ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

Từ thực tiễn như vậy chúng em quyết định thực hiện nghiên cứu đề tài “ứng dụng xử lý ảnh trong đánh giá chất lượng sản phẩm”, từ đó giúp quá trình phân loại sản phẩm diễn ra nhanh hơn từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tháng 6/2012

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

Tác giả

ĐẶNG TẤN VINH NGUYỄN THANH ĐỊNH

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Tháng 6/2012

i

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cám ơn tất cả quý Thầy, Cô ở trường Đại học Nông Lâm và quý Thầy, Cô trong khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ

em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài

Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với cô Trần Thị Kim Ngà đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt, em xin cám ơn quý Thầy, Cô trong Hội Đồng đã dành thời gian nhận xét, góp ý để Luận văn của em hoàn thiện hơn

Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè

đã động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn thành Luận văn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện Đặng TấnVinh – Nguyễn Thanh Định

ii

TÓM TẮT

Hiện nay việc trồng và xuất khẩu các sản phẩm nông nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế tương đối cao nhưng hầu hết các khâu từ trồng trọt, thu hoạch đến phân loại đóng gói sản phẩm đều được thực hiện với phương pháp thủ công do đó năng suất tương đối thấp Từ thực tiễn như vậy chúng em quyết định thực hiện nghiên cứu đề tài

“ứng dụng xử lý ảnh trong đánh giá chất lượng sản phẩm”, từ đó giúp quá trình phân loại sản phẩm diễn ra nhanh hơn từ đó tăng năng suất lao động

Nước ta là một nước có sản lượng gạo xuất khẩu tương đối cao trên thế giới và đang cố gắng để vươn lên dẫn đầu Để làm được điều đó thì nước ta phải tăng cường sản lượng xuất khẩu, bên cạnh đó còn phải chú trọng đến chất lượng sản phẩm để có thể đạt được doanh thu cao nhất

Chính vì thế với sự giúp đỡ của cô Trần Thị Kim Ngà chúng em đã lựa chọn gạo

để làm sản phẩm nghiên cứu cho đề tài này, từ đó ta mở rộng ra áp dụng cho tất cả các sản phẩm khác

Kết quả chúng em đã đánh giá được một số tiêu chuẩn về chất lượng gạo bằng xử

lý ảnh thông qua camera xử lý: phát hiện tạp chất, tính tỉ lệ bạc bụng, tỉ lệ số hạt nguyên – hạt vỡ, tính được chiều dài trung bình, chiều dài chưa đạt Từ đó rút ra nhận xét đánh giá chất lượng của gạo

Do thời gian thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 3 cho đến tháng 5 cũng như mức độ rộng lớn của đề tài, nên dù đã cố gắng hết sức nhưng phương án giải quyết bài toán của chúng em chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô và bạn bè để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện Đặng Tấn Vinh Nguyễn Thanh Định

