PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nghiên cứu về xử lý ảnh và thị giác máy là lĩnh vực nghiên cứu đƣợc rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng nhƣ những hãng công nghệ trên thế giới cũng nhƣ trong nƣớc. Có nhiều cách để phân chia các hƣớng nghiên cứu này, một trong số đó là phân chia theo dữ liệu đầu vào là ảnh tĩnh hoặc dữ liệu video. Trong đó, dữ liệu video thƣờng đƣợc gắn liền với các loại thiết bị ghi hình nhƣ webcam và các loại camera ví dụ nhƣ các loại gắn trong nhà, trong ô tô, ngoài trời, trên điện thoại di động.
Thời gian gần đây, sự phát triển và phổ biến nhanh chóng của công nghệ phần cứng máy tính và các thiết bị liên quan đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của những hệ thống phần mềm yêu cầu khối lƣợng tính toán cao. Trong số đó, những hệ thống mô phỏng con ngƣời, đặc biệt là việc biểu diễn biểu cảm khuôn mặt ngƣời 3D trong lĩnh vực thực tại ảo là một trong những vấn đề quan trọng với nhiều ứng dụng đã trở nên quen thuộc đối với cuộc sống con ngƣời, trong đó đơn giản nhất có thể kể đến đó là những bộ phim giả tƣởng đẹp mắt nhƣ Avatar, Van Helsing… với những quái vật, ngƣời sói có những biểu cảm khuôn mặt hết sức tinh tế. Trong những ứng dụng nhƣ vậy, việc nắm bắt đƣợc một cách chính xác và nhanh chóng những đặc trƣng thể hiện biểu cảm khuôn mặt ngƣời trở thành một trong những công đoạn quan trọng, rất cần thiết đối với các hệ thống mô phỏng. Hiện nay cũng đã có một số đơn vị nghiên cứu trong nƣớc có những hƣớng nghiên cứu liên quan nhƣ Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Duy Tân, Đại học Lạc Hồng, Đại học Thái Nguyên… Đây cũng là một hƣớng nghiên cứu đã và đang đƣợc đầu tƣ, nghiên cứu và phát triển tại Viện Công nghệ Thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong những năm gần đây.
Trong quá trình phát triển của con ngƣời, những cuộc cách mạng về công nghệ đóng vai trò rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của con ngƣời, theo hƣớng hiện đại hơn. Hiện nay, dân số ngày càng tăng nhu cầu cũng tăng theo, các dịch vụ tiện ích từ đó cũng đƣợc hình thành và phát triển theo. Đặc biệt là áp dụng e 2 công nghệ ngành công nghệ thông tin về xử lý hình ảnh trong thực tiễn cuộc sống. Công nghệ nhận diện và phát hiện đối tƣợng trong cuộc sống hằng ngày đƣợc phát triển rầm rộ do điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng.
Việc xử lý các hình ảnh, video đƣợc xem là một phƣơng á hiệu quả tối ƣu. Từ những lý do ở trên, tôi chọn đề tài “NGHIÊN CỨU NHẬN DIỆN VÀ PHÁT HIỆN ĐỐI TƢỢNG DỰA TRÊN NỀN TẢNG HỆ THỐNG IOT CAMERA”. Mục tiêu nghiên cứu 2. Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng công nghệ IoT tìm hiểu về đối tƣợng cần nhận diện và phát hiện.
Mục tiêu cụ thể: Phân tích video thu nhận từ các camera, kết hợp thuật toán thông minh xác định vùng chuyển động của đối tƣợng, từ đó nhận diện hình ảnh. Cơ sở lý luận Phát hiện và nhận dạng đối tƣợng trong hệ thống IoT camera là một vấn đề có tính thời sự và khả năng ứng dụng cao trong thực tế xã hội. Liên quan đến bài toán này có nhiều vấn đề cần nghiên cứu chuyên sâu về cả xử lý ảnh lẫn học máy. Luận văn đã hệ thống một số vấn đề cơ bản trong bài toán phát hiện và nhận dạng đối tƣợng trong hệ thống IoT camera, cả trong nghiên cứu lý thuyết cũng nhƣ trong cài đặt thực tế, cụ thể là các thuật toán xử lý ảnh phục vụ mục đích phát hiện đối tƣợng chuyển động và nhận diện hình ảnhCác thuật toán xử lý ảnh phục vụ mục đích phát hiện đối tƣợng chuyển động và nhận diện hình ảnh.
