Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phôi chính xác cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh

Trên cơ sở đó tiến hànhtính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi chính xác cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh.. Theo nghiên cứu của chúng tôi, hiện tại chưa tìm thấy công trình ng

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Bùi Trọng Hiếu

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn PGS TS Nguyễn Hữu Lộc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phôi chính xác cho

máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Xây dựng giải thuật, viết chương trình xử lý ảnh của phôi (mũ giày thể thao)nhận được từ camera Tính toán sai số vị trí của phôi, hiệu chỉnh sai số, đảmbảo sai lệch vị trí của phôi đạt ±0,5 mm

2 Tính toán thiết kế thân máy, bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phôi,

cơ cấu cấp phôi cho băng tải của máy in lụa 6 trạm

3 Chế tạo và thử nghiệm hệ thống cấp phôi chính xác cho máy in lụa 6 trạm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

TS Bùi Trọng Hiếu, TS Lương Hồng Sâm

Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO(Họ tên và chữ ký)

TS Bùi Trọng Hiếu TS Trần Nguyên Duy Phương

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

(Họ tên và chữ ký)

PGS TS Nguyễn Hữu Lộc

Nghiên cứu thiết kế và điều khiển hệ thống cấp phôi chính xác cho máy inlụa dùng kỹ thuật xử lý ảnh là một đề tài mới, đòi hỏi kiến thức liên quan đến nhiềulĩnh vực Khi thực hiện luận văn này, bản thân học viên còn ít kinh nghiệm nghiêncứu cũng như kinh nghiệm thực tế để có thể giải quyết triệt để vấn đề khoa học đặt

ra Chính vì thế, khi thực hiện luận văn này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân họcviên còn có sự giúp đỡ rất nhiệt tình của rất nhiều cá nhân và đơn vị Tôi xin gửi lời

cảm ơn chân thành tới các Thầy hướng dẫn: TS Bùi Trọng Hiếu, Khoa Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh và TS Lương Hồng Sâm, Khoa Kỹ

-thuật cơ sở - Trường Đại học Trần Đại Nghĩa

Chính nhờ những sự trợ giúp quý báu đó mà bản thân học viên có thêm kiếnthức chuyên ngành, sự tự tin để hoàn thành luận văn này một cách tốt nhất và ngàycàng vững vàng trong công việc chuyên môn

Ngày 20 tháng 6 năm 2014 Học viên thực hiện

Vũ Trọng Bách

Nội dung chính của luận văn đi vào xây dựng giải thuật và viết chương trình

xử lý ảnh của phôi (mũ giày thể thao) nhận được từ camera Trên cơ sở đó tiến hànhtính toán, thiết kế hệ thống cấp phôi chính xác cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật

xử lý ảnh Đề tài đã giải quyết được các vấn đề chính sau:

- Xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh của phôi nhận được từcamera

- Tính toán sai số vị trí của phôi Hiệu chỉnh sai số

- Tính toán, thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phôi với giải thuậtxác định và bù sai lệch

- Tính toán thiết kế cơ cấu cấp phôi cho băng tải của máy in lụa 6 trạm

- Thực nghiệm và đánh giá kết quả

ABSTRACT

This thesis represents an algorithm and program of camera image processing

of shoes-upper, on the basis of what we can calculate and design an accurate shapefeeding system for 6-station silk printer using image processing technique In thisinvestigation, the following problems were solved:

- Development of an algorithm and program for image processing

- Calculation of shoes-upper position errors and its correction

- Calculation and design of an adjustable stitching table including alocalization and error compensation algorithm

- Calculation and design of a shape feeding mechanism for the conveyor of6-station silk printer

- Experimentation and evaluation results

Luận văn này trình bày những kết quả nghiên cứu của tôi về giải thuật, chươngtrình xử lý ảnh mũ giày nhận được từ camera Tính toán sai số vị trí của mũ giày sovới vị trí chuẩn đã được lưu trong camera và hiệu chỉnh sai số, đảm bảo sai lệch vị trícủa mũ giày đạt ±0,5 mm; Tính toán thiết kế thân máy, bàn máy điều chỉnh chínhxác vị trí của phôi, cơ cấu cấp phôi sang băng tải của máy in lụa 6 trạm Những kếtquả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, là của tôi,không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếusai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

Tác giả

Vũ Trọng Bách

- Nhận xét Trang

- Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ

- Lời cảm ơn

- Tóm tắt

- Lời cam đoan

- Mục lục

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 Tổng quan về các hệ thống cấp phôi tự động trong công nghiệp giày 1

1.1.1 Tình hình sản xuất giày tại Việt Nam 1

1.1.2 Xu thế tự động hóa trong ngành giày da 2

1.1.3 Công đoạn in lụa tại một số Công ty giày trong và ngoài nước 2

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 7

1.3 Mục đích nghiên cứu 8

1.4 Nội dung nghiên cứu 8

1.5 Cấu trúc luận văn 8

Chương 2: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT - CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH CỦA MŨ GIÀY NHẬN ĐƯỢC TỪ CAMERA 10