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i 

TÓM TẮT ii 

MỤC LỤC iii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG vi 

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii 

Chương 1  MỞ ĐẦU 1 

1.1.  Đặt vấn đề 1 

1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu 2 

Chương 2 TỔNG QUAN 3 

2.1.  Tổng quan về chất lượng gạo 3 

2.1.1.  Thuật ngữ và định nghĩa 3 

2.1.2.  8 tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gạo: 4 

2.2.  Các tiêu chuẩn về chất lượng gạo 6 

2.2.1  Tiêu chuẩn kích thước hạt gạo 6 

2.2.2  Tiêu chuẩn của gạo xuất khẩu (theo Viện trưởng Viện lúa ĐBSCL) 8 

2.2.3  Một số tiêu chuẩn phẩm cấp các loại gạo xuất khẩu của Việt Nam: 9 

2.3.  Máy phân loại hạt nông sản bằng công nghệ tự động 12 

2.4.  Tổng quan về xử lý ảnh 14 

2.4.1.  Hệ thống xử lý ảnh 14 

2.4.2.  Cấu trúc ảnh RGB 16 

2.4.3.  Định dạng ảnh 16 

iv

2.4.4.  Quá trình tách đối tượng 16 

2.4.5.  Qua trình nhận dạng đối tượng 17 

2.5.  Phần mềm matlab 18 

Chương 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 

3.1.  Phương tiện thực hiện 22 

3.1.1.  Thiết bị phần cứng 22 

3.1.2  Thiết bị phần mềm 22 

3.2.  Phương pháp thực hiện 22 

3.2.1.  Nghiên cứu lý thuyết 22 

3.2.2.  Bố trí phần cứng 22 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 

4.1.  Tổng quan về hệ thống 24 

4.1.1.  Thiết kế phần cứng 24 

4.1.2.  Quy trình nhận dạng và xử lý ảnh 25 

4.2.  Kết quả nhận dạng và xử lý ảnh 26 

4.2.1.  Sơ đồ khối xử lý ảnh 26 

4.2.2.  Thu nhận ảnh 26 

4.2.3.  Tách đối tượng 27 

4.2.4.  Nhận dạng đối tượng 28 

4.2.5.  Quá trình nhận dạng tạp chất 28 

4.2.6.  Xác định các thông số gạo 31 

4.2.7.  Đánh giá độ bạc bụng 32 

4.2.8.  Lưu đồ giải thuật 34 

4.2.9.  Xuất kết quả 36 

v

4.3.  Khảo nghiệm và kết quả: 36 

4.4.  Kết luận 41 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42 

5.1.  Kết quả đạt được 42 

5.2.  Hướng phát triển đề tài 42 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1: Phân loại hình dạng các tiêu chuẩn hạt gạo 4 

Bảng 2.2: Tiêu chuẩn gạo Việt Nam 6 

Bảng 2.3: Tiêu chuẩn gạo trắng dài 10 

Bảng 2.4: Yêu cầu chất lượng của gạo nếp xát 11 

Bảng 4.1: Phiếu khảo nghiệm kết quả phần mềm 37 

vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống 12 

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý – cấu trúc hệ thống phân loại hạt theo màu sắc 13 

Hình 2.3: Yêu cầu phân loại theo màu sắc 14 

Hình 2.4: Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất 14 

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh 15 

Hình 2.6: Quá trình xử lý ảnh 17 

Hình 2.7: Giao diện matlab 18 

Hình 4.1: Ảnh phần cứng 24 

Hình 4.2: Webcam logitech 905 24 

Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh 25 

Hình 4.4: Giao diện chương trình 25 

Hình 4.5: Sơ đồ các quá trình xử lý của phần mềm 26 

Hình 4.6: Chương trình thu nhận hình ảnh trên máy tính 27 

Hình 4.7:Ảnh trước khi phát hiện tạp chất 29 

Hình 4.8: Sơ đồ các quá trình nhận dạng tạp chất: 29 

Hình 4.9: Ảnh trước khi tăng độ tương phản 30 

Hình 4.10: Ảnh sau khi tăng độ tương phản 30 

Hình 4.11: Sau khi chuyển qua ảnh nhị phân 30 

Hình 4.12: Sau khi phát hiện tạp chất 31 

viii

Hình 4.13: Ảnh ban đầu 32 

Hình 4.14: Ảnh sau khi tăng độ tương phản 33 

Hình 4.15: Ảnh kết quả 33 

Hình 4.16: lưu đồ giải thuật quá trình tách đối tượng 35 

Hình 4.18: Ảnh kết quả hiển thị lên màn hình 36  Hình 4.19: Biểu đồ thể hiện sự chênh lệch giữa kết quả thực tế và của chương trình 40 

ix

1

Chương 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Gạo đóng vai trò quan trọng nhất trong số các mặt hàng nông nghiệp ở Việt Nam

về mặt an ninh lương thực, thu nhập và tạo công ăn việc làm cho khu vực nông thôn,

và doanh thu xuất khẩu Gạo là một nhóm mặt hàng phục vụ chủ yếu cho thị trường nội địa, nhưng khoảng 25% tổng sản lượng được xuất khẩu trong năm 2004 với doanh thu đạt gần 1 tỷ USD, trở thành một trong những mặt hàng có doanh thu xuất khẩu cao nhất của Việt Nam Chiến lược của chính phủ không cho thấy có bất kỳ sự mở rộng chủ yếu nào về xuất khẩu gạo của Việt Nam trong những năm 2000, và ước tính mức xuất khẩu hàng năm khoảng 4,5 triệu tấn Ngành gạo sẽ cần tập trung phát triển hơn nữa các chủng loại gạo mới và nâng cao chất lượng

