BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ
TÊN ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PL DÙNG XỬ LÝ ẢNH
Giáo viên hướng dẫn

: ThS. LƯU VŨ HẢI

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN VĂN TRƯỜNG

Lớp

: ĐH Cơ điện tử 4 - K12

Hà Nội - 2020

2017600000


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..............................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
..............................................................................................................

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG.........................................................................1
1.1 Lịch sử nghiên cứu...............................................................................................1
1.2 Mục tiêu đề tài......................................................................................................3
1.3 Phương pháp thực hiện đề tài...............................................................................4
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết.................................................................4
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn................................................................4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................6
2.1 Tổng quan về xử lý ảnh........................................................................................6
2.1.1 Không gian màu............................................................................................6
2.1.2 Phương pháp nhận dạng màu sắc...................................................................8
2.1.2.1 Thu nhận ảnh...........................................................................................9
2.1.2.2 Tiền xử lý ảnh.........................................................................................9
2.1.2.3 Chuyển đổi ảnh.....................................................................................10
2.1.2.4 Nhận dạng và phân loại.........................................................................10
2.2 Các khối chức năng của hệ thống.......................................................................11
2.2.1 Động cơ điện một chiều...............................................................................11
2.2.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều............................................................12
2.2.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều...................................12
2.2.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều.........................................................12
2.2.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều................13
2.2.2 Băng chuyền................................................................................................13
2.2.2.1 Giới thiệu chung về băng chuyền..........................................................13
2.2.2.2 Ưu điểm của băng chuyền.....................................................................14
2.2.2.3 Cấu tạo chung của băng chuyền............................................................14
2.2.3 Kit Raspberry Pi 3.......................................................................................14
2.2.3.1 Giới thiệu..............................................................................................14
2.2.3.2 Ưu điểm................................................................................................15

2.2.3.3 Nhược điểm...........................................................................................15
2.2.3.4 Ứng dụng..............................................................................................15
2.2.4 Arduino Uno R3..........................................................................................15
2.2.4.1 Giới thiệu..............................................................................................15


2.2.4.2 Ứng dụng..............................................................................................16
2.2.5 Xy lanh khí nén...........................................................................................17
2.2.5.1 Giới thiệu..............................................................................................17
2.2.5.2 Nguyên lý hoạt động.............................................................................17
2.2.5.3 Ưu điểm................................................................................................18
2.2.5.4 Nhược điểm...........................................................................................18
2.2.5.5 Phân loại xy lanh...................................................................................18
2.2.5.6 Ứng dụng..............................................................................................18
2.2.6 Cảm biến quang phản xạ..............................................................................19
2.2.6.1 Đặc điểm...............................................................................................19
2.2.6.2 Nguyên lý hoạt động.............................................................................19
2.2.6.3 Ưu điểm................................................................................................20
2.2.6.4 Nhược điểm...........................................................................................20
2.2.6.5 Ứng dụng..............................................................................................20
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG..........................................21
3.1 Tính tốn và thiết kế hệ thống cơ khí.................................................................21
3.1.1 Mơ hình hệ thống cơ khí..............................................................................21
3.1.2 Phân tích chức năng.....................................................................................21
3.1.3 Thiết kế hệ thống.........................................................................................22
3.1.3.1 Hệ thống băng truyền............................................................................22
3.1.3.2 Hệ thống cấp phôi.................................................................................26
3.1.3.3 Hệ thống phân loại sản phẩm................................................................27
3.1.3.4 Hệ thống xử lý ảnh................................................................................28
3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển...............................................................29

3.2.1 Hệ thống điều khiển.....................................................................................29
3.2.1.1 Khối xử lý trung tâm.............................................................................30
3.2.1.2 Khối cơ cấu chấp hành..........................................................................33
3.2.1.3 Khối cảm biến.......................................................................................35
3.2.1.4 Khối Camera.........................................................................................36
3.2.1.5 Khối nguồn...........................................................................................37
3.2.2 Mạch khí nén...............................................................................................39
KẾT LUẬN.................................................................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................41
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 42