2.1 Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 10

2.1.1 Xử lý ảnh 10

2.1.2 Các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh 11

2.2 Thu nhận và biểu diễn ảnh 16

2.2.2 Biểu diễn ảnh 16

2.3 Thuật toán xác định sai lệch vị trí của phôi 18

2.3.1 Các đặc trưng hình của phôi 20

2.3.2 Biểu diễn dưới dạng moment thống kê 24

2.3.3 Sử dụng các đặc trưng hình học để xác định sai lệch phôi 25

2.3.4 Điều khiển bàn máy 26

2.4 Thuật toán xác định sai số phương pháp và chương trình xử lý ảnh 27

2.4.1 Thuật toán xác định sai số phương pháp 27

2.4.2 Chương trình xử lý ảnh 28

2.4.3 Kết quả cụ thể của thuật toán 31

Chương 3:TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG CHO MÁY IN LỤA 6 TRẠM 33

3.1 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế 33

3.1.1 Lựa chọn phương án công nghệ 33

3.1.2 Thiết kế sơ đồ cấu trúc 37

3.2 Thiết kế cơ cấu cấp phôi 39

3.2.1 Thiết kế thân máy 40

3.2.2 Thiết kế cơ cấu cấp phôi sang băng tải 43

3.2.3 Thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phôi 50

3.2.4 Bản vẽ kết cấu máy 52

4.1.1 Chế tạo bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của phôi 54

4.1.2 Chế tạo hệ thống di chuyển phôi sang băng tải của máy in lụa 55

4.2 Thử nghiệm và đánh giá kết quả 58

4.2.1 Thử nghiệm 58

4.2.2 Đánh giá kết quả 65

Tài liệu tham khảo 67

Phụ lục

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ1.1 Tổng quan về các hệ thống cấp phôi tự động trong công nghiệp giày

1.1.1 Tình hình sản xuất giày tại Việt Nam

Ngành Giầy da Việt Nam là một trong những ngành kinh tế kỹ thuật thu hútđược rất nhiều lao động, tham gia vào quá trình chuyển dịch cơ cấu kinh tế và manglại nguồn thu nhập rất lớn cho đất nước thông qua việc đẩy mạnh xuất khẩu Vì vậy,

nó có vai trò rất quan trọng trong giai đoạn đầu cả quá trình phát triển kinh tế xã hội

ở Việt Nam, hiện nay đang được Chính phủ đang rất quan tâm và coi là đây làngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển hàng công nghiệp tiêu dùng

Trước năm 1992 ngành Giày da Việt Nam chủ yếu thực hiện các hợp đồng giacông mũ, giày cho Liên Xô và các nước XHCN ở Đông Âu Khi khối này tan rã,ngành Giày da đã phải trải qua một thời kỳ vô cùng khó khăn do thiếu đơn đặt hàng.Tuy nhiên đến năm 1993, ngành Giày da Việt Nam đã khởi sắc trở lại nhờ làn sóng

di chuyển sản xuất của các ngành công nghiệp từ các nước phát triển, các nướccông nghiệp mới (NIEs)

Về số lượng các doanh nghiệp, hiện nay ngành Giày da có khoảng 122 doanhnghiệp, trong đó doanh nghiệp trong nước là 78 và doanh nghiệp có vốn đầu tưnước ngoài kể cả doanh nghiệp có vốn đầu tư 100% vốn nước ngoài và liên doanh

là 44, trong số này có 7 doanh nghiệp chuyên sản xuất nguyên phụ liệu và đế giày

Về năng lực sản xuất của toàn ngành đạt 380 triệu đôi giày dép/năm, trong đógiày thể thao chiếm 48,5% – 148,3 triệu đôi, giày vải chiếm 18% – 68,4 triệu đôi,giày da chiếm 1,5% - 5,7 triệu đôi, 30 triệu sản phẩm túi cặp, 22 triệu Sqft sản phẩm

da thuộc (1sqft = 0.093m2) Ngành này tạo việc làm cho gần 300.000 lao động(chưa kể số lao động làm việc trong các lĩnh vực phục vụ cho ngành Giày da)

Về cơ bản có thể nói ngành Giày da Việt Nam có điều kiện thuận lợi để tăng

Trong những năm tới, khả năng tiêu thụ ở các thị trường lớn như Bắc Mỹ, EUvẫn ổn định ở mức cao; sản phẩm Giày da của Việt Nam xuất khẩu sang EU cũngnhư nhiều nước khác không bị hạn chế bởi hạn ngạch, vẫn được hưởng chế độ thuếquan ưu đãi, nên khuyến khích các nhà đầu tư nước ngoài lập cơ sở sản xuất ở ViệtNam cả về sản xuất thành phẩm cũng như nguyên liệu phụ để hưởng ưu đãi thuếquan theo giấy chứng nhận xuất xứ (C/O) Với đặc điểm chi phí thấp, tạo nhiềucông ăn việc làm và có lợi thế cạnh tranh, ngành giày da sẽ vẫn là ngành côngnghiệp xuất khẩu mũi nhọn quan trọng của nền kinh tế quốc dân.