Phƣơng pháp nghiên cứu Các kỹ thuật đƣợc áp dụng trong phạm vi dữ liệu khung hình camera, có thể là luồng video trực tiếp của camera hoặc từ file video lƣu trữ trên ổ cứng. Dữ liệu có thể từ một hoặc nhiều camera riêng lẻ quan sát nhiều góc khác nhau trong một khu vực. e 3 CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG IOT CAMERA VÀ BÀI TOÁN PHÁT HIỆN VÀ NHẬN DIỆN ĐỐI TƢỢNG 1. Tổng quan về hệ thống IoT camera 1.
Internet vạn vật 1. Giới thiệu Trong những năm gần đây, sự phát triển của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 đã tạo ra nhiều sự chuyển biến đối với con ngƣời trong xã hội trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Nhiều lĩnh vực liên quan đến những hệ thống công nghệ thông tin hiện đại cũng đã dần trở nên quen thuộc trong đời sống con ngƣời. Một trong những lĩnh vực đó là IoT (Internet of Things), hay tiếng Việt thƣờng dịch là Internet vạn vật.
Hiểu một cách đơn giản và trực tiếp, IoT là một lĩnh vực công nghệ thông tin liên quan đến việc nghiên cứu và xây dựng những hệ thống mà trong đó nhiều thiết bị đƣợc liên kết với nhau qua môi trƣờng Internet. Theo xu hƣớng của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, ta có thể hình dung một hệ thống IoT sẽ bao gồm một tập hợp nhiều thiết bị máy móc có khả năng kết nối với nhau qua môi trƣờng internet. Trong đó, chúng thực hiện truyền tải, trao đổi thông tin dữ liệu trên cơ sở phục vụ thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó mà có thể cần rất ít hoặc không cần đến sự tƣơng tác của con ngƣời, có thể bao gồm giữa con ngƣời với con ngƣời và giữa con ngƣời với thiết bị máy móc. Để vận hành một hệ thống IoT có thể cần đến ba loại hình kết nối: thứ nhất là máy móc - máy móc (machine to machine), thứ hai là con ngƣời - máy móc (person to machine) và thứ ba là con ngƣời - con ngƣời (person to person).
Trong các mối liên kết đó, kết nối máy móc - máy móc đóng vai trò chủ đạo xuyên suốt trong hoạt động của hệ thống IoT. e 4 Để có thể làm đƣợc điều này, hệ thống IoT cần đến một mạng lƣới các cảm biến thực hiện chức năng thu thập và đo lƣờng các thông số dữ liệu để truyền tải về máy chủ trung tâm để thực hiện phân tích xử lý. Trên cơ sở đó các thiết bị máy móc và có thể cả con ngƣời sẽ sử dụng những thông tin đã thu thập và phân tích đó một cách tốt nhất theo yêu cầu chức năng cụ thể của hệ thống. Có thể là sự phản ứng nhanh chóng của các thiết bị trong thời gian thực hoặc trong thời gian thực hoặc có thể là sự ra điều phối kịp thời của ngƣời dùng từ xa thông qua nền tảng điện toán đám mây.
Các thiết bị trong hệ thống IoT đƣợc kết nối với nhau qua nhiều hình thức, có thể có dây hoặc không dây và với nhiều loại công nghệ truyền thông khác tùy vào những thiết kế cụ thể. Thông qua hạ tầng kết nối đó, các cảm biến sẽ truyền dữ liệu về một hoặc một hệ thống các máy chủ xử lý. Đây chính là đầu não cho việc vận hành điều khiển nhằm phục vụ mục tiêu có đƣợc một hệ thống lệ thuộc ít hoặc hoàn toàn không lệ thuộc vào sự điều khiển của con ngƣời trong cuộc Cách mạng Công nghiệp 4. Một số minh họa IoT từ lâu đã đƣợc nhận định là một lĩnh vực nhiều tiềm năng phát triển.