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống phân loại hành lý tự động trong sân bay.....................................1
Hình 1.2. Xử lý ảnh trong cơng nghiệp.....................................................................2
Hình 2.1. Hình ảnh mơ tả khơng gian màu RGB.......................................................6
Hình 2.2. Khơng gian màu HSV................................................................................7
Hình 2.3. Ví dụ về mối quan hệ giữa không gian màu RGB và HSV........................8
Hình 2.4: Sơ đồ các bước thực hiện phân loại màu...................................................9
Hình 2.5. Một số loại động cơ trên thực tế..............................................................11
Hình 2.6. Cấu tạo động cơ điện một chiều...............................................................12
Hình 2.7. Băng tải dây chuyền.................................................................................13
Hình 2.8. Board mạch Kit Raspberry Pi 3...............................................................15
Hình 2.9. Hình ảnh Arduino Uno R3.......................................................................16
Hình 2.10. Ví dụ về ứng dụng của Arduino.............................................................17
Hình 2.11. Xy lanh khí nén tác động kép.................................................................17
Hình 2.12. Cảm biến quang phản xạ........................................................................19
Hình 2.13. Nguyên lý thu phát của cảm biến...........................................................20
Hình 3.1. Hệ thống phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh..........................................21
Hình 3.2: Hệ thống băng truyền..............................................................................22

Hình 3.3: Mơ hình hố băng tải...............................................................................24
Hình 3.4: Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................29
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi 3...................................................................30
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối Arduino Uno R3................................................................32
Hình 3.7: Động cơ XD-42GA775............................................................................33
Hình 3.8: Rơ le 5 chân 12V.....................................................................................34
Hình 3.9: Xylanh AIRTAC MA...............................................................................34
Hình 3.10: Van điện từ 5/2.......................................................................................35
Hình 3.11: Rơ le 5 chân 24V...................................................................................35
Hình 3.12: Camera E3F-R2N1................................................................................36
Hình 3.13: Kết nối Camera thực tế..........................................................................37
Hình 3.14: Adapter 5VDC - 2A...............................................................................37
Hình 3.15: Mạch hạ áp LM2596..............................................................................38
Hình 3.16: Nguồn tổ ong 24VDC - 5A....................................................................38
Hình 3.17: Sơ đồ mạch khí nén...............................................................................39

DANH MỤC BẢNG BIỂU


Bảng 3.1: Các chi tiết khác của băng chuyền..........................................................23
Bảng 3.2: Bảng các chi tiết hệ thống cấp phôi.........................................................26
Bảng 3.3: Bảng các chi tiết hệ thống phân loại sản phẩm........................................27
Bảng 3.4: Các chi tiết hệ thống xử lý ảnh................................................................28
Bảng 3.5: Cấu hình Arduino Uno R3.......................................................................31


MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc sử dụng các dây chuyền, hệ thống để chế tạo
sản phẩm khơng cịn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế
giới. Đối với các nước có nền cơng nghiệp phát triển thì các hệ

thống gia công này được đầu tư thiết kể, trang bị đầy đủ và vơ
cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác, các robot trong
dây chuyền hết sức linh hoạt. Và đặc biệt, công việc điều khiển hệ
thống dây chuyền rất đơn giản, dễ dàng, thuận tiện cho người sử
dụng và có thể dể dàng thay đổi chương trình điều khiển hoạt
động của dây chuyền để chế tạo các chi tiết máy, các sản phẩm
khác theo yêu cầu thực tế của thị trường. Quy trình hoạt động của
hệ thống là một chu trình liên tục khép kín, từ ngun cơng cấp
phơi cho đến đóng gói sản phẩm đưa vào kho dự trữ hay đưa ra thị
trường đều được tự động hóa.
Xuất phát từ những kinh nghiệm học hỏi ở các nhà máy, các
khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, nhóm
chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong q trình
sản xuất. Một trong những khâu trong dây chuyền sản xuất tự
động hóa là sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm và hệ
thống nâng gắp để phân loại và xử lí sản phẩm. Tuy nhiên đối với
doanh nghiệp vừa và nhỏ thì tự động hóa chưa hồn tồn được áp
dụng trong những khâu phân loại đóng bao bì mà vẫn sử dụng
nhân cơng. Chính vì vậy năng suất vẫn cịn thấp, chưa đạt hiệu
quả cao trong q trình sản xuất.
Thấy được sự cần thiết của hệ thống tự động hóa trong q
trình sản xuất cùng với kiến thức đã được học, nhóm tơi đã lên ý
tưởng nghiên cứu và thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm bằng
hình ảnh để nâng cao năng suất lao động, góp phần cho việc ứng
dụng rộng rãi và phổ biến tự động hóa trong các doanh nghiệp sản
xuất tại Việt Nam cũng như quốc tế. Nhờ đó có thể đóng góp vào


sự phát triển chung của khoa học kĩ thuật và cơng cuộc “Cơng
nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước”.



CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Lịch sử nghiên cứu
CHƯƠNG 1

Các hệ thống tự động hình thành từ thế kỷ 20 và

phát triển mạnh vào cuối thế kỷ 20 đầu thế kỷ 21. Việc ứng
dụng tự động hóa là xu thế chung trong cơng nghiệp hiện nay,
hịa chung vào q trình tự động hóa trong sản xuất, hệ thống
phân loại sản phẩm trong các dây chuyền cơng nghiệp là một ví
dụ điển hình. Trước kia việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức
người, cơng việc này địi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại
nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong cơng
việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ
thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ
ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà
sản xuất. Ứng dụng băng chuyền và các kỹ thuật để phân loại
sản phẩm hồn tồn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao
năng suất và hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ công.
CHƯƠNG 2

Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích

thước, hình dáng bao bì, các sản phẩm hiện nay còn đa năng về
số lượng màu sắc khác nhau nên việc phân loại sản phẩm dựa

vào màu sắc là thực sự cần thiết.

1


CHƯƠNG 3

CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 5

Hình 1.1. Hệ thống phân loại hành lý tự động trong sân bay
Để phân loại được sản phẩm một cách chính xác

và nhanh chóng nhất thì khơng thể không kể đến hệ thống phân
loại sản phẩm dùng xử lý ảnh. Không như những hệ thống khác
sử dụng cảm biến để nhận biết sản phẩm mà ở đây là dùng trực
tiếp hình ảnh nhận được từ Camera quan sát được qua q trình
xử lý ảnh để truyền tín hiệu đến hệ thống để phân loại sản
phẩm.
CHƯƠNG 6

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và

cơng nghệ. Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với nhiều
ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh,
kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng đặc biệt là máy
tính chuyên dụng riêng của nó.

2



CHƯƠNG 7

CHƯƠNG 8

CHƯƠNG 9

Hình 1.2. Xử lý ảnh trong cơng nghiệp

Ở đây xử lý ảnh là một kỹ thuật áp dụng trong

việc tăng cường và xử lý các ảnh thu nhận từ các thiết bị như
camera , webcam ... Do đó , xử lý ảnh đã được ứng dụng và
phát triển trong rất nhiều lĩnh vực quan trọng như :
CHƯƠNG 10

+ Trong lĩnh vực quân sự : xử lý và nhận dạng ảnh

quân sự .
CHƯƠNG 11

+ Trong lĩnh vực giao tiếp người máy : nhận dạng

ảnh , xử lý âm thanh , đổ họa
CHƯƠNG 12

+ Trong lĩnh vực an , bảo mật : nhận diện khuôn

mặt người , nhận diện vân tay , mẫu mắt , ...

CHƯƠNG 13

+ Trong lĩnh vực giải trí : trị chơi điện tử .

CHƯƠNG 14

+ Trong lĩnh vực y tế : Xử lý ảnh y sinh , chụp X

quang , MRI , ...
CHƯƠNG 15

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng

dụng chính : nâng cao chất lượng và phân tích ảnh . Ứng dụng
đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được
truyền từ London đến New York từ những năm 1920. Vấn để
nâng cao chất lượng ảnh có liên quan tới phân bố mức sáng và

3


độ phân giải của ảnh . Việc nâng cao chất lượng ảnh được phát
triển vào khoảng những năm 1955. Điều này có thể giải thích
được vì sao sau thế chiến thứ hai, máy tính được phát triển
nhanh nhằm tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số được
thuận lợi hơn. Năm 1964, máy tính đã có khả năng xử lý và
năng cao chất lượng ảnh từ mặt trăng và vệ tinh Ranger 7 của
Mỹ bao gồm: làm nổi đường biên, lưu ảnh. Từ năm 1964 đến
nay, các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh
phát triển không ngừng. Các phương pháp tri thức nhân tạo như

nơ-ron nhân tạo, các thuật toán xử lý hiện đại và cải tiến, các
công cụ nén ảnh ngày được áp dụng rộng rãi và thu được nhiều
kết quả khả quan hơn.