Việt Nam đã trở thành quốc gia cung cấp gạo quan trọng trên thị trường thế giới Với thị trường toàn cầu, gạo Việt Nam ngày càng khẳng định được vị trí, giữ được giá xuất khẩu và có khả năng cạnh tranh cao ở loại gạo cấp trung bình Nhận thức được giá trị của xuất khẩu gạo mang lại cho nền kinh tế, ta đã cố gắng khắc phục các khiếm khuyết về giống lúa, chất lượng gạo, tập quán canh tác, sức chứa kho dự trữ, công nghệ sau thu hoạch và chế biến Trong đó chất lượng gạo là một trong những chỉ tiêu quan trọng của gạo xuất khẩu

Từ thực tiễn đó, chúng em chọn đánh giá chất lượng gạo

Quy trình giám định chất lượng gạo bao gồm các phần:

 Giám định loại gạo, giám định đặc điểm kỹ thuật của gạo, giám định trọng lượng, giám định số lượng

2

 Giám định trọng lượng bao bì, giám định trọng lượng toàn phần

 Giám định sâu mọt, giám định côn trùng và chất lẫn tạp trong gạo

Nhưng hầu hết các quy trình giám định đều thực hiện thủ công, đặc biệt là quá trình kiểm định hình dạng, kích thước, chất lẫn tạp hoàn toàn thủ công Cho đến nay, công đoạn này tuy đã được cải thiện bằng băng chuyền của một số nhà máy chế biến lớn nhưng chưa tự động hoàn toàn vẫn còn phụ thuộc nhiều vào nhân công

Tóm lại, xuất khẩu gạo Việt Nam tuy vẫn đang phát triển mạnh, nhưng muốn giữ vững được vị thế của mình như hiện nay thì cần tối ưu hóa các công đoạn sản xuất hơn nữa Trong đó, tự động hóa công đoạn đánh giá và phân loại sản phầm sẽ góp phần không nhỏ vào việc tăng năng suất lao động, tăng độ chính xác sau khi phân loại, tăng chất lượng sản phẩm và nâng cao tính an toàn thực phẩm trước khi đóng gói

1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu

Mục đích của đề tài này là nghiên cứu và khảo nghiệm thiết bị đánh giá chất lượng gạo bằng phương pháp xử lý ảnh Vì thời gian có hạn cũng như mức độ rộng lớn của đề tài chúng em chỉ thực hiện nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau:

 Đo kích thước hạt gạo

 Đếm số hạt nguyên hạt vỡ

 Đánh giá độ bạc bụng

 Phát hiện tạp chất trong gạo

 Đánh giá chất lượng gạo

3

Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về chất lượng gạo

2.1.1 Thuật ngữ và định nghĩa

1 Gạo (rice): Gạo bao gồm cả gạo tẻ và gạo nếp

2 Thóc (paady, rough rice): Hạt lúa chưa được bóc vỏ trấu

3 Gạo lật (brown rice, cargo rice, husked rice): Phần còn lại của hạt thóc sau

khi đã tách bỏ hết vỏ trấu

4 Gạo nếp xát hay gạo trắng (milled glutinous rice, white glutinous rice):

Phần còn lại của gạo nếp lật sau khi tách bỏ hoàn toàn hay một phần cám và phôi bởi quá trình xay xát