Vào năm 2011, theo tính toán của hãng Cisco thì đến năm 2020 ƣớc tính sẽ có khoảng 50 tỷ thiết bị IoT kết nối vào Internet [1]. Tại Việt Nam, IoT cũng đã đƣợc quan tâm từ lâu trong nhiều lĩnh vực kinh tế. Chẳng hạn, vấn đề kiểm soát nƣớc thải đã đƣợc quan tâm nhiều hơn sau một số vụ việc ô nhiễm nhƣ vụ việc ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng trên sông Thị Vải của công ty VEDAN, vụ Formosa Hà Tĩnh… Cụ thể hơn đó là những quy định về quản lý và bảo vệ môi trƣờng đối với các khu kinh tế, khu kinh tế cửa khẩu, khu công nghệ cao, khu chế xuất và cụm công nghiệp trong Thông tƣ 08/2009/TT-BTNMT hay là Nghị định 80/2014/NĐ-CP quy e 5 định về hoạt động thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải tại các đô thị, các khu công nghiệp, khu kinh tế, khu chế xuất, khu công nghệ cao, khu dân cƣ nông thôn tập trung. Những quyết sách này làm tăng nhanh nhu cầu về các hệ thống quan trắc và xử lý nƣớc thải tại Việt Nam.
Trên thế giới hiện nay cũng đã có nhiều công ty lớn cung cấp những giải pháp IoT phục vụ nhu cầu đó, có thể kể đến nhƣ giải pháp hỗ trợ giám sát từ xa phục vụ quản lý nƣớc và nƣớc thải của công ty Advantech [2] hay giải pháp quản lý nƣớc thải của công ty Ursalink [3]. Một ví dụ minh họa khác là trong lĩnh vực xăng dầu. Tại hội thảo “Cách mạng Công nghiệp 4.0 và ứng dụng IoT vào sản xuất thông minh”đƣợc tổ chức tại Khách sạn Inter Continental Asiana Saigon, TP. Hồ Chí Minh, công ty Cổ phần Tin học Viễn thông Petrolimex (PIACOM) đã tham gia triển lãm với giải pháp quản lý cửa hàng bán lẻ xăng dầu (EGAS) và hệ thống Tự động hóa cửa hàng xăng dầu (AGAS) với các mô hình tự động hóa đo bồn bể, thiết bị in hóa đơn giao dịch bán lẻ xăng dầu cho khách hàng từ hệ thống EGAS [4].
Tham luận của PIACOM tại hội thảo Cách mạng Công nghiệp 4.0 và ứng dụng IoT vào sản xuất thông minh e 6 1. Hệ thống camera giám sát Trong những thiết bị cảm biến, có thể nói cảm biến hình ảnh là một trong những thiết bị đƣợc phổ biến rộng rãi nhất với sự xuất hiện của camera ở mọi nơi trong đời sống kinh tế và xã hội. Camera giám sát là sản phẩm có thể dễ dàng đƣợc tìm thấy và đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay trên thị trƣờng. Thị trƣờng của camera ngày nay không còn chỉ ở những khu đô thị, khu công nghiệp mà còn phát triển ở những khu vực ngoại thành, nông thôn.
Một số ví dụ về hệ thống camera giám sát Hiểu đơn giản, camera giám sát là một thiết bị đƣợc lắp đặt để hỗ trợ việc giám sát và quản lý bằng cách cung cấp hình ảnh. Thông thƣờng, chuỗi hình ảnh liên tục thu nhận đƣợc từ camera sẽ đƣợc lƣu trữ và có thể truyền tải về thiết bị quan sát từ xa.