1.1.2 Xu hướng tự động hóa trong ngành Giày da

Theo kết quả đánh giá thực trạng công nghệ của ngành Giầy da Việt Nam, tựđộng hoá trong sản xuất tại các doanh nghiệp hiện nay vẫn chiếm tỷ lệ rất nhỏ vànhững thiết bị này đã chưa thực sự phát huy tác dụng trong các dây chuyền sản xuất

do tính đồng bộ của dây chuyền sản xuất không cao Do đó, khả năng gia côngchính xác và đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định của các dây chuyền sản xuấtcòn thấp

Ứng dụng các hệ thống cấp phôi tự động vào trong công nghiệp giày khôngnhững mang lại hiệu quả kinh tế cao mà còn tăng độ chính xác và rút ngắn thời giangia công, đảm bảo chất lượng sản phẩm Trong những năm qua đã có những chuyểnbiến lớn trong việc ứng dụng các hệ thống cấp phôi tự động trong tất cả các ngànhnói chung và ngành giầy da nói riêng Việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệthống cấp phôi (mũ giày) tự động trong công nghiệp giày sẽ giúp các doanh nghiệp

có điều kiện hiện đại hóa trang thiết bị máy móc hiện có, tiến đến giảm dần tỉ lệ sửdụng các phương pháp thủ công và tăng tỉ lệ tự động hóa nhằm đáp ứng nhu cầungày càng cao của nền kinh tế hàng hóa

1.1.3 Công đoạn in lụa tại một số Doanh nghiệp giày trong, ngoài nước

Ở nước ngoài và các nước trong khu vực thì việc ứng dụng khoa học kỹ thuậttại các công ty giày cũng không được chú trọng, đa phần sử dụng lao động thủ công,

một nguồn nhân công phổ thông dồi dào, giá thành rẻ hơn nhiều so với việc tự độnghoặc bán tự động hóa vào quá trình sản xuất, theo khảo sát của chúng tôi tại một sốcông ty đã tự động hoặc bán tự động khâu in lụa để in các họa tiết trang trí trên thân,

mũ giày Hầu hết các công ty đều dùng máy in dạng xoay tròn (do Đài Loan sảnxuất) dùng để in các vạch nhấn trên giày, mũ giày, in các họa tiết lên các chất liệunhư vải, nhựa, simili, bìa cát tông và khâu cấp phôi do công nhân thực hiện bằng tay

Hình 1.1 Máy in lụa dạng xoay tròn do Đài Loan sản xuất

Ở Việt Nam mặc dù ngành công nghiệp giày được chính phủ coi đây là mộtmột trong những ngành công nghiệp mũi nhọn nhưng thực sự cũng chưa được đầu

tư đúng mức, để lý giải cho vấn đề đó chúng ta chỉ cần nhìn vào mức độ tự động

hóa một công đoạn hay cả quy trình sản xuất giày tại một số công ty giày lớn màđang đem lại công ăn việc làm cho vài chục ngàn lao động.

Tại công ty giày Bitis, Doanh nghiệp tư nhân giày Á Châu thì khâu in lụa (incác vạch nhấn trang trí trên các loại giày, dép) hoàn toàn do công nhân thực hiệnbằng tay Nên sai số của các vạch nhấn và hư hỏng bán thành phẩm rất nhiều và mấtrất nhiều thời gian

Hình 1.2 In thủ công tại Doanh nghiệp tư nhân giày Á Châu

Hình 1.3 In thủ công tại Công ty TNHH Bình Tiên Đồng Nai

Tại Công ty TNHH Chí Hùng, chuyên gia công giày cho Adidas, công ty nàyhiện đang sử dụng máy in lụa tự động dạng 6 trạm đặt dọc để in các vạch nhấn lên

mũ giày và công đoạn định vị mũ giày lên băng tải của máy in vẫn do 03 công nhânthực hiện bằng tay

Hình 1.4 Máy in lụa 6 trạm đặt dọc Công ty TNHH Chí Hùng

Theo nghiên cứu của chúng tôi, hiện tại chưa tìm thấy công trình nghiên cứu(trong và ngoài nước) nào liên quan đến việc dùng hệ thống cấp phôi (mũ giày)chính xác cho máy in lụa tự động để tăng độ chính xác vị trí các vạch nhấn trên mũgiày Hầu hết đều cấp phôi bằng tay lên băng tải dựa vào các đường chuẩn là cácđường kẻ dọc, ngang trên băng tải nên độ chính không cao; khoảng ± 1mm Dướiđây là một số hình ảnh về cấp phôi bằng tay:

Hình 1.5 Định vị mũ giày trên băng tải của máy in lụa tự động

Ưu điểm của sử dụng hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều các loại giày thể thao của các công tygiày được trang trí bằng cách in các vạch nhấn lên mũ giày Tất cả các công ty nàyđều sử dụng hình thức cấp phôi bằng tay cho máy in lụa tự động có nhiệm vụ in cácvạch nhấn trên mũ giày thể thao (2, 3, 4 hoặc 5 vạch nhấn màu trắng như hình 1.6)