5 Gạo tẻ trắng (milled rice, white rice): Phần còn lại của hạt gạo lật tẻ sau

khi tách bỏ hoàn toàn hay một phần cám và phôi bởi quá trình xay xát

6 Hạt nguyên vẹn (whole kernel): Hạt gạo không bị vỡ và có chiều dài bằng

hoặc lớn hơn 9/10 chiều dài trung bình của hạt

7 Hạt nguyên (head rice): Hạt gạo không bị vỡ có chiều dài tử 8/10 đến nhỏ

hơn 9/10 chiều dài trung bình của hạt

8 Tấm (broken kernel): Hạt gạo gãy có chiều dài từ 8/10 đến nhỏ hơn 9/10

chiều dài trung bình của hạt nhưng không lọt qua lỗ sàng có đường kính lỗ 1,4mm

9 Tấm lớn (big broken kernel): Hạt gãy có chiều dài lớn hơn 5/10 đến 8/10

chiều dài trung bình của hạt

10 Tấm trung bình (medium broken kernel): Hạt gãy có chiều dài lớn hơn

2,5/10 – 5/10 chiều dài trung bình của hạt gạo nếp

11 Tấm nhỏ (small broken kernel): Phần hạt gãy có chiều dài nhỏ hơn 2,5/10

chiều dài hạt gạo, lọt qua sàng 2mm nhưng không lọt qua sàng 1,4mm

12 Tấm mẳn (chip): Những mảnh gãy, vỡ lọt qua sàng 1,4mm nhưng không lọt

qua sàng 1,0mm

4

13 Hạt hư hỏng (damaged kernel): Hạt gạo hoặc tấm bị giảm chất lượng rõ rệt

do ẩm, sâu bệnh, nấm mốc, côn trùng phá hại hoặc do nguyên nhân khác

14 Hạt non (immature kernel): Hạt gạo từ lúa chưa chín hoặc phát triển chưa

đầy đủ

15 Hạt vàng (yellow kernel): Hạt gạo có một phần hoặc toàn bộ nội nhũ biến

đổi sang màu vàng rõ rệt

16 Hạt đỏ (red kernel): Hạt gạo nguyên hoặc tấm mà lớp vỏ ngoài nội nhũ có

màu đỏ

17 Hạt khác loại (other type kernel, contrasting type): Hạt có kích thước và

hình dạng khác với loại hạt theo yêu cầu (hạt tiêu chuẩn)

18 Tạp chất (impurities, foreign matters): Những vật chất không phải là thóc

gạo bao gồm:

 Toàn bộ phần lọt qua sàng có đường kính lỗ 1,0mm

 Tạp chất hữu cơ: trấu, mảnh rơm, rác, xác côn trùng, hạt hư hỏng hoàn toàn, hạt cây trồng khác và cỏ dại……

 Tạp chất vô cơ: gồm đất, cát, đá, sỏi, mảnh kim loại…

2.1.2 8 tiêu chuẩn đánh giá chất lượng gạo:

1 Kích thước hạt gạo:

Bảng 2.1: Phân loại hình dạng các tiêu chuẩn hạt gạo

Kích thước Chiều dài (mm) Cấp độ Hình dạng Tỷ lệ dài/rộng Cấp độ

Dài nhất > 7.50 1 Thon > 3.0 1

Dài 6.61-7.50 3 Trung bình 2.1-3.0 3 Trung bình 5.51- 6.60 5 Hơi tròn 1.1- 2.0 5

Nguồn: Jenníng et al., (1979)

2 Màu của vỏ cám: Màu của vỏ cám bao gồm màu trắng,nâu sáng, nâu tối,

5 Chất lượng cơm: Chất lượng gạo được nấu gồm hàm lượng amylose, nhiệt

độ trở hồ và độ bền gel Tiêu chuẩn quốc tế về hàm lượng amylose như sau:

 0 – 2% gạo dẻo

 2 – 20% gạo mềm (hàm lượng amylose thấp)

 20 – 25% gạo mềm (hàm lượng amylose trung bình)

 > 25% gạo cứng (hàm lượng amylose cao)

6 Nhiệt độ trở hồ: Là đặc tính chỉ nhiệt độ nấu gạo thành cơm và không thể

trở lại trạng thái ban đầu GT thay đổi từ 55 – 79oC GT trung bình là điều kiện tối hảo cho chất lượng gạo tốt

 GT thấp 55 – 69oC

 GT trung bình69 – 75oC

 GT cao 75 – 79oC

7 Độ bền gel:Tiêu chuẩn quốc tế cho độ bền gel dựa vào chiều dài gel Trong

nhóm gạo, các giống có cùng hàm lượng amylose nhưng độ bền gel cao hơn được ưa

chuộng nhiều hơn

 Cấp 0 không thơm

 Cấp 1 ít thơm

 Cấp 2 thơm nhiều

6

2.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng gạo

2.2.1 Tiêu chuẩn kích thước hạt gạo

 Hạt rất dài: Hạt có chiều dài lớn hơn 7mm

 Hạt dài: Hạt có chiều dài từ 6 – 7mm

 Hạt ngắn: Hạt có chiều dài nhỏ hơn 6mm

b Chi tiết về tiêu chuẩn gạo (TCVN 5644:1999)

Bảng 2.2: Tiêu chuẩn gạo Việt Nam

Loại

gạo Tỷ lệ hạt Thành phần của hạt

Chỉ tiêu chất lượng không lớn hơn theo % khối lượng

7.0

Hạt ngắn L<6.0

Hạt nguyên

%

Tấm

Hạt đỏ/

Hạt sọc đỏ

và hạt

Hạt vàngHạt bạc phấn Hạt bị

hư hỏng Hạt nếp Hạt non Tạp chất Thóc(hạt

7

xây xát

/kg) Độ ẩm

kích thước (mm)

Tấm

và tấm nhỏ %

Trong

đó tấm nhỏ %

5% >=5 <=15 >=60

(0.35-0.75)L 5.0+/-2 <=0.2 2

0.506 1.00 1.50 0.20 0.10 15 14.00 xay xát

kỹ

10% >=5 <=15 >=55

(0.35-0.70)L 10+/-2 <=0.3 2

1.007 1.25 1.50 0.20 0.20 20 14.00 xay xát kỹ

15% <30 >=50

(0.35-0.65)L 15+/-2 <=0.5 5

1.257 1.50 2.00 0.30 0.20 25 14.00 vừa phải

20% <50 >=45

(0.35-0.75)L 20+/-2 <=1.0 5

1.257 1.50 2.00 0.50 0.30 25 14.50 vừa phải

25% <50 >=40

(0.35-0.75)L 25+/-2 <=2.0 7

1.508 2.00 2.00 1.50 0.50 30 14.50 bình

45% <50 >=28

(0.35-0.75)L 45+/-2 <=3.0 7

2.0010 2.50 2.00 2.00 0.50

30 14.50 bìnhthường

2.2.2 Tiêu chuẩn của gạo xuất khẩu (theo Viện trưởng Viện lúa ĐBSCL)

 Phẩm chất xay chà: Trong đó quan tâm đến tỷ lệ gạo nguyên bao gồm:

 Gạo cấp cao: Thường gọi là gạo 5 (là 95% gạo nguyên, 5% gạo gãy) hoặc

là gạo 10 (là 90% gạo nguyên, 10% gạo gãy)

 Gạo cấp thấp: Là gạo 30 hoặc 25 (tỷ lệ gạo nguyên thấp hơn) Tỷ lệ gạo nguyên này biến động tùy vào mùa vụ, kỹ thuật canh tác và bảo quản sau thu hoạch

 Phẩm chất cơm: Chú trọng quan trọng nhất là hàm lượng amylose như sau:

 Amylose 0 – 2%: Nếp, loại này ít có trên thị trường

 Amylose 3 – 20%: Cơm dẻo, thị trường chiếm khoảng 30 – 40%

 Amylose 20 – 25%: Gạo mềm cơm Loại này chiếm trên thị trường rất lớn 60% Hiện nay nước ta đang tập trung vào nhóm này

 Amylose > 25%: Cơm khô cứng, nhóm này thường được làm bánh tráng hoặc bún

 Độ trở hồ: Ngoài phẩm chất cơm, gạo tốt còn phụ thuộc vào độ trở hồ, có các cấp như sau:

 Độ trở hồ cấp 1: Khó nấu

 Độ trở hồ cấp 5: Trung bình (giống IR 64)

 Độ trở hồ cấp 9: Gạo nát và đổ lông Loại này ăn không ngon Giống hiện nay có độ trở hồ và amylose trung bình là IR 64

9

 Độ dài hạt gạo: Trên 7mm là tiêu chuẩn thị hiếu yêu cầu

 Bạc bụng: Yêu cầu đặt ra là không bạc bụng Dù bạc bụng không ảnh hưởng đến chất lượng nhưng đây là thị hiếu của thị trường Các giống lúa thơm thường bị khuyết điểm này Mức độ bạc bụng được chia làm các cấp như sau:

 Cấp 0: Không bạc bụng

 Cấp 1: Vùng bạc bụng ít hơn 10% ở trong hạt gạo

 Cấp 5: Diện tích bạc bụng trung bình 11 – 20%

 Cấp 9: Nhiều hơn 20%

2.2.3 Một số tiêu chuẩn phẩm cấp các loại gạo xuất khẩu của Việt Nam:

 Gạo trắng hạt dài Việt Nam 25% tấm phải đạt những tiêu chuẩn phẩm cấp sau: Tấm tối đa 25%, ẩm tối đa 14,5%, hạt hư tối đa 2,2%, hạt vàng tối đa 1,5%, tạp chất tối đa 5%, thóc tối đa 30 hạt/kg, hạt bạcphấn tối đa 8,0%, hạt non tối đa 1,5%, yêu cầu phải được xay xát kỹ