1.2 Mục tiêu đề tài
CHƯƠNG 16

Xuất phát từ thực tế quan sát được của người

nơng dân sau q trình thu hoạch cà chua phải tiến hành phân
loại với số lượng lớn lên tới hàng trăm nghìn quả mà thời gian lại
gấp rút, điều này khiến công đoạn phân loại tiêu tốn khá nhiều
sức loa động. Dựa theo màu sắc và giá cả cà chua mà ta chia ra
làm ba loại:
 Cà chua loại A:
 Cà chua có màu đỏ
 Giá thành từ 17000vnđ /kg - 20000vnđ / kg
 Cà chua loại B:
 Cà chua có màu vàng
 Giá thành từ 12000vnđ /kg - 15000vnđ /kg
 Cà chua loại C:
 Cà chua có màu xanh
 Giá thành < 10000vnđ /kg
 Từ các đặc điểm trên nhóm em đưa ra phương án phân
loại cà chua theo màu sắc .

4


CHƯƠNG 17


Để tải “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại

sản phẩm dùng xử lý ảnh” với mục tiêu là phân loại cà chua
theo màu sắc ( đỏ , xanh , vàng ) . Dựa trên ngôn ngữ Python
với thư viện chính là OpenCV , được thực hiện với bộ xử lý trung
tâm là kit Raspberry vả kit Arduino Uno , khối thu tín hiệu hình
ảnh từ bên ngồi là Camera Raspberry Pi , điều khiển cơ cấu
chấp hành , sau đó hiển thị kết quả trên màn hình. Đề tài “phân
loại cà chua dùng xử lý ảnh” giúp cho người nơng dân giảm
thiểu chi phí và nâng cao năng suất trong việc phân loại cà
chua, chính xác trong việc phân loại tránh gây nhầm lẫn.
CHƯƠNG 18

Về kỹ thuật đảm bảo thiết kế theo đúng kỹ thuật

thực tế, cà chua sau khi đi qua hệ thống được phân thành đúng
các loại đã đặt ra theo yêu cầu của vấn đề. Đảm bảo tốc độ đầu
ra ổn định, sai sót nằm trong khoảng cho phép và chấp nhận
được.
CHƯƠNG 19

Về cơ khí hệ thống được thiết kế, chế tạo lắp ráp

một cách chính xác, dung sai trong phạm vi cho phép, hệ thống
làm việc chắc chắn lâu dài kết hợp quá trình bảo trì định kỳ của
hệ thống mang đến hiệu tốt nhất khi vận hành sử dụng.

1.3 Phương pháp thực hiện đề tài
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

CHƯƠNG 20

Vận dụng các kiến thức đã được học và những

thông tin tìm hiểu thêm từ các nguồn tài liệu để tổng hợp và
chọn lọc kiến thức cho quá trình nghiên cứu hệ thống phân loại
sản phẩm. Khối lượng kiến thức cần tổng hợp bao gồm:
CHƯƠNG 21

- Nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống cung cấp phôi cho

dây chuyền sản xuất, hệ thống băng tải, băng chuyền.
CHƯƠNG 22

- Nghiên cứu tài liệu về ngơn ngữ lập trình.

CHƯƠNG 23

- Nghiên cứu các đề tài, các mơ hình, hệ thống

thực tế, các thiết bị có sẵn liên quan đến xử lý ảnh.

5


CHƯƠNG 24

- Nghiên cứu về ngơn ngữ lập trình dùng trong xử

lý ảnh.

CHƯƠNG 25

- Thuật toán xử lý ảnh làm cơ sở cho việc tính tốn

giải thuật xử lý tín hiệu từ CAMERA quan sát.
CHƯƠNG 26

- Áp dụng phương pháp xử lý ảnh giúp chuyển đổi

các quan hệ hình
CHƯƠNG 27

học sang đại số để mơ phỏng và lập trình.