Hình 1.6 Các vạch nhấn màu trắng trên mũ giày thể thao

Các vạch nhấn này được in 6 lần thông qua 6 trạm của máy in lụa tự động nhờcấp phôi bằng tay hoặc bán tự động; hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa đang

là một bài toán đặt ra đối với các công ty sản xuất giày ở Việt Nam và vẫn chưađược nghiên cứu, ứng dụng Thiết kế thành công hệ thống cấp phôi tự động dùngcho máy in lụa sẽ có các ưu điểm sau:

- Tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm do giảm nhân công và thời giantrong việc định vị mũ giày lên băng tải của máy in lụa

- Sai lệch vị trí của các vạch nhấn trên mũ giày sau khi in giảm đáng kể, nhỏhơn 0,5 mm Nên với sai lệch này không ảnh hưởng đến công đoạn may đường viềntrang trí lên các vạch nhấn trên mũ giày ở công đoạn tiếp theo

- Tăng cao hiệu quả kinh tế do rất ít phế phẩm, trước đây các khâu in, định vịđều thực hiện bằng tay nên phế phẩm nhiều

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Từ những thực trạng công đoạn cấp phôi cho máy in lụa tự động để in cácvạch nhấn trên mũ giày đang tồn tại các vấn đề:

- Tốn nhiều nhân công và thời gian trong việc định vị mũ giày lên băng tảicủa máy in lụa do thực hiện bằng tay và dựa vào kinh nghiệm của công nhân Điềunày làm giảm năng suất và tăng giá thành của sản phẩm

- Sai lệch lớn về vị trí của các vạch nhấn trên mũ giày sau khi in (sai lệchhiện tại ± 1 mm) nên ảnh hưởng lớn đến công đoạn may đường viền trang trí lên cácvạch nhấn trên mũ giày ở công đoạn tiếp theo, vì vậy có nhiều phế phẩm

Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống cấp phôi chính xác chomáy in lụa tự động 6 trạm là điều rất cấp thiết để giải quyết các vấn đề trên

1.3 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo một hệ thống cấp phôi tự động đạt độ chínhxác ±0,5 mm cho máy in lụa 6 trạm dùng kỹ thuật xử lý ảnh nhằm đạt các mục đíchsau:

- Tăng năng suất lao động

- Tăng chất lượng sản phẩm

- Nâng cao hiệu quả kinh tế

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh nhận được từ Camera

- Tính toán sai số vị trí của mũ giày và hiệu chỉnh sai số

- Tính toán, thiết kế bàn máy điều chỉnh chính xác vị trí của mũ giày với giảithuật xác định và bù sai lệch

- Tính toán thiết kế cơ cấu cấp phôi cho băng tải của máy in lụa

- Chế tạo, thực nghiệm và đánh giá kết quả

1.5 Cấu trúc luận văn

Chương 1: Đặt vấn đề

Trình bày tổng quan về tình hình sản xuất giày tại Việt Nam, xu hướng tựđộng hoá trong ngành giày da trên thế giới Đánh giá các ưu điểm của việc ứngdụng hệ thống cấp phôi tự động cho máy in lụa và giới thiệu công đoạn in các vạchnhấn trên mũ giày tại một số doanh nghiệp trong và ngoài nước Từ đó xác địnhmục đích nghiên cứu, nội dung nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng giải thuật - Chương trình xử lý ảnh của mũ giày nhận được từ camera

Nội dung chương 2 xây dựng giải thuật và viết chương trình xử lý ảnh của mũgiày nhận được từ camera Tính toán sai số vị trí của mũ giày so với vị trí chuẩn đãđược lưu trong camera và hiệu chỉnh sai số, đảm bảo sai lệch vị trí của mũ giày đạt

Trình bày kết quả chế tạo hệ thống cấp phôi tự động Tiến hành thử nghiệm

và đánh giá kết quả đạt được

Chương 2 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT - CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ ẢNH CỦA MŨ GIÀY

NHẬN ĐƯỢC TỪ CAMERA 2.1 Xử lý ảnh, các vấn đề cơ bản trong xử lý ảnh

2.1.1 Xử lý ảnh

Xử lý ảnh là một khoa học còn tương đối mới mẻ so với nhiều ngành khoahọc khác, nhất là trên quy mô công nghiệp, song trong xử lý ảnh đã bắt đầu xuấthiện những máy tính chuyên dụng Để có thể hình dung cấu hình một hệ thống xử lýảnh chuyên dụng hay một hệ thống xử lý ảnh dùng trong nghiên cứu, đào tạo, trướchết chúng ta nghiên cứu các bước cần thiết trong xử lý ảnh

Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình tác động lên ảnh đầuvào nhằm cho ra kết quả mong muốn Kết quả đầu ra của một quá trình xử lýảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận

Hình 2.1 Quá trình xử lý ảnhẢnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như

là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối

đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều và có sơ đồ tổng quát của một

hệ thống xử lý ảnh như sau:

Hình 2.2 Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh

Ảnh tốt hơn Kết luận

Hệ quyết định Thu nhận ảnh

(Scanner,

Camera,Sensor)

Trích chọn đặc điểm Hậu

xử lý Đối sánh rútra kết luậnTiền xử lý

Lưu trữ

Ảnh thu nhận thường bị biến dạng do các thiết bị quang học và điện tử.

