Tài liệu Nghiên cứu thu thập và xử lý ảnh để hỗ trợ ô tô chạy tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VĂN ÁNH DƯƠNG NGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 S K C0 0 4 5 1 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VĂN ÁNH DƯƠNG NGHIÊN CỨU THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. LÊ THANH PHÚC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015 -i- LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: VĂN ÁNH DƯƠNG Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 17/03/1990 Nơi sinh: Quảng Ngãi. Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh. Địa chỉ liên lạc: 23/19A, Đường 102, P.Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Điện thoại di động: 01699331112 E-mail: [email protected] II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian từ 09/2008 đến 07/2012 Nơi học: Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Ngành học: Cơ khí động lực. Tên đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế, chế tạo hệ thống truyền lực xe Hybrid”. Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 01/07/2012. Đại học sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: Th.S Thái Huy Phát. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Giảng viên khoa Công 11/2012 – 08/2014 08/2014 - nay Trường Cao Đẳng Viễn Đông Nghệ Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Giảng viên khoa Cơ Khí Thắng Động Lực - ii - LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TP.HCM, ngày 17 tháng 03 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Văn Ánh Dương - iii - LỜI CẢM ƠN Một đề tài nghiên cứu không thể thành công nếu không có sự trợ giúp kết hợp với nỗ lực cố gắng của người nghiên cứu. Do đó, tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của: Ban giám hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Khoa Cơ Khí Động Lực. Thầy TS Lê Thanh Phúc cùng toàn thể quý thầy cô đã dạy và hướng dẫn nhiệt tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian theo học tại trường. Các bạn kỹ sư đồng nghiệp đã động viên ủng hộ tinh thần. Tuy thời gian thực hiện đề tài là 6 tháng nhưng do lượng kiến thức chủ chốt để phục vụ cho công tác nghiên cứu và thực hiện đề tài thuộc chuyên ngành điện tử và điều khiển tự động, công nghệ thông tin nên khả năng tiếp cận và lĩnh hội của học viên chuyên ngành cơ khí động lực gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Tuy nhiên, với sự hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi của Thầy TS Lê Thanh Phúc và các bạn đồng nghiệp, tôi đã lĩnh hội được rất nhiều kiến thức mới, bổ ích để phục vụ cho ngành cơ khí động lực và công tác nghiên cứu sau khi ra trường. Vì vậy, một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn. Xin chúc quý thầy cô cùng toàn thể các bạn luôn dồi dào sức khoẻ và thành công! TP.HCM, ngày 17 tháng 03 năm 2015. Người cảm ơn Văn Ánh Dương - iv - TÓM TĂT Đề tài “Nghiên cứu thu thập và xử lý ảnh để hỗ trợ ô tô chạy tự động” tìm hiểu về phương pháp nhận dạng các vật cản trên đường khi xe tham gia giao thông. Cụ thể, ở đây người nghiên cứu sử dụng các công cụ xử lý ảnh của LabVIEW: Vision Acquisition, Vision Assistant để thu thập và xử lý vật cản. Mô hình đường các giả định sau: - Đường bằng phẳng - Mặt đường sạch sẽ, đồng nhất. Đề tài sử dụng webcam để thu thập hình ảnh khi xe hoạt động. Hình ảnh được công cụ Vision Acquisition thu nhận, sau đó được xử lý để chuyển thành ảnh nhị phân, giảm nhiễu, đưa ra kết quả nhờ vào công cụ Vision Assistant. Ảnh đã được xử lý kết hợp với khoảng cách đo từ cảm biến SRF05 làm tín hiệu điều khiển hoạt động của xe. Khoảng cách từ vi điều khiển truyền lên LabVIEW giao tiếp thông qua cổng giao tiếp RS232. Kết quả cuối cùng đã hoàn thành mô hình xe có thể nhận dạng được các vật cản trên đường đi, báo vị trí vật cản, điều khiển xe dừng khi khoảng cách xe và vật cản nguy hiểm. Thực nghiệm với xe chạy tốc độ chậm, hình ảnh và khoảng cách thu được có sai số khá nhỏ. -v- ABSTRACT The project of “The research of collecting and processing images to support automatic vehicle” learning about methods to indentify obstacles on the road in traffic. Specifically, researcher use processing image tools of LabVIEW: Vision Acquisition, Vision Assistant to collect and process obstructions. The model with assumptions as below: - Flat street - Clear and homogeneous road This project uses webcam to collect images when operating vehicle. Vision Acquisition tool acquire images, then Vision Assistant tool processed to convert to binary image and noise reduction. Image processing combined with the distance measured from sensor SRF05 use control signals operating vehicle. Distance from microcontroller transfer LabVIEW via standard RS232 interface. The end result completed vehicle model able to indentify the obstacles on the road, report obstacle position, control vehicle stopped when having dangerous distance. Experiment with vehicle running slow speed, images and distance obtained small error relatively. - vi - MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................... ii LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iii LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... iv TÓM TĂT.......................................................................................................... v ABSTRACT ...................................