CHƯƠNG 28

-

Phương

pháp

mơ phỏng

trên

phần

mềm


SolidWorks.
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
CHƯƠNG 29

Trong quá trình thực hiện đồ án, tích cực tìm hiểu

và quan sát các hệ thống tự động hóa trong doanh nghiệp, nhà
máy giúp q trình thi cơng mơ hình tối ưu về cả thời gian và
kinh tế. Nắm bắt quy trình vận hành các hệ thống phân loại sản
phẩm, từ đó làm nền tảng cho nhóm và phát triển nghiên cứu
phân loại sản phẩm bằng xử lý ảnh. Tiến hành thiết kế, chế tạo
thử nghiệm, thử nghiệm hoạt động và hoàn chỉnh mơ hình.
CHƯƠNG 30

-Về phần thiết kế cơ khí: Dùng phần mềm

solidworks để thiết kế mô phỏng hệ thống. Chế tạo băng truyền
dùng kỹ thuật hàn để gắn các bộ phận thành khung băng
truyền, đồng thời sử dụng các bulong và đai ốc để lắp ráp các
bộ phận khác như xylanh, động cơ, máng trượt, cảm biến,.. vào
hệ thống.
CHƯƠNG 31

-Về phần thiết kế hệ thống điện, điện tử: Sử dụng

dây điện để kết nối nguồn điện với các phần tử như Kit
raspberry, Kit Arduino, động cơ, Xylanh điện,.. Áp dụng kiến
thức trong các môn học như cảm biến, kỹ thuật lập trình, kỹ
thuật điều khiển chấp hành,... Sử dụng ngơn ngữ lập trình C, C+
+, Python để lập trình điều khiển hệ thống

CHƯƠNG 32
CHƯƠNG 33

6


CHƯƠNG 34

CHƯƠNG 35

7


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về xử lý ảnh
2.1.1 Không gian màu
CHƯƠNG 36

Không gian màu RGB là hệ không gian màu được

dùng rất nhiều trong biểu diễn đồ họa trên máy tính hoặc rất
nhiều các thiệt bị điện tử và kỹ thuật số khác nhau.
CHƯƠNG 37

Một không gian màu RGB đặc thù được biểu diễn

bởi ba mà sắc cơ bản đó là đỏ (RED), xanh lá cây (Green) và

xanh lơ (Blue), từ việc kết hợp ba màu sắc có bản trên có thể
tạo ra rất nhiều các màu sắc khác nhau.
CHƯƠNG 38

Giả dụ một bức ảnh được mã hóa bằng 24 bit, thì

mỗi kênh R,G,B sẽ là 8 bit. Mỗi kênh này nhận giá trị từ 0 đến
255, với mỗi giá trị từ 0-255 của từng kênh kết hợp với nhau sẽ
thu được một màu khác nhau, sẽ có tổng cộng 255×255×255 =
1.66 triệu màu.

CHƯƠNG 39
CHƯƠNG 40

CHƯƠNG 41

Hình 2.3. Hình ảnh mơ tả khơng gian màu RGB

Khơng gian màu HSV ( Hue, Saturation, Value) là

một mơ hình để biểu diễn không gian màu tương tự với không
gian màu RGB. Thực chất là sự biến đổi của không gian RGB .
Trong đó:
CHƯƠNG 42

Kênh H (Hue) là kênh để chỉ thuộc tính màu sắc có

giá trị từ 0ᵒ đến 360ᵒ. Rất hữu dụng trong nhiều tác vụ xử lý ảnh
cần đến việc phân biệt các vật thể dựa trên màu sắc của chúng.


6


CHƯƠNG 43

Kênh S (Saturation) là kênh thể hiện cho sự bão

hịa của vật thể, đi từ khơng bão hịa, thể hiện các sắc thái của
màu xám cho đến bão hòa hồn tồn ( khơng có thành phần
màu trắng). Có giá trị từ 0 đến 1.
CHƯƠNG 44

Kênh V (Value) là kênh để mơ tả độ sáng hay nói

cách khác là cường độ của màu sắc và cũng có giá trị từ 0 đến
1.
CHƯƠNG 45

Các màu sắc đạt giá trị bão hòa khi S = 1 và V =

1.

