Đang tải... (xem toàn văn)
Từ Matlab xuất tín hiệu ra Vi Xử Lý (thông qua cổng COM) để điều khiển xe
Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN 1. NỘI DUNG Dùng Matlab nhận dạng trạng thái đèn giao thông là màu gì. Để nhận biết được màu sắc của đèn giao thông cần trải qua 2 bước: Bước 1: Tách biên dạng hình tròn của đèn giao thông. Bước 2: Nhận dạng màu sắc của đèn giao thông trong biên hình tròn đó. Từ Matlab xuất tín hiệu ra Vi Xử Lý (thông qua cổng COM) để điều khiển xe. 2. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Tìm hiểu về các bộ tách biên và sử dụng bộ tách biên Sobel để tách được biên của đèn giao thông. Nhận dạng được màu sắc của đèn giao thông (xanh, đỏ). Xuất được tín hiệu từ Matlab ra cổng COM để điều khiển Vi Xử Lý rồi từ Vi Xử Lý điều khiển xe (đèn xanh xe chạy, đèn đỏ xe dừng). 3. HẠN CHẾ Xe chạy được khoảng cách không xa chỉ khoảng 4m. Trang 1 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày……tháng……năm…… Giáo viên hướng dẫn Ký tên Trang 2 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO Ngày……tháng……năm…… Hội đồng Ký tên Trang 3 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trường Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Trinh đã tận tình hướng dẫn chúng em trong thời gian làm Đồ Án 2B. Chúng tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã giúp đỡ và cùng chúng tôi nghiên cứu học tập. Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Văn Hoan Nguyễn Thành Luân Trang 4 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh MỤC LỤC PHẦN A: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN Trang 9 CHƯƠNG I: THUẬT TOÁN TÁCH BIÊN VÀ NHẬN DẠNG MÀU …………………………………………… .10 1. Giới thiệu về các bộ tách biên …………………………………….10 1.1. Cơ sở của việc tách biên………………………………………….10 1.2. Bộ tách biên Sobel……………………………………………… 12 1.3. Bộ tách biên Canny……………………………………………….14 1.4. Bộ tách biên Prewitt………………………………………………16 1.5. Bộ tách biên Roberts…………………………………………… .17 1.6. Bộ tách biên Laplace của hàm Gauss…………………………… 17 2. Phương pháp nhận dạng màu…………………………………….18 2.1 Mô hình màu RGB………………………………….…………… 18 2.2 Mô hình màu CMY…….………………………………………….19 2.3 Mô hình màu CYMK…………………………………………… .19 2.4 Mô hình màu HSV……………………………………………… .20 2.5 Các kỹ thuật tái hiện ảnh……………………………………… 20 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MATLAB…………………………………………………… 22 1. Tạo giao diện người dùng nhờ công cụ GUIDE của MATLAB……………………………………………………………… 22 2. Toolbox bắt ảnh………………………………………… 25 2.1. Nhiệm vụ của Toolbox………………………………………… .25 2.2. Các bước thu thập ảnh cơ bản của Toolbox………………… .25 3. Toolbox xử lý ảnh………………………………………………… .28 3.1. Các loại ảnh trong MATLAB…………………………………….28 3.1.1. Ảnh chỉ số………………………………………………….29 3.1.2. Ảnh biểu diễn theo độ sáng……………………………… 29 3.1.3. Ảnh nhị phân………………………………………………30 3.1.4. Ảnh RGB………………………………………………… 30 Trang 5 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh 3.2. Các hàm xử lý ảnh cơ bản trong MATLAB…………………… .31 3.2.1. Đổi màu và loại ảnh……………………………………….31 3.2.2. Xử lý hình học…………………………………………… 32 3.2.3. Lọc nhiễu………………………………………………… 32 3.2.4. Phân tích ảnh………………………………………………32 3.2.5. Biến đổi ảnh……………………………………………… 32 CHƯƠNG III: SƠ LƯỢC CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH XE THÔNG MINH……………… 33 1. Sơ đồ tổng quát…………………………………………………… .33 2. Cơ chế hoạt động……………………………………………………33 CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH…………………………………… .34 1. Sơ đồ nguyên lý…………………………………………………… .34 2. Nguyên lý hoạt động……………………………………………… 34 PHẦN B: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH XE THÔNG MINH………………………………………… 36 1. Lưu đồ giải thuật……………………………………………… 37 2. Qúa trình xử lý ảnh…………………………………………………38 2.1. Xử lý video giao tiếp qua Webcam chụp lại ảnh trên mô hình… .38 2.2. Chuyển ảnh màu dạng RGB thành ảnh mức xám……………… .39 2.3. Tách biên và loại bỏ các thành phần nhiễu……………………….40 2.4. Làm phẳng nhị phân và lấp đầy các lỗ trống…………………… 41 2.5. Xác định trọng tâm, biên, tính khoảng cách………………………41 2.6. Xác định màu của đèn giao thông……………………………… .42 2.7. Cửa sổ giao diện………………………………………………… 43 PHẦN C: KẾT LUẬN…………………………………… .44 PHẦN D: PHỤ LỤC…………………………………………46 1. Code của Callback………………………………………………….47 2. Chương trình giao tiếp với vi xử lý……………………………….55 Trang 6 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh 3. Tài liệu tham khảo………………………………………………….56 Trang 7 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay đất nước ta đang chuyển mình theo sự phát triển chung của thế giới bằng việc Việt Nam đã gia nhập tổ chức kinh tế thế giới WTO. Đây là một bước ngoặt quan trọng nhằm thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển sánh vai với các cường quốc năm châu.Với tốc độ phát triển như hiện nay chúng ta không chỉ cần một lượng lao động khổng lồ mà còn đòi hỏi có trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị sản xuất. Mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì vấn đề tự động hoá ngày càng được chú trọng. Những năm gần đây MATLAB và các Toolbox kèm theo đã trở thành công cụ không thể thiếu của các cán bộ nghiên cứu giảng dạy, sinh viên đại học, cao học và nghiên cứu sinh thuộc các ngành khoa học kỹ thuật nước ta. Điều này có được là do MATLAB cung cấp một công cụ tính toán và lập trình bậc cao dễ sử dụng hiệu quả và thân thiện với người dùng. MATLAB cung cấp cho người sử dụng các phương thức để thực hiện các mô phỏng trên máy tính, ngoài ra MATLAB còn có thể giao tiếp với Vi Xử Lý, PLC,…cùng với các thiết bị phần cứng để thực hiện các ứng dụng vào thực tế. Vì vậy trong phạm vi hiểu biết của mình, chúng em đã tìm hiểu và thực hiện đề tài “Mô hình xe thông minh”. Đây là sự kết hợp giữa MATLAB và Vi Xử Lý để điều khiển xe không người lái (xe thông minh). Trong quá trình thực hiện Đồ Án 2B cùng với sự nỗ lực của bản thân và áp dụng những kiến thức được trang bị ở trường, chúng em đã có nhiều cố gắng để thực hiện tốt Đồ Án. Tuy nhiên do kiến thức và khả năng còn có hạn nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô trong hội đồng giám khảo để Đồ Án của chúng em được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn. TP. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Văn Hoan Nguyễn Thành Luân Trang 8 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh Trang 9 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh CHƯƠNG I THUẬT TOÁN TÁCH BIÊN VÀ NHẬN DẠNG MÀU 1. GIỚI THIỆU VỀ CÁC BỘ TÁCH BIÊN 1.1. Cơ sở của việc tách biên Biên là tập hợp những pixel (nằm trên đường biên giới giữa 2 vùng) liên kết với nhau. Một biên lý tưởng có các thuộc tính của mô hình ở hình 1.1. Hình 1.1: Mô hình biên lý tưởng Tuy nhiên trong thực tế các yếu tố như là chất lượng của hệ thống thu nhận hình ảnh, tốc độ lấy mẫu, điều kiện chiếu sáng của mỗi bức ảnh, … ảnh hưởng đến chất lượng của hình ảnh. Vì vậy kết quả là biên giống với một đoạn dốc được thể hiện trong hình 1.2. Trang 10 [...]... này có được là do Webcam chụp hình đèn giao thông và đưa vào máy tính Matlab sẽ phân tích và xử lý bằng các hàm của chương trình này Kết quả sau khi xử lý sẽ tách lấy biên hình tròn và nhận dạng được màu sắc của đèn giao thông đó là màu gì (xanh hay đỏ), công cụ GUI của Matlab dùng để xây dựng giao diện mô phỏng, cuối cùng là xuất tín hiệu ra Vi Xử Trang 33 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh Lý thông qua... Mô Hình Xe Thông Minh CHƯƠNG III SƠ LƯỢC CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH XE THÔNG MINH 1 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT Input B.1 Ảnh màu Đ Kiểm tra đối tượng có phải là hình tròn? Tách biên B.2 S Lấy thông tin 3 lớp màu Từ VXL xuất tín hiệu ra điều khiển xe Xác định xem đó là màu gì Output Đưa tín hiệu đến VXL thông qua cổng COM B.3 B.4 