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. 4 PHẦN 1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 8 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: ............................................................................. 8 1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: ............................................................... 9 1.2.1. Trong nước ....................................................................................... 9 1.2.2. Thế giới .......................................................................................... 10 1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI ................................................................................ 11 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 11 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................. 11 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI............... 12 1.7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .................................................................................. 12 1.8 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ....................................................................... 12 PHẦN 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 13 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XỬ LÝ ẢNH ................................................. 13 2.2 CÁC BƯỚC TRONG XỬ LÝ ẢNH ........................................................ 14 2.2.1. Thu nhận ảnh .................................................................................. 14 2.2.2. Tiền xử lý ảnh ................................................................................ 14 2.2.3. Phân tích ảnh .................................................................................. 14 2.2.4. Biểu diễn ảnh.................................................................................. 14 2.2.5. Nhận dạng và nội suy ..................................................................... 15 2.2.6. Cơ sở tri thức .................................................................................. 15 2.2.7. Mô tả ảnh ....................................................................................... 16 2.3 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ ẢNH ............................... 17 -1- 2.3.1. Điểm ảnh ........................................................................................ 17 2.3.2. Độ phân giải ảnh............................................................................. 18 2.3.3. Mức xám của ảnh ........................................................................... 18 2.3.4. Biến đổi ảnh và nén ảnh.................................................................. 19 2.3.5. Các đặc trưng mức thấp của ảnh ..................................................... 20 2.3.6. Nắn chỉnh ảnh ................................................................................ 21 2.3.7. Trích chọn đặc điểm ....................................................................... 21 2.4 CÁC MÔ HÌNH MÀU ............................................................................. 21 2.5 BIẾN ĐỔI HOUGH (HOUGH TRANSFORM). ...................................... 25 2.5.1. Biến đổi Hough cho đường thẳng. .................................................. 25 2.5.2. Biến đổi Hough cho đường thẳng trong tọa độ cực. ........................ 26 2.6 CÔNG CỤ XỬ LÝ ẢNH LabVIEW ........................................................ 27 2.6.1. Lập trình với LabVIEW .................................................................. 29 2.6.2. Một số khối (hàm thức) thường sử dụng của LabVIEW .................. 30 PHẦN 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT CAMERA VÀ THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG . 37 3.1. THIẾT KẾ LẮP ĐẶT .............................................................................. 37 3.2. ĐO KHOẢNG CÁCH VẬT CẢN ............................................................ 