CHƯƠNG 46
CHƯƠNG 47

Hình 2.4. Không gian màu HSV

CHƯƠNG 48 Công thức chuyển hệ màu RGB sang HSV:
CHƯƠNG 49


Giả sử, ta chọn một điểm ảnh trong hệ khơng gian

màu RGB có giá trị là (R,G,B).Để chuyển điểm ảnh này sang
không gian màu HSV, tiến hành như sau:
CHƯƠNG 50

Đặt: M = Max(R,G,B)

CHƯƠNG 51

m = min(R,G,B)

CHƯƠNG 52

C = M- m

CHƯƠNG 53

Xác định giá trị H (HUE)

7


CHƯƠNG 54

cd�
nh, n�
uC  0
�kh�ngx�
�G  B

�
chial�
yd�cho6,n�
uM  R
C
�
�
H'  �B  R
uM  G
� C  2,n�
�
�R  G  4,n�
uM  B
�
�C

(2.1)
CHƯƠNG 55

H  60��H '

CHƯƠNG 56

Xác định giá trị của V (Value)

CHƯƠNG 57

V = M.

CHƯƠNG 58


Xác định giá trị của S ( Saturation)

CHƯƠNG
59
0,n�
uV  0
�

�

S  �C 60
CHƯƠNG

n�
uV kh�
c0
�
�
V
(2.2)

CHƯƠNG 61
CHƯƠNG 62

CHƯƠNG 63

Hình 2.5. Ví dụ về mối quan hệ giữa không gian màu RGB và HSV

8



2.1.2 Phương pháp nhận dạng màu sắc
CHƯƠNG 64

Với ảnh chụp thu thập được từ Camera sẽ cho

không gian màu của ảnh là RGB, khơng gian màu RGB khơng
thích hợp cho việc nhận dạng màu sắc, để phân biệt màu sắc
người ta thường dùng khơng gian màu HSV. Vì vậy ta cần
chuyển đổi ảnh gốc ( ảnh có khơng gian màu RGB) sang ảnh có
khơng gian màu HSV. Thư viện OpenCV là một thư viện chuyên
xử lý hình ảnh vì vậy nó hổ trợ rất nhiều hệ màu như RGB,
BRGA, YUV, HSV… và nó cũng có cung cấp cho chúng ta hàm
cv2.cvtColor để thực hiển chuyển đổi giữa các hệ màu này.
Trong OpenCV, H(Hue) có giá trị trong khoảng (0 – 179) mang
thơng tin về màu sắc, S(Satuảtion) có giá trị (0 - 255) cho thông
tin về độ thuần khiết của màu, V(Value) có giá trị (0 - 255) cho
biết độ sáng điểm ảnh. Chuyển đổi không gian màu từ RGB
sang HSV: hsv_img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2HSV);
[14] Ví dụ: Màu đỏ thường thành phần H có giá trị trong khoảng
(0 - 7) và (174 - 179), các thành phần S và V thường chọn trong
lân cận 100 tùy theo điều kiện ánh sáng. Tương tự cho các màu
còn lại. Khi đã chuyển được ảnh sang ảnh HSV và có các giá trị
HSV của các màu mong muốn, ta tiến hành so sánh để xác định
được ảnh đang xét là ảnh màu gì.
CHƯƠNG 65

Các bước thực hiện:


CHƯƠNG 66

CHƯƠNG 67

Hình 2.6: Sơ đồ các bước thực hiện phân loại màu

9


2.1.2.1 Thu nhận ảnh
CHƯƠNG 68

Thu thận ảnh là quá trình mà ảnh có thể thu nhận

qua camera hoặc có thể lấy từ bộ nhớ của hệ thống.
2.1.2.2 Tiền xử lý ảnh
CHƯƠNG 69

Là bước chỉnh sửa chất lượng ảnh, như việc lọc

nhiễu hay tăng cường độ sáng, để nâng cao chất lượng ảnh và
chuyển sang ảnh xám để dễ dạng nhận dạng ảnh.
CHƯƠNG 70