 Gạo trắng hạt dài Việt Nam 15% tấm phải đạt tiêu chuẩn: chiều dài trung bình 6,2mm, tấm tối đa 15,0%, độ ẩm tối đa 14%, hạt hư tối đa 1,5%, hạt vàng tối đa 1.00%, tạp chất tối đa 0,2%, thóc tối đa 25 hạt/kg, hạt bạc phấn tối đa 7,0%, hạt non tối đa 0,3%, yêu cầu xay xát kỹ

 Gạo trắng hạt dài Việt Nam 10% tấm phải đạt tiêu chuẩn sau: chiều dài trung bình 6,2mm, tấm tối đa 10%, độ ẩm tối đa 14%, hạt hư tối đa 1,25%, hạt vàng tối đa 1,00%, tạp chất tối đa 0,2%, thóc tối đa 20 hạt/kg, hạt bạc phấn tối đa 7,0%, hạt non tối đa 0,2%, yêu cầu xay xát kỹ

 Gạo trắng hạt dài Việt Nam 5% tấm có tiêu chuẩn như sau: chiều dài trung bình 6,2mm ,tấm tối đa 5,0%, độ ẩm tối đa 14%, hạt hư tối đa 1,5%, hạt vàng tối đa 0,5%, tạp chất tối đa 0,1%, thóc tối đa 15 hạt/kg, hạt bạc phấn tối đa 6,0%, hạt non tối

đa 0,2% yêu cầu xay xát kỹ

10

Bảng 2.3: Tiêu chuẩn gạo trắng dài

Tiêu chuẩn gạo xuất khẩu việt namLoại gạo

Hạt vàng (%)

Hạt khác loại (%)

Hạt hư hỏng (%)

Hạt gạo

tẻ (%)

Hạt non (%)

Tạp chất (%)

Thóc hạt (hạt/kg)

Độ

ẩm (%)

Mức xát

Kích thước tấm (mm)

Tổng

số (%)

Tấm mẳn (%) Gạo

12

2.3 Máy phân loại hạt nông sản bằng công nghệ tự động

 Tổng quan về ứng dụng công nghệ xử lý ảnh trong hệ thống phân loại theo màu sắc

Hệ thống phân loại hạt nông sản bằng màu sắc do Viện máy và dụng cụ công nghiệp – IMI Holding trong nước đã nghiên cứu và phát triển, bước đầu đang đưa vào thử nghiệm trong thực tế sản xuất cho hai loại hạt café và hạt gạo Dưới đây phân tích một số kết quả nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật xử lý ảnh trong máy phân loại hạt theo màu sắc của viện IMI

Hình 2.1: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống

Những năm gần đây, công nghệ quang học gắn kết với các hệ thống cơ điện tử rất nhanh, tạo ra số lượng lớn sản phẩm cơ điện tử - máy móc, hệ thống với những bộ phận quang học “thông minh” Như biểu diễn ở hình 2.1, sự hiện diện của công nghệ quang học ngày càng rõ nét, cho phép nâng cao giá trị và hiệu năng của hệ thống, bởi các phần tử quang học kết hợp với các phần tử cơ điện tử nhúng trong hệ thống đã đem lại giải pháp cho nhiều vấn đề kỹ thuật hóc búa

 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống (hình 2.2)

Vật liệu (gạo, café) được cấp bằng bộ phận cấp nguyên liệu rung xuống máng dẫn, ổn định quỹ đạo trên máng rồi chuyển động qua vùng nhận dạng của camera (CCD hoặc CMOS) Màu sắc của đối tượng dịch chuyển ( hạt gạo, café) được nhận biết tức thời (xử lý thời gian thực) và máy tính công nghiệp (IPC) ra quyết định về khả năng chấp nhận hạt đã nhận dạng, phát tín hiệu cho súng phun khí nén bắn hạt đó ra khỏi quĩ đạo dịch chuyển nếu không đạt yêu cầu về chất lượng (trong trường hợp này thông qua màu sắc), và ngược lại thì không phát tín hiệu