41 3.3. NHẬN DẠNG VÀ XỬ LÝ VỚI LabVIEW ............................................. 56 3.3.1. Tổng quan về hệ thống ................................................................... 56 3.3.2. Các thông số cơ bản của hệ thống ................................................... 57 3.3.3. Ý tưởng thiết kế - điều khiển .......................................................... 58 3.3.4. Thuật toán xử lý ảnh và truyền nhận dữ liệu từ vi điều khiển .......... 58 3.3.5. Kết quả thu thập hình ảnh ............................................................... 61 PHẦN 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ......................................................... 62 4.1. THỰC NGHIỆM ...................................................................................... 62 4.2. ĐÁNH GIÁ .............................................................................................. 71 4.2.1. Tốc độ thu thập .................................................................................... 71 4.2.2. Độ chính xác: ....................................................................................... 72 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................... 75 -2- 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ........................................................................... 75 5.2 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI ................................................................... 75 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................... 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 77 -3- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1: Giao diện chương trình và kết quả của việc giám sát giao thông ............. 9 Hình 1. 2: Vị trí khi đi đúng làn đường .................................................................. 10 Hình 2. 1: Quy trình xử lý ảnh ............................................................................... 13 Hình 2. 2: Hệ thống xử lý ảnh ............................................................................... 14 Hình 2. 3: Sơ đồ phân tích và xử lý ảnh ................................................................. 17 Hình 2. 4: Nắn chỉnh ảnh ....................................................................................... 21 Hình 2. 5: Các mô hình màu .................................................................................. 22 Hình 2. 6: Hệ tọa độ màu RGB .............................................................................. 23 Hình 2. 7: Mô hình màu HSV ................................................................................ 24 Hình 2. 8: Bảng chỉ số giá trị 0 .............................................................................. 26 Hình 2. 9: Đường thẳng Hough trong hệ tọa độ Đề-các ......................................... 26 Hình 2. 10: Giao diện chính của phần mềm LabVIEW phiên bản 2013 ................. 27 Hình 2. 11: Một robot dưới nước dựa trên lập trình LabVIEW .............................. 28 Hình 2. 12: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW ................................ 28 Hình 2. 13: Giao diện làm việc của phần mềm LabVIEW...................................... 29 Hình 2. 14: Bảng điều khiển thiết lập các thông số ................................................ 29 Hình 2. 15: Bảng các hàm, công thức bên cửa sổ Block Diagram .......................... 30 Hình 2. 16: Khối While Loop ................................................................................ 30 Hình 2. 17: Khối Case Structure ............................................................................ 30 Hình 2. 18: Khối Time Delay ................................................................................ 31 Hình 2. 19: Hàm While Until Next ms Multiple. ................................................... 31 Hình 2. 20: Các hàm tính toán trong LabVIEW ..................................................... 31 Hình 2. 21: Các hàm so sánh trong LabVIEW ....................................................... 31 Hình 2. 22: Các hàm logic ..................................................................................... 32 Hình 2. 23: Các hàm về xử lý ảnh ......................................................................... 32 Hình 2. 24: Các hàm thu thập ảnh.......................................................................... 32 Hình 2. 25: Các hàm xử lý ảnh .............................................................................. 33 Hình 2. 26: Các công cụ làm việc với ảnh.............................................................. 33 -4- Hình 2. 27: Hai hàm thường dùng trong xử lý ảnh với LabVIEW .......................... 33 Hình 2. 