Chuyển đổi ảnh xám: Giả sử, hình ảnh của được

lưu trữ dưới dạng RGB (Red- Green-Blue). Điều này có nghĩa là
có ba ma trận xám tương ứng cho màu Red, Green, Blue. Cơng
việc là tìm cách tổng hợp ba ma trận này về thành một ma trận
duy nhất. Một trong số các công thức phổ biến để thực hiện việc

đó là:
CHƯƠNG 71

Y = 0.2126R + 0.7152G + 0.0722B
(2.3)

CHƯƠNG 72

Trong đó: Y: ma trận xám cần tìm; R: ma trận xám

đỏ của ảnh; G: ma trận xám lục của ảnh; B: ma trận xám lam
của ảnh.
CHƯƠNG 73

Lọc trung bình: Giả sử có một ảnh đầu vào với

I(x,y) là giá trị điểm ảnh tại một điểm (x,y) và một ngưỡng θ.
CHƯƠNG 74

Bước 1: Tính tổng các thành phần trong ma trận

lọc (Kernel).
CHƯƠNG 75

Bước 2: Chia lấy trung bình của tổng các thành

phần trong ma trận được tính ở trên với số lượng các phần tử
của cửa sổ lọc ra một giá trị Itb(x, y).
CHƯƠNG 76


Bước 3: Hiệu chỉnh:

CHƯƠNG 77

Nếu I(x,y) - Itb(x,y) > θ thì I(x,y) = Itb(x,y)
(2.4)

CHƯƠNG 78

Nếu I(x,y) - Itb(x,y) <= θ thì I(x,y)=I(x,y)
(2.5)

10


CHƯƠNG 79

Chú ý: θ là một giá trị cho trước và có thể có hoặc

khơng tùy thuộc vào mục đích.
2.1.2.3 Chuyển đổi ảnh
CHƯƠNG 80

Khơng gian màu RGB khơng thích hợp cho việc

nhận dạng màu sắc, để phân biệt màu sắc người ta thường
dùng khơng gian màu HSV. Vì vậy ta cần chuyển đổi ảnh có
khơng gian màu RGB sang ảnh có khơng gian màu HSV.
CHƯƠNG 81


Cơng thức chuyển đổi giữa RGB và HSV

 Chuyển từ RGB sang HSV :
CHƯƠNG 82

Giả sử ta có một điểm màu có giá trị trong hệ RGB

là (R, G, B). ta chuyển sang không gian HSV như sau:
CHƯƠNG 83

Đặt M = Max(R, G, B), m = Min(R, G, B) và C = M -

m.
CHƯƠNG 84

Nếu M = R, H' = (G - B)/C mod 6. Nếu M = G, H' =

(B - R)/C + 2. Nếu M = B, H' = (R - G)/C + 4. Và H = H'x60.
Trong trường hợp C = 0, H = 00 V = M.
CHƯƠNG 85

S = C/V. Trong trường hợp V hoặc C bằng 0, S = 0.

 Chuyển từ HSV sang RGB :
CHƯƠNG 86

Giả sử ta có không gian màu HSV với H = [0, 360],

S = [0, 1], V = [0, 1]. Khi đó, ta tính C = VxS. H' = H/60
CHƯƠNG 87


X = C(1 - |H' mod2 -1|). Ta biểu diễn hệ (R1, G1,

B1) như sau: ( 1, 1, 1) =
CHƯƠNG 88

 (0, 0, 0) nếu H chưa được xác định

CHƯƠNG 89

 ( C, X , 0) nếu 0
CHƯƠNG 90

 ( X, C, 0) nếu 1
CHƯƠNG 91

 ( 0, C ,X) nếu 2
CHƯƠNG 92

 ( 0, X , C) nếu 3
CHƯƠNG 93

 ( X, 0 , C) nếu 4
CHƯƠNG 94

 ( C, 0 , X) nếu 5
11


2.1.2.4 Nhận dạng và phân loại
CHƯƠNG 95

Ta nhận dạng màu sắc dựa vào các đặc điểm riêng

biệt của từng màu, khi có được các đặc điểm riêng biệt của từng
màu, ta tiến hành phân loại từng màu sắc sản phẩm một nhờ
vào việc so sánh các đặc điểm riêng biệt của chúng với các giá
trị đã định trước. Ta lần lượt đi so sánh từng màu một, từ màu
đỏ, đến màu xanh, đến màu vàng. Nếu các đặc điểm trùng khớp
với đặc điểm được đề ra trước ở màu nào thì ta kết luận ngay đó
là sản phẩm có màu đó. Ngược lại nếu khơng có đặc điểm nào
khớp ta kết luận đó là một sản phẩm nào đó khác mà không
phải sản phẩm đã định sẵn.
CHƯƠNG 96

