Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Xử Lý Ảnh Trong Robot Để Phát Hiện Chuyển Động Và Nhận Dạng Người Quen

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về bài toán nhận dạng và theo dõi khuôn mặt người quen

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

1.3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.4. Tổ chức luận văn

2. CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1. Các hướng tiếp cận liên quan đến phát hiện khuôn mặt

2.2. Các hướng tiếp cận liên quan đến nhận dạng khuôn mặt

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Giới thiệu chung

3.2. Các thuật toán tiền xử lý ảnh

3.2.1. Một số khái niệm về xử lý ảnh số

3.2.2. Một số thuật toán xử lý ảnh

3.2.2.1. Chuyển ảnh màu thành ảnh đa mức xám

3.2.2.2. Chuyển ảnh đa mức xám sang ảnh nhị phân

3.2.2.3. Cân bằng Histogram

3.2.2.4. Điều chỉnh độ tương phản

3.3. Phát hiện khuôn mặt dùng giải thuật Adaboost và đặc trưng Haar-like

3.3.1. Đặc trưng Haar-like

3.3.2. Thuật toán Adaboost

3.3.3. Phân tầng các bộ phân loại

3.3.4. Áp dụng giải thuật Adaboost phát hiện khuôn mặt người

3.4. Phương pháp nhận dạng khuôn mặt riêng dùng PCA

3.4.1. Không gian ảnh khuôn mặt

3.4.2. Nhận dạng khuôn mặt riêng dùng phương pháp PCA

4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

4.1. Giới thiệu chung

4.2. Xây dựng chương trình phát hiện và theo dõi khuôn mặt người quen

4.2.1. Xây dựng lưu đồ và giải thuật chương trình

4.2.2. Xây dựng chương trình

4.2.2.1. Giới thiệu về EmguCV

4.2.2.2. Thu nhận hình ảnh từ Webcam

4.2.2.3. Phát hiện và trích xuất hình ảnh khuôn mặt

4.2.2.4. Xây dựng chương trình bám theo đối tượng khuôn mặt

4.2.2.5. Nhận dạng khuôn mặt người quen

4.3. Xây dựng mô hình mobile robot

4.3.1. Giới thiệu về một số kiểu mobile robot thông dụng

4.3.2. Thiết kế và chế tạo mô hình mobile robot

4.3.3. Xây dựng mạch điện và chương trình điều khiển cho mobile robot

4.3.3.1. Mạch điều khiển

4.3.3.2. Xây dựng giải thuật và chương trình cho vi điều khiển

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.1. Mô tả quá trình thực nghiệm

5.2. Kết quả thực nghiệm

5.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

6.1. Kết quả và ý nghĩa

6.1.1. Kết quả đạt được

6.1.2. Hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ TRÍCH DẪN

PHỤ LỤC A: MỘT SỐ KHÁI NIỆM TOÁN HỌC

PHỤ LỤC B: CHƯƠNG TRÌNH XÂY DỰNG GIẢI THUẬT BẰNG C#

PHỤ LỤC C: CHƯƠNG TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA162

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc ứng dụng xử lý ảnh trong robot để phát hiện chuyển động và nhận dạng người quen. Nghiên cứu này nằm trong lĩnh vực thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo, với mục tiêu phát triển các giải pháp công nghệ giúp robot có khả năng tương tác với con người một cách thông minh. Xử lý hình ảnh và học máy là hai yếu tố chính được sử dụng để xây dựng các thuật toán nhận dạng và theo dõi khuôn mặt. Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa học thuật mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như an ninh, giám sát và robot hỗ trợ.

1.1. Đặt vấn đề

Bài toán nhận dạng khuôn mặt và theo dõi chuyển động là một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực thị giác máy tính. Với sự phát triển của công nghệ robot, việc tích hợp khả năng nhận dạng và theo dõi khuôn mặt vào robot trở thành một nhu cầu cấp thiết. Nghiên cứu này nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến xử lý tín hiệu hình ảnh, phân tích chuyển động và nhận dạng đối tượng trong môi trường thực tế.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ là phát triển một hệ thống tích hợp xử lý ảnh và học máy để robot có thể phát hiện chuyển động và nhận dạng người quen. Hệ thống này sử dụng các thuật toán xử lý ảnh như AdaBoost và PCA để cải thiện độ chính xác trong việc nhận dạng khuôn mặt. Ngoài ra, nghiên cứu cũng hướng đến việc xây dựng một mô hình thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của các thuật toán được đề xuất.

II. Cơ sở lý thuyết

Phần này trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến xử lý ảnh, thị giác máy tính và học máy. Các thuật toán xử lý ảnh như chuyển đổi ảnh màu sang ảnh xám, cân bằng histogram và phát hiện khuôn mặt sử dụng đặc trưng Haar-like được phân tích chi tiết. Ngoài ra, phương pháp nhận dạng khuôn mặt dựa trên phân tích thành phần chính (PCA) cũng được giới thiệu như một giải pháp hiệu quả để nhận dạng người quen.