Hình 2.3 Ảnh thu nhận và ảnh mong muốn

Để khắc phục người ta sử dụng các phép chiếu, các phép chiếu thường đượcxây dựng trên tập các điểm điều khiển

Giả sử (Pi, Pi’) i = 1,n có n các tập điều khiển

2 1

f (x, y) = (a1x + b1y + c1, a2x + b2y + c2)

c y b x a P

P

1

2 ' 2 2 2 2 ' 1 1 1 1

2

) ((

n i

n

i i i

i

n i

n i

n

i i i

n

i i i

i i

n i

n i

n

i i i

n

i i i

i i

i

i

i

x nc

y b x

a

x y y

c y

b y

x a

x x x

c y

x b x

1 1

'

1 1

2 1 1

'

1 11

2 1

000

Có 2 loại nhiễu cơ bản trong quá trình thu nhận ảnh

- Nhiều hệ thống: là nhiễu có quy luật có thể khử bằng các phép biếnđổi

- Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân và cần phải khắcphục bằng các phép lọc

- Tăng số mức xám: Thực hiện nội suy ra các mức xám trung gian bằng

kỹ thuật nội suy Kỹ thuật này nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh

Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại này được trích chọn bằng việc thực

hiện lọc vùng (zonal filtering) Các bộ vùng được gọi là “mặt nạ đặc điểm”(feature mask) thường là các khe hẹp với hình dạng khác nhau (chữ nhật, tamgiác, cung tròn v.v )

Đặc điểm biên và đường biên: Đặc trưng cho đường biên của đối tượng

và do vậy rất hữu ích trong việc trích trọn các thuộc tính bất biến được dùngkhi nhận dạng đối tượng Các đặc điểm này có thể được trích chọn nhờ toán tửgradient, toán tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo không” (zero crossing)v.v

Việc trích chọn hiệu quả các đặc điểm giúp cho việc nhận dạng các đốitượng ảnh chính xác, với tốc độ tính toán cao và dung lượng nhớ lưu trữ giảmxuống

2.1.2.6 Nhận dạng

Nhận dạng tự động (automatic recognition), mô tả đối tượng, phân loại

và phân nhóm các mẫu là những vấn đề quan trọng trong thị giác máy, được ứngdụng trong nhiều ngành khoa học khác nhau Tuy nhiên, một câu hỏi đặt ra là:mẫu (pattern) là gì? Watanabe, một trong những người đi đầu trong lĩnh vực này

đã định nghĩa: “Ngược lại với hỗn loạn (chaos), mẫu là một thực thể (entity),

gọi nào đó” Ví dụ mẫu có thể là ảnh của vân tay, ảnh của một vật nào đó đượcchụp, một chữ viết, khuôn mặt người hoặc một ký đồ tín hiệu tiếng nói Khi biếtmột mẫu nào đó, để nhận dạng hoặc phân loại mẫu đó có thể:

Hoặc phân loại có mẫu (supervised classification), chẳng hạn phân tích

phân biệt (discriminant analyis), trong đó mẫu đầu vào được định danh như mộtthành phần của một lớp đã xác định

Hoặc phân loại không có mẫu (unsupervised classification hay clustering)

trong đó các mẫu được gán vào các lớp khác nhau dựa trên một tiêu chuẩn đồngdạng nào đó Các lớp này cho đến thời điểm phân loại vẫn chưa biết hay chưa đượcđịnh danh

Hệ thống nhận dạng tự động bao gồm ba khâu tương ứng với ba giai đoạnchủ yếu sau đây:

1 Thu nhận dữ liệu và tiền xử lý

2 Biểu diễn dữ liệu

3 Nhận dạng, ra quyết định

Bốn cách tiếp cận khác nhau trong lý thuyết nhận dạng là:

1 Đối sánh mẫu dựa trên các đặc trưng được trích chọn

2 Phân loại thống kê

3 Đối sánh cấu trúc

4 Phân loại dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo

Trong các ứng dụng rõ ràng là không thể chỉ dùng có một cách tiếp cậnđơn lẻ để phân loại “tối ưu” do vậy cần sử dụng cùng một lúc nhiều phươngpháp và cách tiếp cận khác nhau Do vậy, các phương thức phân loại tổ hợp hay

được sử dụng khi nhận dạng và nay đã có những kết quả có triển vọng dựa trênthiết kế các hệ thống lai (hybrid system) bao gồm nhiều mô hình kết hợp.