2.2 Các khối chức năng của hệ thống
2.2.1 Động cơ điện một chiều
CHƯƠNG 97

Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng

chuyền dây đai và không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần
động cơ có cơng suất lớn. Với u cầu khá đơn giản của băng
chuyền như là:

CHƯƠNG 98

- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.

CHƯƠNG 99

- Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng

chuyền nhẹ.
CHƯƠNG 100

- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.

CHƯƠNG 101

Vì vậy chỉ cần sử dụng động cơ một chiều có cơng

suất nhỏ, khoảng 20-30 W,
CHƯƠNG 102

điện áp một chiều 24V.

CHƯƠNG 103

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động

với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều được dùng rất
phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều chỉnh
tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.
CHƯƠNG 104

Động cơ một chiều trong dân dụng thường là các

động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ.

12


Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở
những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu điều
chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng. Động cơ điện
một chiều trong thực tế:
CHƯƠNG 105

CHƯƠNG 106
CHƯƠNG 107

Hình 2.7. Một số loại động cơ trên thực tế
CHƯƠNG 108

2.2.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

CHƯƠNG 109
CHƯƠNG 110

CHƯƠNG 111

Hình 2.8. Cấu tạo động cơ điện một chiều

- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc,

vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn
kích từ.
CHƯƠNG 112

- Rotor (phần động): Gồm lõi thép và dây quấn

phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện
dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Mỗi phần tử
của dây quấn phần động có nhiều vịng dây, hai đầu với hai

13


phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai
rãnh dưới hai cực khác tên.
CHƯƠNG 113

- Cổ góp (communtator): gồm các phiến góp bằng

đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục
rotor.
CHƯƠNG 114

- Chổi than (brushes): làm bằng than graphit. Các

chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lị xo và giá chổi điện gắn trên nắp
máy.
2.2.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
CHƯƠNG 115

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi than,

trong dây quấn phần ứng có dịng điện. Các thanh dẫn có dịng
điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho Rotor
quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi
phần ứng quay được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn sẽ đổi chỗ
cho nhau do có phiến cổ góp đổi chiều dịng điện, giữ cho chiều
lực tác dụng khơng đổi. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ
trường sẽ cảm ứng sức điện động. Chiều sức điện động xác định
theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ một chiều thì sức điện
động ngược chiều với dịng điện nên còn gọi là sức phản điện
động.
2.2.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều
CHƯƠNG 116

Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần

ứng mà động cơ điện một chiều được chia thành:
CHƯƠNG 117

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có dịng

điện kích từ và từ thơng động cơ khơng phụ thuộc vào dịng
điện phần ứng. Nguồn điện mạch kích từ riêng biệt so với nguồn
điện mạch phần ứng.
CHƯƠNG 118

- Động cơ điện một chiều kích từ song song: khi

nguồn điện một chiều có cơng suất vơ cùng lớn, điện trở trong
của nguồn coi như bằng không thì điện áp nguồn sẽ là khơng

14


đổi, khơng phụ thuộc vào dịng điện trong phần ứng động cơ.
Loại động cơ một chiều kích từ song song cũng được coi như
kích từ độc lập.
CHƯƠNG 119

- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn

kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
CHƯƠNG 120

- Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây

quấn kích từ, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ
nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.
2.2.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
CHƯƠNG 121

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện

một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác, khơng
những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ dàng mà cấu
trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt
chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
2.2.2 Băng chuyền

2.2.2.1 Giới thiệu chung về băng chuyền

CHƯƠNG 122
CHƯƠNG 123

CHƯƠNG 124

Hình 2.9. Băng tải dây chuyền

Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các

vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương
nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất các thiết bị này được
sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ
cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng,

15