2 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG Ảnh được đưa vào để xử lý là ảnh màu của đèn giao thông, ảnh... chụp được đèn đỏ, trạng thái đèn đỏ này được đưa vào làm cơ sở dữ liệu cho MATLAB xử lý rồi xuất tín hiệu cho Vi Xử Lý Trang 34 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh tiếp tục xử lý thông qua cổng COM, chương trình của Vi Xử Lý sẽ xử lý tín hiệu nhận được rồi xuất mức 1 ra để cho xe đừng Trong trường hợp Webcam chụp được đèn xanh cũng tương tự, trạng thái đèn xanh đuợc đưa vào làm cơ sở dữ liệu cho MATLAB xử... thông qua cổng COM Chương trình của Vi Xử Lý sẽ thu nhận tín hiệu đó và điều khiển xe (chạy hoặc dừng) CHƯƠNG IV SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của mô hình xe thông minh 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Webcam chụp liên tiếp trạng thái của đèn giao thông, nếu đèn giao thông không thay đổi màu sắc thì trạng thái của xe cũng không thay đổi (đang chạy thì... hình màu nào là đầy đủ cho mọi khía cạnh của màu, người ta sử dụng các mô hình màu khác nhau để mô tả các tính chất được nhận biết khác nhau của màu Thí dụ: + Mô hình màu RGB: ánh sáng Red, Green và Blue ứng dụng cho màn hình, TV + Mô hình HSV: Nhận thức của con người + Mô hình CYK: Máy in 2.1 Mô hình màu RGB - Mọi màu được biểu diễn bởi không gian màu RGB đều là sự pha trộn của 3 thành phần màu cơ... 0.587G + 0.114B 2.2 Mô hình màu CMY - Gồm 3 thành phần màu cơ bản cyan, magenta, yellow Là bù màu của không gian GRB Mối quan hệ giữa 2 không gian: màu ban đầu + màu bổ túc => trắng R + C => W Y + B => W M + B => W Phương pháp pha trộn màu trong cuộc sống 2.3 Mô hình màu CMYK Là sự mở rộng mô hình màu CMK bằng cách thêm vào thành phần màu Black (K) Bởi vì với thành phần màu Black tinh khiết sẽ cho... ở đầu ra sẽ sáng và ngược lại - Ma trận Dither cấp 2n sẽ được tính như sau: Trang 21 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh CHƯƠNG II TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAB 1 TẠO GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG NHỜ CÔNG CỤ GUIDE CỦA MATLAB Giao diện người dùng (graphical user interface GUI) cho phép thực hiện các lệnh MATLAB thông qua các menu, nút nhấn,… tương tự như các ngôn ngữ Visual Basic, Delphi Lập trình GUI được thực hiện... ảnh X và một ma trận màu (còn gọi là bản đồ màu) Ma trận có thể là kiểu uint8, uint16 hoặc double Ma trận màu là một ma trận kích thước m x 3 gồm các thành phần thuộc kiểu double có giá trị trong khoảng [0 1] Mỗi hàng của ma trận xác định thành phần red, green, blue của một màu trong tổng số m màu được sử dụng trong ảnh Gía trị của một phần tử trong ma trận dữ liệu ảnh cho biết màu của điểm ảnh đó nằm... tìm các điểm giao zero giữa các biên kép Cú pháp tổng quát là: [g , t ] = edge(f, ‘log’, T, sigma) Trong đó: sigma là độ lệch chuẩn, giá trị mặc định của sigma là 2, các tham số còn lại giống phần trước Những biên không lớn hơn T ta bỏ qua Nếu T không được cho hoặc rỗng, edge chọn giá trị một cách tự động 2 PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MÀU Là phương pháp diễn giải các đặc tính và tác động của màu trong ngữ... trên máy tính thông qua phần mềm của nhà sản xuất Trang 25 Đồ Án 2B Mô Hình Xe Thông Minh Khởi động MATLAB Bước 2: Chỉ định thông tin phần cứng: Ta cần chỉ định cho MATLAB biết phần cứng nào dùng để lấy dữ liệu (vì có thể có nhiều camera kết nối với PC) Gõ lệnh imaqhwinfo để biết tên các loại thiết bị có thể dùng Tên Loại thiết bị ‘coreco’ Thiết bị của công ty coreco ‘DCAM’ Các thiết bị dùng chuẩn . Xe Thông Minh TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN 1. NỘI DUNG Dùng Matlab nhận dạng trạng thái đèn giao thông là màu gì. Để nhận biết được màu sắc của đèn giao thông. biên dạng hình tròn của đèn giao thông. Bước 2: Nhận dạng màu sắc của đèn giao thông trong biên hình tròn đó. Từ Matlab xuất tín hiệu ra Vi Xử Lý (thông