Việc giải quyết bài toán nhận dạng trong những ứng dụng mới, nảy sinhtrong cuộc sống không chỉ tạo ra những thách thức về thuật giải, mà còn đặt ranhững yêu cầu về tốc độ tính toán Đặc điểm chung của tất cả những ứng dụng

đó là những đặc điểm đặc trưng cần thiết thường là nhiều, không thể do chuyêngia đề xuất, mà phải được trích chọn dựa trên các thủ tục phân tích dữ liệu

2.1.2.7 Nén ảnh

Nhằm giảm thiểu không gian lưu trữ Thường được tiến hành theo cả haicách khuynh hướng là nén có bảo toàn và không bảo toàn thông tin Nén khôngbảo toàn thì thường có khả năng nén cao hơn nhưng khả năng phục hồi thì kémhơn Trên cơ sở hai khuynh hướng, có 4 cách tiếp cận cơ bản trong nén ảnh:

- Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén này dựa vào việc thống kê tần xuất xuấthiện của giá trị các điểm ảnh, trên cơ sở đó mà có chiến lược mã hóa thích hợp.Một ví dụ điển hình cho kỹ thuật mã hóa này là *.TIF

- Nén ảnh không gian: Kỹ thuật này dựa vào vị trí không gian của cácđiểm ảnh để tiến hành mã hóa Kỹ thuật lợi dụng sự giống nhau của các điểm ảnhtrong các vùng gần nhau Ví dụ cho kỹ thuật này là mã nén *.PCX

- Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây là kỹ thuật tiếp cận theo hướngnén không bảo toàn và do vậy, kỹ thuật thướng nến hiệu quả hơn *.JPG chính làtiếp cận theo kỹ thuật nén này

- Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal của các đối tượng ảnh, thểhiện sự lặp lại của các chi tiết Kỹ thuật nén sẽ tính toán để chỉ cần lưu trữ phầngốc ảnh và quy luật sinh ra ảnh theo nguyên lý Fractal

2.2 Thu nhận và biểu diễn ảnh

2.2.1 Thu nhận, các thiết bị thu nhận ảnh

Các thiết bị thu nhận ảnh bao gồm camera, scanner các thiết bị thu nhậnnày có thể cho ảnh đen trắng

Các thiết bị thu nhận ảnh có 2 loại chính ứng với 2 loại ảnh thông dụngRaster, Vector

Các thiết bị thu nhận ảnh thông thường Raster là camera các thiết bị thunhận ảnh thông thường Vector là sensor hoặc bàn số hoá Digitalizer hoặc đượcchuyển đổi từ ảnh Raster

Nhìn chung các hệ thống thu nhận ảnh thực hiện 1 quá trình:

- Cảm biến: biến đổi năng lượng quang học thành năng lượng điện

- Tổng hợp năng lượng điện thành ảnh

2.2.2 Biểu diễn ảnh

Ảnh trên máy tính là kết quả thu nhận theo các phương pháp số hoá đượcnhúng trong các thiết bị kỹ thuật khác nhau Quá trình lưu trữ ảnh nhằm 2 mụcđích: Tiết kiệm bộ nhớ và giảm thời gian xử lý

Việc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ có ảnh hưởng rất lớn đến việc hiển thị,

in ấn và xử lý ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm với cùng kích thước nếu

sử dụng càng nhiều điểm ảnh thì bức ảnh càng đẹp, càng mịn và càng thể hiện rõhơn chi tiết của ảnh người ta gọi đặc điểm này là độ phân giải

Việc lựa chọn độ phân giải thích hợp tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng vàđặc trưng của mỗi ảnh cụ thể, trên cơ sở đó các ảnh thường được biểu diễn theo

2 mô hình cơ bản

2.2.2.1 Mô hình Raster

Đây là cách biểu diễn ảnh thông dụng nhất hiện nay, ảnh được biểu diễndưới dạng ma trận các điểm (điểm ảnh) Thường thu nhận qua các thiết bị nhưcamera, scanner Tuỳ theo yêu cầu thực thế mà mỗi điểm ảnh được biểu diễn qua

1 hay nhiều bít

Mô hình Raster thuận lợi cho hiển thị và in ấn Ngày nay công nghệ phầncứng cung cấp những thiết bị thu nhận ảnh Raster phù hợp với tốc độ nhanh vàchất lượng cao cho cả đầu vào và đầu ra Một thuận lợi cho việc hiển thị trongmôi trường Windows là Microsoft đưa ra khuôn dạng ảnh DIB (DeviceIndependent Bitmap) làm trung gian Hình 1.4 thể hình quy trình chung để hiểnthị ảnh Raster thông qua DIB

Một trong những hướng nghiên cứu cơ bản trên mô hình biểu diễn này là kỹthuật nén ảnh các kỹ thuật nén ảnh lại chia ra theo 2 khuynh hướng là nén bảotoàn và không bảo toàn thông tin nén bảo toàn có khả năng phục hồi hoàn toàn

dữ liệu ban đầu còn nếu không bảo toàn chỉ có khả năng phục hồi độ sai sốcho phép nào đó Theo cách tiếp cận này người ta đã đề ra nhiều quy cách khácnhau như BMP, TIF, GIF, PCX…