2.1. Xử lý ảnh số

Xử lý ảnh số là bước đầu tiên trong quá trình nhận dạng khuôn mặt. Các kỹ thuật như chuyển đổi ảnh màu sang ảnh xám, cân bằng histogram và điều chỉnh độ tương phản được sử dụng để cải thiện chất lượng ảnh đầu vào. Những bước tiền xử lý này giúp tăng độ chính xác của các thuật toán nhận dạng khuôn mặt.

2.2. Phát hiện khuôn mặt

Phát hiện khuôn mặt là quá trình xác định vị trí và kích thước của khuôn mặt trong ảnh. Thuật toán AdaBoost kết hợp với đặc trưng Haar-like được sử dụng để phát hiện khuôn mặt một cách hiệu quả. Phương pháp này dựa trên việc xây dựng các bộ phân loại yếu và kết hợp chúng thành một bộ phân loại mạnh.

III. Xây dựng hệ thống

Phần này mô tả quá trình xây dựng hệ thống nhận dạng khuôn mặt và theo dõi chuyển động trong robot. Hệ thống được phát triển dựa trên thư viện mã nguồn mở EmguCV và ngôn ngữ lập trình C#. Các bước chính bao gồm thu nhận hình ảnh từ webcam, phát hiện khuôn mặt, trích xuất đặc trưng và nhận dạng khuôn mặt. Mô hình thực nghiệm được xây dựng để đánh giá hiệu quả của hệ thống.

3.1. Thu nhận hình ảnh

Hệ thống sử dụng webcam để thu nhận hình ảnh từ môi trường thực tế. Các hình ảnh này được chuyển đổi sang định dạng phù hợp để xử lý bằng các thuật toán xử lý ảnh. Quá trình thu nhận hình ảnh là bước đầu tiên và quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của hệ thống.

3.2. Phát hiện và nhận dạng khuôn mặt

Sau khi thu nhận hình ảnh, hệ thống sử dụng thuật toán AdaBoost để phát hiện khuôn mặt. Các đặc trưng của khuôn mặt được trích xuất và sử dụng trong quá trình nhận dạng khuôn mặt dựa trên phương pháp PCA. Kết quả nhận dạng được so sánh với cơ sở dữ liệu để xác định người quen.

IV. Kết quả và đánh giá

Phần này trình bày các kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Các thử nghiệm được thực hiện trong các điều kiện khác nhau như ánh sáng, góc nhìn và khoảng cách. Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng phát hiện chuyển động và nhận dạng người quen với độ chính xác cao. Tuy nhiên, hệ thống còn gặp một số hạn chế trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi khuôn mặt bị che khuất.

4.1. Kết quả thực nghiệm

Các thử nghiệm được thực hiện trên một mô hình robot tích hợp hệ thống nhận dạng khuôn mặt. Kết quả cho thấy hệ thống có thể phát hiện chuyển động và nhận dạng người quen với độ chính xác lên đến 90% trong điều kiện ánh sáng tốt. Tuy nhiên, độ chính xác giảm đáng kể trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi khuôn mặt bị che khuất.

4.2. Đánh giá hiệu quả

Hệ thống được đánh giá dựa trên các tiêu chí như độ chính xác, tốc độ xử lý và khả năng hoạt động trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy hệ thống có tiềm năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực như an ninh, giám sát và robot hỗ trợ. Tuy nhiên, cần cải thiện thêm để tăng độ chính xác trong các điều kiện khó khăn.

V. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn thạc sĩ này đã thành công trong việc phát triển một hệ thống tích hợp xử lý ảnh và học máy để robot có thể phát hiện chuyển động và nhận dạng người quen. Hệ thống đã được thử nghiệm và đánh giá trong các điều kiện khác nhau, cho thấy tiềm năng ứng dụng cao. Tuy nhiên, vẫn còn một số hạn chế cần được cải thiện trong tương lai, đặc biệt là trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi khuôn mặt bị che khuất.

5.1. Kết luận

Nghiên cứu đã đạt được mục tiêu đề ra là phát triển một hệ thống nhận dạng khuôn mặt và theo dõi chuyển động trong robot. Các thuật toán xử lý ảnh và học máy được sử dụng đã chứng minh hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác của hệ thống. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống có tiềm năng ứng dụng cao trong các lĩnh vực thực tế.

5.2. Hướng phát triển

Trong tương lai, nghiên cứu có thể được mở rộng bằng cách tích hợp thêm các thuật toán học sâu để cải thiện độ chính xác trong các điều kiện khó khăn. Ngoài ra, việc phát triển các công nghệ thị giác máy tính tiên tiến cũng sẽ giúp nâng cao hiệu quả của hệ thống. Các ứng dụng thực tế như robot hỗ trợ người già và trẻ em cũng là hướng phát triển tiềm năng.

Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa: Ứng Dụng Xử Lý Ảnh Trong Robot Để Phát Hiện Chuyển Động Và Nhận Dạng Người Quen