong cuộc sống thường ngày như: sản xuất và kiểm tra chất lượng, sự di chuyển của Robot, các phương tiện đi lại tự trị, công cụ hướng dẫn cho người mù, an ninh và giám sát, nhận dạng đối tượng, nhận dạng mặt, các ứng dụng trong y học, sản xuất, hiệu chỉnh video. Camera 3D [1-2] hiện đang là loại camera có độ ứng dụng cao trong khoa học kỹ thuật vì camera này có khả năng ghi nhận chiều sâu đối tượng, tương tự mắt con người. 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D” sử dụng laptop xử lý được tín hiệu từ camera 3D Realsense sau đó giao tiếp với Arduino Nano là bộ xử lý tín hiệu điều khiển động cơ đặt dưới xe để điều khiển xe lăn điện. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để tài “Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D” Có những nội dung sau: . NỘI DUNG 1: Tìm hiểu phương pháp nhận dạng vật mốc . NỘI DUNG 2: Tổng quan về xử lý ảnh. . NỘI DUNG 3: Tìm hiểu camera 3D và các Module liên quan. . NỘI DUNG 4: Viết chương trình trên Python va Arduino. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN . NỘI DUNG 5: Hoàn thành mô hình. . NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện 1.4 GIỚI HẠN Với đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D” thì chỉ sử dụng được ở những nơi có địa hình bằng phẳng không gồ ghề, tránh ánh sáng trực tiếp từ mặt trời gây ra nhiễu camera. Khoảng cách phát hiện được vật cản là dưới 1.5m, độ cao của vật phải trên 0.5m so với mặt đất. 1.5 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 Chương này sẽ trình bày cơ bản về xử lý ảnh, phương pháp cơ bản để nhận dạng và phân loại ảnh, tính kích thước sản phẩm, giới thiệu cơ bản về camera3D và thư viện liên quan.  Chương 3: Thiết kế và tính toán Chương này sẽ đi tìm hiểu kỹ các thuật toán nhận dạng sản phẩm theo hình dạng, thuật toán tính kích thước và thiết kế mô hình sản phẩm.  Chương 4: Thi công hệ thống Nội dung chương này là quá trình thi công cùng với việc chạy chương trình về phân loại sản phẩm cũng như tính kích thước sản phẩm.  Chương 5: Kết quả nhận xét và đánh giá Nội dung chương này là tổng hợp các kết quả đạt được sau khi thi công mô hình và kết quả đạt được khi phân loại sản phẩm.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Kết quả nhận được khi hoàn thiện đề tài, đưa ra các hướng phát triển hoàn thiện. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH VÀ CÁC THƯ VIỆN LIÊN QUAN 2.1.1 Giới thiệu xử lý ảnh Xử lý ảnh không còn là đề tài quá mới, nó được áp dụng từ trong các hoạt động thường ngày cho đến việc nâng cao sản xuất. Nó giúp ích cho cá nhân hay gia đình, mà còn ứng dụng cả trong Chính trị, Y tế, Giáo dục Xử lý tín hiệu là một môn học trong kỹ thuật điện tử, viễn thông và trong toán học. Liên quan đến nghiên cứu và xử lý tín hiệu kỹ thuật số và analog, giải quyết các vấn đề về lưu trữ, các thành phần bộ lọc, các hoạt động khác trên tín hiệu. Các tín hiệu này bao gồm truyền dẫn tín hiệu, âm thanh hoặc giọng nói, hình ảnh, và các tín hiệu khác Trong số các phương pháp xử lý tín hiệu kể trên, lĩnh vực giải quyết với các loại tín hiệu mà đầu vào là một hình ảnh và đầu ra cũng là một hình ảnh, sản phẩm đầu ra được thực hiện trong một quá trình xử lý. Đó chính là quá trình xử lý ảnh. Nó có thể được chia thành xử lý hình ảnh tương tự và xử lý hình ảnh kỹ thuật số. Để có 1 bức ảnh số ta có quá trình thực hiện như sau: Chụp ảnh từ một máy ảnh là một quá trình vật lý. Ánh sáng mặt trời sử dụng như một nguồn năng lượng. Một dãy cảm biến được sử dụng cho việc thu lại của hình ảnh. Vì vậy, khi ánh sáng mặt trời rơi trên người đối tượng, sau đó số lượng ánh sáng phản xạ của đối tượng được cảm nhận từ các cảm biến, và một tín hiệu điện áp liên tục được tạo ra bởi số lượng dữ liệu cảm biến đó. Để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số, chúng ta cần phải chuyển đổi dữ liệu này thành một dạng kỹ thuật số. Điều này liên quan đến việc lấy mẫu và lượng tử hóa. Kết quả của việc lấy mẫu và lượng tử hóa sau một quá trình xử lý là một hình ảnh kỹ thuật số. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.2 Những kiến thức cơ bản trong xử lý ảnh A. Điểm ảnh: Là đơn vị cơ bản nhất để tạo nên một bước ảnh kỹ thuật số, địa chỉ của điểm ảnh được xem như là một tọa độ (x,y) nào đó. Một bức ảnh kỹ thuật số - có thể được tạo ra bằng cách chụp hoặc bằng một phương pháp đồ họa nào khác - được tạo nên từ hàng ngàn hoặc hàng triệu pixel riêng lẻ. Bức ảnh càng chứa nhiều pixel thì càng chi tiết. Một triệu pixel thì tương đương với 1 megapixel. B. Ảnh số: là tập hợp hữu hạn các điểm ảnh với mức xám phù hợp dùng để mô tả ảnh gần với ảnh thật. Số điểm ảnh xác định độ phân giải của ảnh. Ảnh có độ phân giải càng cao thì càng thể hiện rõ nét các đặt điểm của tấm hình càng làm cho tấm ảnh trở nên thực và sắc nét hơn. Một hình ảnh là một tín hiệu hai chiều. Nó được xác định bởi hàm toán học f(x, y) trong đó x và y là hai tọa độ theo chiều ngang và chiều dọc. Các giá trị của f(x, y) tại bất kỳ điểm nào là cung cấp các giá trị điểm ảnh (pixel ) tại điểm đó của một hình ảnh. C. Phân loại ảnh: Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng, gán bằng một giá trị tại điểm đó. Các mức ảnh xám thông thường: 16, 32, 64, 128, 256. Mức được sử dụng thông dụng nhất là 256, tức là dùng 1 byte để biểu diễn mức xám. Ảnh nhị phân: Là ảnh có 2 mức trắng và đen. Chỉ có 2 giá trị 0 và 1 và chỉ sử dụng 1 bit dữ liệu trên 1 điểm ảnh. Ảnh đen trắng: Là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác) với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau. Ảnh màu: Là ảnh kết hợp của 3 màu cơ bản lại với nhau để tạo ra một thế giới màu sinh động. Người ta thường dùng 3 byte để mô tả mức màu, tức là có khoảng 16,7 triệu mức màu. Hiện nay xử lý ảnh được giảng dạy trường đại học và ứng dụng vào thực tế rất nhiều như các phần mềm chỉnh sửa hình ảnh hay nhận biết khuôn mặt. Chính vì thế có rất nhiều BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT công cụ để chúng ta lập trình ứng dụng vào thực tế, Như phải kể đến Matlap, hay ngôn ngữ Python 2.1.3 Phương pháp nhận dạng vật mốc Với đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe lăn tự hành trong nhà dùng camera 3D.” Thiết kế mô hình phân có khả năng nhận dạng các vật xung để có quyết định cho xe lăn. Trong cuộc sống hiện nay,mỗi gia đình đều trang bị rất nhiều vật dụng trong nhà với vô số màu sắc, hình dáng. Mỗi vật mốc đều có một hình dáng , màu sắc khác nhau . Vì thế mỗi vật mốc có điểm đặc biệt riêng. Ở đây ta chúng ta nhận dạng vật mốc bằng các điểm đặc đó của vật mốc. Có nhiều giải thuật để nhận dạng vật mốc như SUFT,YOLO..., trong phần này tôi đề cập tới giải thuật SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) là phát minh đã được đăng kí bản quyền của David Lowe, là giải thuật trong lĩnh vực Computer Vision, dùng để nhận dạng và miêu tả những điểm đặc trưng(local features) trong ảnh. Giải thuật lần đầu được giới thiệu bởi David Lowe năm 1999. Giải thuật này(cùng với giải thuật anh em là SURF) được ứng dụng rộng rãi trong Nhận dạng đối tượng(object recognition), mô hình hóa 3D(3D modeling),... 2.2 TRUYỀN DỮ LIỆU BLUETOOTH 2.2.1 Giới thiệu Bluetooth là sự trao đổi dữ liệu không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động như điện thoại di động, tablet, laptop với nhau và với thiết bị cố định mà không cần một sợi cáp để truyền tải. Bluetooth sử dụng sóng Radio tần số 2.4GHz. Tuy sử dụng cùng tần số với công nghệ Wifi nhưng chúng không hề xung đột với nhau vì Bluetooth sử dụng tần số có bước sóng ngắn hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 21 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 1 : Bluetooth Bluetooth là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặt tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn của Bluetooth cho sản phẩm của mình. Những chỉ tiêu kỹ thuật này bảo đảm cho các thiết bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. 2.2.2 Ứng dụng của Bluetooth Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm: + Điều khiển và gia