Hiện nay trên thế giới có trên 50 khuôn dạng ảnh thông dụng bao gồm cảtrong đó các kỹ thuật nén có khả năng phục hồi dữ liệu 100% và nén có khả năngphục hồi với độ sai số nhận được

Hình 2.4 Quá trình hiển thị và chỉnh sửa, lưu trữ ảnh thông qua DIB

Paint

BMPPCC

Thay đổi

2.2.2.2 Mô hình Vector

Biểu diễn ảnh ngoài mục đích tiết kiệm không gian lưu trữ dễ dàng chohiển thị và in ấn còn đảm bảo dễ dàng trong lựa chọn sao chép di chuyển tìmkiếm… Theo những yêu cầu này kỹ thuật biểu diễn vector tỏ ra ưu việt hơn

Trong mô hình vector người ta sử dụng hướng giữa các vector của điểmảnh lân cận để mã hoá và tái tạo hình ảnh ban đầu ảnh vector được thu nhận trựctiếp từ các thiết bị số hoá như Digital hoặc được chuyển đổi từ ảnh Raster thôngqua các chương trình số hoá

Công nghệ phần cứng cung cấp những thiết bị xử lý với tốc độ nhanh vàchất lượng cho cả đầu vào và ra nhưng lại chỉ hỗ trợ cho ảnh Raster

Do vậy, những nghiên cứu về biểu diễn vectơ đều tập trung từ chuyển đổi

từ ảnh Raster

Hình 2.5 Sự chuyển đổi giữa các mô hình biểu diễn ảnh

2.3 Thuật toán xác định sai lệch vị trí của phôi

Hiện nay, việc in các hoa văn trên nền giày thể thao là rất phổ biến Một điểnhình thường thấy đó là các vạch nhấn trên thân giày Các vạch này thường được inbởi các máy in lụa (2, 3, 4 hoặc 5 vạch trên mũ giày) Các vạch nhấn này được in 6lần thông qua 6 trạm của máy in lụa tự động Để cấp phôi cho máy in lụa, côngnhân trực tiếp định vị mũ dày dựa vào các đường chuẩn, phết một lớp keo mỏng cốđịnh Hiện tại sai số do định vị thủ công vào khoảng 1mm

Để điều khiển chính xác vị trí của mũ giày dùng kỹ thuật xử lý ảnh, ta phảichú ý đến nhiễu gây ra bởi sự không ổn định của nguồn sáng và giá trị độ xám tùythuộc vào vị trí của khung hình bắt ảnh Vì vậy, không những cần phần cứng đángtin cậy cho camera, nguồn sáng và card hình ảnh mà còn phải phát triển các thuật

Vecter

RASTE

toán thời gian thực để đảm bảo việc xác định chính xác các đặc trưng hình học củatiết diện nganh (tiết diện mũ dày được chụp trên ảnh), nghĩa là phải điều chỉnh sai

gian thực Tốc độ xử lý ảnh phải cao và theo dấu vị trí với độ phân giải cao Thiết bị

bằng ba động cơ bước Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ bộ điều khiển PC-based (bộ

vị trí được tính toán từ quá trình xử lý ảnh Một (hoặc hai trong trường hợp cần đốichứng) camera với nguồn sáng tia cực tím được sử dụng để chụp ảnh mũ giày

Các ảnh hưởng do nguồn sáng không ổn định được giảm thiểu khi dùngnguồn sáng tia cực tím, nên ta có thể bỏ qua quá trình lọc tiền xử lý ảnh Sai lệchđược tính toán dựa trên các đặc trung tiết diện phẳng (tâm, moment quán tính vàgóc định hướng)

Sau khi tính toán vị trí, điều khiển bàn máy theo các thông số đã tính toán,sau đó xác định sai số, sau đó có thể lặp lại nếu sai số lớn hơn sai số mong muốn.Sai số được tính toán bằng phương pháp chồng hình ảnh của mũ giày với mũ giàychuẩn để so sánh độ trùng khít

Sai số mong muốn của thuật toán là dưới 0,5 mm, với thời gian xử lý đủnhanh, phải đảm bảo tổng thời gian cấp phôi ngắn hơn so với việc cấp phôi thủ côngnhằm nâng cao công suất

Ảnh được chụp từ camera là ảnh màu, trước khi tính toán sai lệch vị trí, cầnchuyển sang ảnh nhị phân (Black – White) Ngoài ra, do nhiều yếu tố (nhiễu donhiệt, ánh sánh, góc máy hoặc do sai số khi cắt phôi, đặt phôi lên bàn máy, sai sốsau đó được tính chung vào sai số phương pháp

Hình 2.6 Ảnh chụp mũ giày và ảnh dùng để mô phỏng phân tích thuật toán

2.3.1 Các đặc trưng hình học của phôi

Trong thuật toán xác định sai lệch của phôi, mục tiêu đặt ra là xác định đượcsai lệch tịnh tiến theo 2 phương ngang và thẳng đứng Δx, Δy và góc lệch θ của phôiđưa vào so với phôi chuẩn Để thực hiện điều đó, 2 đặc trưng hình học của tiết diệnngang được áp dụng lên ảnh chụp là Tâm và Góc hướng Khi đó, mỗi ảnh chụp

hướng của hình ảnh mũ giày được chụp

2.3.1.1 Tâm của phôi

11

Hình 2.7 Xác định đăc trưng hình học của tiết diện phẳng.