28: Hàm Vision Acquisition ...................................................................... 34 Hình 2. 29: Chọn nguồn thu thập ảnh .................................................................... 34 Hình 2. 30: Chọn kiểu ảnh thu được ...................................................................... 35 Hình 2. 31: Cài đặt định dạng cho ảnh thu được .................................................... 35 Hình 2. 32: Chọn điều khiển/Hiển thị .................................................................... 36 Hình 2. 33: Cửa sổ làm việc với hàm NI Vision Assistant ..................................... 36 Hình 3. 1: Bản vẽ thiết kế trên solidwork ............................................................... 37 Hình 3. 2: Mô phỏng 3D ........................................................................................ 37 Hình 3. 3: Hình ảnh khi nhìn từ phía trên............................................................... 38 Hình 3. 4: Sơ đồ bô trí tổng quát ........................................................................... 39 Hình 3. 5: Lắp đặt camera và cảm biến siêu âm ..................................................... 40 Hình 3. 6: Kết nối vi điều khiển với cổng giao tiếp UART .................................... 40 Hình 3. 7: Sơ đồ chân của Atmega 16 .................................................................... 41 Hình 3. 8: Cảm biến siêu âm SRF-05 .................................................................... 45 Hình 3. 9: Phát và thu nhận sóng siêu âm .............................................................. 46 Hình 3. 10: Nguyên lý cơ bản của phát và thu nhận sóng siêu âm .......................... 46 Hình 3. 11: Sơ đồ nguyên lý mạch đo khoảng cách................................................ 47 Hình 3. 12: Thiết kế mạch in ................................................................................. 47 Hình 3. 13: Mạch đo khoảng cách hiển thị LCD .................................................... 48 Hình 3. 14: Mô phỏng đo khoảng cách bằng protus ............................................... 48 Hình 3. 15: Khung truyền ...................................................................................... 49 Hình 3. 16: Sơ dồ nguyên lý truyền tín hiệu từ vi điều khiển lên máy tính ............. 49 Hình 3. 17: RS232 ................................................................................................. 49 Hình 3. 18: Sự phân cấp VISA API ....................................................................... 50 Hình 3. 19: Cấu trúc Visa API ............................................................................... 51 Hình 3. 20: Thư viện các hàm VISA trong LabVIEW............................................ 52 Hình 3. 21: Các hàm Serial. ................................................................................... 53 Hình 3. 22: Cổng Serial. ........................................................................................ 53 -5- Hình 3. 23: Cổng Port number ............................................................................... 53 Hình 3. 24: Serial port read.................................................................................... 53 Hình 3. 25: Sơ đồ thuật toán RS232 ....................................................................... 54 Hình 3. 26: Thu thập và xử lý dữ liệu. ................................................................... 55 Hình 3. 27: Mô phỏng giao tiếp với máy tính ........................................................ 55 Hình 3. 28: Nguyên lý của hệ thống nhận dạng, xử lý và điều khiển xe qua xử lý ảnh ........................................................................................................................ 56 Hình 3. 29: Quy tắc hoạt động của hệ thống .......................................................... 56 Hình 3. 30: Camera ............................................................................................... 58 Hình 3. 31: Máy tính ............................................................................................. 58 Hình 3. 32: Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh và đo khoảng cách, điều khiển xe ............ 59 Hình 3. 33: Lưu đồ thuật toán LabVIEW xử lý ảnh và giao tiếp với vi điều khiển . 60 Hình 3. 34: Thu thập vật cản bên trái ..................................................................... 61 Hình 3. 35: Thu nhận vật cản ở giữa ...................................................................... 61 Hình 3. 36: Thu nhận vật cản bên phải................................................................... 61 Hình 4. 1: Thu nhận hình ảnh vật cản bên phải ...................................................... 