13

Qua khỏi vùng nhận dạng, gạo chính phẩm và phế phẩm sẽ được phân tách và chứa trong hai khoang chứa tách biệt Từ đây có thể vào kho hoặc ra máy đóng bao

Việc xử lý và ra quyết định chỉ được phép diễn ra dưới 0.13 mili giây Bài toán

xử lý thời gian thực ở đây đóng vai trò vô cùng quan trọng Nó đòi hỏi hệ thống chiếu sáng phù hợp, kết cấu buồng nhận dạng chuẩn xác, cho phép phân tách các ngưỡng màu tốt, hệ thống camera ghi nhận hình ảnh gần như tức thời và tốc độ chuyển tín hiệu, tốc độ tính toán rất cao Nguồn sáng sử dụng là đèn fluorescence tần số cao (100kHz) Camera CCD quét dòng được tính toán chọn phù hợp về tốc độ, độ phân giải, độ nhạy Các van điện khí chuyên dụng có đặc tính trễ dưới 0,7 mili giây Phần điều khiển điện tử được Viện IMI thiết kế chế tạo trong nước

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý – cấu trúc hệ thống phân loại hạt theo màu sắc

Độ chính xác của kết cấu cơ khí cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định dòng nguyên liệu, giúp cho phần xử lý chỉ phải bù sai số hệ thống Các hệ thống

cơ khí được gia công trên máy CNC với độ chính xác đến 3 – 10 mm

Bài toán ở đây là tổng hợp của nhiều nhiệm vụ phải giải quyết về cơ khí chính xác, kỹ thuật quang điện, hệ thống điện tử điều khiển, phần mềm xử lý, điện động lực, các cơ cấu tác động nhanh, v.v…

 Cơ sở ánh sáng và vấn đề nhận dạng, phân loại hạt nông sản (gạo) theo màu sắc

14

Hình 2.3: Yêu cầu phân loại theo màu sắc

Hình 2.3 là ảnh chụp hạt gạo đầu vào, đầu ra Gạo đầu vào (đã qua công đoạn khác của dây chuyền xử lý như xay xát, sàng sảy, đánh bóng,…) được nhận dạng và

xử lý loại bỏ các hạt lẫn tạp (hạt đỏ, vàng, bạc bụng, tạp chất) Muốn phân loại tốt phải nhận dạng chính xác, ra quyết định đúng và kịp thời để xử lý loại bỏ hạt lẫn tạp vốn được phân định theo màu sắc (hình 2.3)

Hình 2.4: Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và

tạp chất

Hình 2.4 là quan hệ xác định bằng thực nghiệm, qua đó cho phép phân định các hạt lẫn tạp trên cơ sở lựa chọn nguồn sáng phù hợp Không chỉ cần nguồn sáng phù hợp, quan trọng hơn và khó khăn hơn nhiều là phải đảm bảo camera nhận được màu sắc chuẩn xác – đây chính là mấu chốt để đảm bảo chất lượng nhận dạng

2.4 Tổng quan về xử lý ảnh

2.4.1 Hệ thống xử lý ảnh

Một hệ thống xử lý ảnh điển hình thường bao gồm những thành phần sau:

15

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống xử lý ảnh

Từ hình vẽ ta thấy một hệ thống xử lý ảnh bao gồm thu nhận ảnh, số hóa ảnh, phân tích ảnh và cuối cùng là quyết định (tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể mà đưa ra quyết định cho phù hợp)

a Thu nhận ảnh và số hóa

Việc thu nhận ảnh có thể thông qua camera Các camera có thể hoặc là tương tự (loại camera ống kiểu CCIR) hoặc là số (loại camera kiểu CCD_ Charge Coupled Device) Ảnh cũng có thể được thu qua các thiết bị khác như máy quét v v Nếu ảnh nhận được là tương tự nó phải được số hóa nhờ quá trình lấy mẫu và lượng tử hóa trước khi phân tích, xử lý hay lưu trữ ảnh

b Phân tích ảnh

Ở giai đoạn này ảnh được xử lý theo nhiều công đoạn nhỏ như: cải thiện ảnh, khôi phục ảnh để làm nổi bật một số đặc tính chính của ảnh hay làm ảnh gần với trạng thái gốc Tiếp theo là phát hiện các đặc tính như biên, phân vùng

c Hệ quyết định

Cuối cùng tùy theo mục đích của ứng dụng, sẽ là giai đoạn nhận dạng hay các quyết định khác