Đối với ảnh nhị phân chụp phôi đang xét, ảnh được chia nhỏ thành các điểmảnh (pixel) Như vậy ta có thể coi sự phân bố các pixel qua hàm ảnh như sau:

0 backgroundF(x, y)

tố chính là giá trị của pixel Nếu kích thước ảnh chụp là mxn, ta có diện tích củatoàn bộ phần phôi chụp trên ảnh là

x m

Hình 2.8 Xác định đặc trưng hình học của phôi được chụp lại trên ảnh nhị phân

2.3.1.2 Hệ trục chính trung tâm và góc hướng

Hệ trục được gọi là hệ trục quán tính chính trung tâm nếu:

(1) Moment quán tính ly tâm của tiết diện ngang đối với hệ trục bằng 0.(2) Gốc tọa độ trùng với tâm của tiết diện

Xét hệ trục tọa độ (R): Oxy, moment quán tính ly tâm của tiết diện phẳng đối

Trong đó: mxn là kích thước ảnh nhị phân

giày, với C là tâm của ảnh chụp và khi đó momen quán tính ly tâm của tiết diện

quanh O, sau đó tịnh tiến từ O về C Lúc đó α gọi là góc định hướng của tiết diệnphẳng.

Hình 2.9 Hệ trục quán tính chính trung tâm

hệ thiết lập được:

2()()cos2

2.3.2 Biểu diễn dưới dạng moment thống kê

Trong một không gian 2 chiều theo 2 biến x, y có phân phối rời rạc p(x,y), ta

Mục đính của việc đưa về dạng moment là để tiện cho việc lập trình, và mở rahướng tiếp cận thống kê cho bài toán, nếu coi cả bức ảnh là một không gian 2 biếnrời rạc.

2.3.3 Sử dụng các đặc trưng hình học để xác định sai lệch phôi

Sau khi có vị trí tâm và góc định hướng của tiết diện phôi, ta đem so sánh với

vị trí tâm và góc định hướng của tiết diện phôi chuẩn Xét ảnh phôi chuẩn

Trong đó (xC0, yC0)Tlà tọa độ tâm phôi chuẩn Dấu ‘–‘ thể hiện phôi bị đặt thấphơn (tương ứng: lệch về bên trái) và ngược lại Để nâng cao độ chính xác phôi, tacần cấp xung tịnh tiến bàn máy ngược lại một đoạn có độ lớn bằng với độ lớn sailệch.

Sai lệch góc:

0

Dấu ‘-‘ biểu thị bị quay lố cùng chiều kim đồng hồ và ngược lại Để nâng cao

độ chính xác phôi, ta cần xoay bàn máy hướng ngược lại 1 góc có độ lớn bằng độlớn sai lệch

2.3.4 Điều khiển bàn máy

Sau khi có các sai lệch, ta điều khiển bàn máy bằng số xung tương ứng:

+ Tịnh tiến theo phương x:

| |

x

x

x n

l

+ Tịnh tiến theo phương y:

| |

y

y

y n

+ Quay quanh tâm:

φ0là góc quay nguyên tố của động cơ.

Chiều tịnh tiến và chiều quay phụ thuộc vào dấu đại số của các giá trị sai lệchtheo quy ước phần trên

2.4 Thuật toán xác định sai số phương pháp và chương trình xử lý ảnh

2.4.1 Thuật toán xác định sai số phương pháp

Xét 2 tập hợp A và B Nếu A và B hoàn toàn giống nhau thì không có các phần

tử vừa không thuộc A mà không thuộc B hoặc không thuộc B mà thuộc A (XOR)

A B A B A B     

Tương tự, khi so sánh hình ảnh của phôi với hình ảnh phôi chuẩn, nếu phôi đặtđúng hoàn toàn với phôi chuẩn thì 2 hình hoàn toàn giống nhau, nghĩa là phần diệntích dư ra khi đặt chồng 2 hình lên nhau bằng 0

Như vậy, ta có thể tính sai số tương đối của phương pháp bằng công thức:

%Working Image

%Initial Error

normal1=xor(bw,bw2);

%Step 2: Find the centroids and Oriented Angles of the Images

theta = alpha - alpha0

%Step 4: Process to get the result

%Tinh tien ve tam anh truoc

dx1 = round(0.5*(size(bw,2)-1)-xC);

dy1 = round(0.5*(size(bw,1)-1)-yC);

n_img2 = circshift(bw2,[dy1,dx1]);

%Tinh tien nguoc tro lai vi tri tam anh chuan

subplot(222);

imshow(~bw2);

Hình 2.12 Hình ảnh chạy chương trình xử lý sai số

2.4.3 Kết quả cụ thể của thuật toán

TT Phôi chuẩn Phôi bất kỳ