62 Hình 4. 2: Thu nhận hình ảnh vật cản bên trái........................................................ 63 Hình 4. 3: Thu nhận hình ảnh vật cản ở giữa ......................................................... 63 Hình 4. 4: Thu nhận hình ảnh vật cản bên trái........................................................ 64 Hình 4. 5: Thu nhận hình ảnh vật cản bên phải ...................................................... 64 Hình 4. 6: Thu nhận hình ảnh vật cản ở giữa ......................................................... 65 Hình 4. 7: Thu nhận hình ảnh 2 vật cản ................................................................. 65 Hình 4. 8: Thu nhận hình ảnh 2 vật cản ................................................................. 66 Hình 4. 9: Thu nhận hình ảnh vật cản bên trái điều khiển xe chạy/dừng................. 66 Hình 4. 10: Thu nhận hình ảnh vật cản bên trái điều khiển xe chạy/dừng............... 67 Hình 4. 11: Thu nhận hình ảnh vật cản bên trái điều khiển xe chạy/dừng............... 67 Hình 4. 12: Thu nhận hình ảnh vật cản ở giữa điều khiển xe chạy/dừng ................ 68 Hình 4. 13: Thu nhận hình ảnh vật cản bên phải điều khiển xe chạy/dừng ............. 68 Hình 4. 14: Thu nhận hình ảnh vật cản ở giữa điều khiển xe chạy/dừng ................ 69 -6- Hình 4. 15: Thu nhận hình ảnh vật cản bên phải điều khiển xe chạy/dừng ............. 69 Hình 4. 16: Thu nhận hình ảnh 2 vật cản điều khiển xe chạy/dừng ........................ 70 Hình 4. 17: Thu nhận hình ảnh 2 vật cản điều khiển xe chạy/dừng ........................ 70 Hình 4. 18: Thu nhận hình ảnh 2 vật cản điều khiển xe chạy/dừng ........................ 71 -7- PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Trong mấy thập kỷ gần đây, xử lý ảnh đã được nghiên cứu mạnh mẽ và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế. Như trong y học, xử lý ảnh dùng để phát hiện và nhận dạng khối u, cải thiện ảnh X-quang, nhận diện đường biên mạch máu từ những ảnh chụp bằng tia X. Trong cuộc sống gia đình xử lý ảnh số dùng để cải thiện ảnh tivi. Trong truyền thông video như hội nghị video, điện thoại video thì một vấn đề chính đó là cần có dải tần rộng mà việc mã hóa thẳng video chất lượng quảng bá cần đến 100 triệu bit/s (điều này không thể đáp ứng được), nhưng bằng cách mã hóa số và khôi phục ảnh (vấn đề của xử lý ảnh) thì việc trên được giải quyết chỉ với băng tần 100 nghìn bit/s. Trong lĩnh vục khoa học kỹ thuật thì xử lý ảnh đang có những đóng góp quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạo Robot thông minh… Hiện nay yêu cầu của con người rất đa dạng, khắt khe đòi hỏi những người nghiên cứu trong lĩnh vực ô tô cần phải có những bước đi mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày một lớn của con người. Xử lý ảnh đang được nghiên cứu rộng rãi cùng với điều khiển tự động đang phát triển mạnh mẽ, nó sẽ là hướng đi trong tương lai của ngành ô tô. Việc ứng dụng điều khiển tự động và xử lý ảnh giúp con người điều khiển ô tô an toàn hơn, khám phá những nơi con người không thể tiếp cận được, và nó cũng sẽ là ứng dụng được chú tâm tới trong lĩnh vực quân sự… Ô tô sẽ được gắn camera để thu nhận hình ảnh các đối tượng bên ngoài: tín hiệu đèn giao thông, các vật cản, hay người đi đường… Những hình ảnh này sẽ được thu lại, phân tích và xử lý. Sau đó hình ảnh sẽ được gởi về bộ điều khiển, lúc này bộ điều khiển sẽ điều khiển hoạt động của ô tô: báo rẽ, dừng lại, phát tín hiệu cảnh báo... Ứng dụng này có thể giúp con người nghỉ ngơi khi mệt mỏi khi xe chạy trên đường vắng, khi gặp vật cản sẽ cảnh báo cho người tài xế giúp lái xe an toàn hơn khi hoặc đóng góp nhiều trong lĩnh vực quân sự… Để giải quyết vấn đề trên, dưới sự hướng dẫn của Thầy TS. Lê Thanh Phúc, học viên đã chọn đề tài: “ NGHIÊN CỨU VỀ THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG”. -8- 1.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU: 1.2.1. Trong nước - Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh thời gian thực trong bài toán tự động giám sát giao thông tại Việt Nam [1]. Trọng tâm của bài toán này là đếm số lượng xe ô tô, xe máy trong khoảng thời gian nhất định, tính vận tốc trung bình của dòng giao thông, và tính chiều dài hàng đợi khi xảy ra ách tắc giao thông bằng chuỗi hình ảnh thu được từ camera trong thời gian thực. Hình 1. 