16

2.4.2 Cấu trúc ảnh RGB

Ảnh nhận được từ camera là một chuỗi bit mô tả các điểm ảnh (pixel) Các pixel này đã được mã hóa thành 3 giá trị màu cơ bản red, green, blue theo lý thuyết màu do Thomson đưa ra năm 1802 Do đó, một ảnh màu sẽ được thể hiện dưới dạng ma trận vector do ba mảng màu cơ bản trên cấu thành

Hệ thống tọa độ của các pixel của ảnh đó được biểu diễn bằng tham số f(x,y) như sau:

Trong đó: M và N là kích thước chiều rộng và chiều cao tương ứng của ảnh (đại diện cho số hàng và cột trong hàm f(x,y)) Hay nói cách khác, ảnh có kích thước MxN Một điểm ảnh có tọa độ (xo,yo) thì f(x0,y0) là mức sáng tại điểm đó

2.4.3 Định dạng ảnh

Trong hệ đồ họa máy tính, ảnh số được lưu trữ trong một bộ nhớ hay còn gọi là định dạng tập tin ảnh Có rất nhiều định dạng ảnh khác nhau như JPEG, GIG, TIF,… Nhưng ở đây ta chỉ quan tâm đến định dạng jpg

2.4.4 Quá trình tách đối tượng

Để đưa ra quyết định cho hệ thống, hệ thống xử lý ảnh cần xử lý các thông tin trong ảnh nhận được từ camera Tuy nhiên, ảnh nhận được sẽ mang nhiều thông tin không cần thiết cho quá trình xử lý và ảnh này sẽ làm tăng khối lượng tính toán dữ liệu Do đó, chúng ta cần phải thực hiện bước tách đối tượng nhằm lấy ra thông tin cơ

sở cho quá trình xử lý

Với bài toán nhận dạng đối tượng (hạt gạo và tạp chất), chúng ta chỉ quan tâm đến đối tượng chính là hạt gạo, còn các đối tượng khác thuộc nền là các đối tượng sẽ được bỏ qua

2.4.5 Qua trình nhận dạng đối tượng

Ảnh đối tượng sau khi qua các bước xử lý sẽ được tiến hành so sánh và phân tích nhằm đưa ra các thông tin cho quá trình tính toán và ra quyết định cho hệ thống xử lý Trong lý thuyết nhận dạng nói chung và nhận dạng ảnh nói riêng có 3 cách tiếp cận khác nhau:

 Nhận dạng dựa vào phân hoạch không gian

 Nhận dạng cấu trúc

 Nhận dạng dựa vào kỹ thuật màng Neural nhân tạo

Hai cách tiếp cận đầu là các kỹ thuật kinh điển Các đối tượng ảnh quan sát và thu nhận ảnh phải trải qua giai đoạn tiền xử lý nhằm tăng cường chất lượng, làm nổi các chi tiết, tiếp theo là trích chọn và biểu diễn các đặc trưng, cuối cùng mới qua giai đoạn nhận dạng

Cách tiếp nhận bằng Neural nhân tạo thì hoàn toàn khác Nó dựa vào cơ chế đoán nhận, lưu trữ và phân biệt đối tượng mô phỏng theo hoạt động của hệ thần kinh con người Do cơ chế đăc biệt, các đối tượng thu nhận bởi thị giác không cần qua giai

  Thu ảnh từ 

camera 

So sánh với giá trị thực nghiệm 

Chuyển đối tượng sang  ảnh nhị phân 

Phần tử cơ bản trong Matlab là mảng và ma trận.các câu lệnh trong Matlab được viết tương tự như cách mô tả các tính toán kỹ thuật bằng công thức toán học, vì thế viết chương trình bằng ngôn ngữ matlab nhanh hơn và đơn giản hơn so với các ngôn ngữ lập trình cấp cao khác như Pascal, C, C++,… Đồng thời ở một mức nào đó Matlab còn cho phép người sử dung có thể truy xuất và làm việc trực tiếp với các ngôn ngữ C,C++ …điều này đem lại thuận lợi cho người sử dụng Matlab

Khởi động chương trình Matlab ta được cửa sổ giao diện như hình sau:

Hình 2.7: Giao diện matlab