1: Giao diện chương trình và kết quả của việc giám sát giao thông - Nghiên cứu kỹ thuật nhận dạng bàn tay người: để thuận lợi cho việc giao tiếp giữa con người và máy có rất nhiều phương pháp được ứng dụng vào lĩnh vực này. Một trong số đó là nhận dạng cử chỉ bàn tay người. Nó cho phép dễ dàng thao tác với máy mà không cần phải có thêm thiết bị ngoại vi: chuột, bàn phím. [2] - Hệ thống giám sát giao thông bằng xử lý ảnh: Hệ thống bao gồm: camera giám sát, camera chụp hình, mạng truyền thông, phần mềm xử lý ảnh và dữ liệu để phát hiện lỗi vi phạm và xử lý kịp thời đảm bảo an toàn, nâng cao ý thức chấp hành luật giao thông. Với hệ thống này thì video giao thông sẽ được camera giám sát gởi về server qua mạng cáp quang để lưu trữ và xử lý để phát hiện và tách các lỗi vi phạm giao thông. [3] - Ứng dụng xử lý ảnh nhận dạng đường đi cho ô tô chạy tự động: xác định các dấu phân cách đường, làn đường. Tính toán khoảng cách dựa trên các dấu phân cách thu được để đưa ra tín hiệu về đường đi cho phần điều khiển xe tự động thông qua chuẩn giao tiếp RS232. [4] -9- Hình 1. 2: Vị trí khi đi đúng làn đường - Robot tự hành ứng dụng xử lý ảnh với LabVIEW: xác định vật cản nhờ camera và cảm biến khoảng cách, điều khiển xe tránh vật cản bằng cách điều khiển rẽ hoặc lùi xe. [5] 1.2.2. Thế giới: - Hệ thống đậu xe sử dụng xử lý ảnh [6] Với nạn kẹt xe trong thành phố gia tăng và gia tăng sự thiếu hụt khoảng không gian đậu xe thì những chiếc xe cần một hệ thống cung cấp thông tin đậu xe và hướng dẫn đậu xe tự động. Kết quả của bãi đậu xe này là đếm được số lượng xe, nhận dạng vị trí có thể đậu xe được. Hệ thống mới này sẽ cung cấp thông tin và hướng dẫn đậu xe thông qua xử lý ảnh thay vì các cảm biến điện đặt trên sàn. Các camera được đặt trước cổng bãi đậu xe để chụp lại các ảnh của xe, các ảnh này so sánh với các ảnh được cài đặt trước trong hệ thống. - Nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật xử lý video để ứng dụng trong giao thông” của V. Kastrinaki, M. Zervakis*, K. Kalaitzakis được chấp nhận công bố rộng rãi vào năm 2003 để kiểm tra tình trạng giao thông và tự động hướng dẫn xe tham gia giao thông [7] - 10 - - “Vehicular monitoring systems using image processing” của David S.Breed, Wilbur E.DuVall, Wendell C.Johnson Hệ thống giám sát hoạt động của xe sử dụng xử lý ảnh. Hệ thống bao gồm ít nhất một camera hoạt động và bộ xử lý ảnh. Hệ thống xử lý xác định đặc điểm đặc trưng của đối tượng dựa vào những điểm ảnh được gởi về từ những camera đang hoạt động này. [8] - “Image processing system to control vehicle headlamps or other vehicle equipment” là hệ thống điều khiển đèn đầu hay là thiết bị khác qua xử lý ảnh, gồm cảm biến mảng nhiều hình ảnh để thu về số lượng lớn điểm ảnh. Hệ thống còn có bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để lượng tử hóa những tín hiệu từ điểm ảnh sang giá trị số. Từ đây điều khiển các thiết bị trong xe. [9] 1.3 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Mục đích của đề tài là sử dụng lý thuyết điều khiển ô tô tự động, xử lý ảnh dùng LabVIEW… nghiên cứu thiết kế, lắp đặt camera, bộ thu thập tín hiệu nhận dạng các vật cản, đo khoảng cách để hỗ trợ ô tô chạy tự động. 1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng và khách thể nghiên cứu: - Lý thuyết về điều khiển ô tô - Lý thuyết về xử lý ảnh - Thuật toán sử dụng LabVIEW - Xe, camera… - Lý thuyết về điện tử - điều khiển tự động  Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lắp đặt camera - Thiêt kế bộ thu nhận và xử lý ảnh - Nghiên cứu thuật toán xử lý ảnh và nhận dạng 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu đặc trưng thực tiễn khi tham gia giao thông. - 11 - - Nghiên cứu về tính ổn định và điều kiện an toàn của xe khi làm việc ở ngoài thực tế. - Thiết kế bộ thu thập xử lý ảnh và xây dựng thuật toán điều khiển sử dụng phần mềm LabVIEW 1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “NGHIÊN CỨU VỀ THU THẬP VÀ XỬ LÝ ẢNH ĐỂ HỖ TRỢ Ô TÔ CHẠY TỰ ĐỘNG” sẽ giúp cho người tài xế được thoải mái khi xe chạy ở đường xa lộ (ít người), nó phát hiện ra các vật cản có trên đường để tự động điều khiển xe tránh các vật cản: lề đường, người tham gia giao thông… Ngoài ra nghiên cứu của đề tài khi thành công sẽ giúp người tham gia giao thông được an toàn hơn khi có những cảnh báo nguy hiểm giúp người tài xế cảnh giác, giúp cho con người có thể khám phá những nơi không thể đi đến được (các hang, cống…), và sử dụng được trong lĩnh vực quân sự (xe không người lái). 1.7 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Do đề tài tổng hợp từ nhiều môn khoa học khác nhau rất phức tạp nên đề tài chỉ dừng lại ở mức thiết kế bộ thu thập và nhận dạng xử lý ảnh dùng LabVIEW. 1.8 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - Nghiên cứu lý thuyết về xử lý ảnh. - Nghiên cứu các công cụ xử lý ảnh của LabVIEW. - Nghiên cứu lý thuyết về điều khiển ô tô, điều khiển tự động. - Lên ý tưởng lắp đặt camera, tiến hành lắp đặt camera. - Áp dụng thuật toán cho việc điều khiển ô tô chạy tự động. - Khảo sát, đánh giá và khắc phục lỗi. - Thử nghiệm. - Kết luận, đánh giá. - 12 -