Ứng Dụng Module ESP32-CAM và Thuật Toán Tesseract OCR Trong Trích Xuất Số Đo Phóng Xạ

Khám phá ứng dụng module ESP32 CAM và thuật toán Tesseract OCR trong việc trích xuất số đo phóng xạ từ thiết bị Radiation Alert Ranger.

• Tác giả: Phạm Nguyên Phát
• Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Tấn Được
• Trường học: Trường Đại Học Nguyễn Tất Thành
• Chuyên ngành: Vật Lý Y Khoa
• Đề tài: Ứng Dụng Module ESP32-CAM Và Thuật Toán Tesseract OCR Trong Trích Xuất Số Đo Phóng Xạ
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• NHẬN XÉT (CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN)
• NHẬN XÉT (CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN)
• 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 2. ĐẦU ĐO CHỨA KHÍ
• 2.1. Cấu tạo đầu dò chứa khí
• 2.2. Nguyên lý hoạt động của đầu dò chứa khí
• 2.3. Các vùng điện áp và hiệu ứng trong đầu dò chứa khí
• 2.4. Phân loại đầu dò chứa khí
• 3. ĐẦU ĐO BÁN DẪN
• 3.1. Cấu tạo đầu dò bán dẫn
• 4. PHƯƠNG PHÁP LUẬN
• 4.1. Thiết kế phần cứng
• 4.2. Thiết kế phần mềm
• 4.2.1. Module giao tiếp camera
• 4.2.2. Module xử lý ảnh
• 4.2.3. Module giao diện đồ họa người dùng (GUI)
• 4.2.4. Quy trình hoạt động của phần mềm
• 4.3. Phương pháp chạy thử và đánh giá
• 4.4. Máy đo và vật liệu
• 4.5. Chọn mẫu và các tham số thực nghiệm
• 4.6. Bố trí thực nghiệm
• 4.7. Thu thập, xử lý số liệu và tính toán độ chính xác
• 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 5.1. Phần mềm RadOCR
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Ứng Dụng ESP32 CAM và Tesseract OCR

Trong bối cảnh công nghệ hiện đại, việc ứng dụng ESP32-CAM và Tesseract OCR trong trích xuất số đo phóng xạ đang trở thành một xu hướng quan trọng. Hệ thống này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả trong việc giám sát bức xạ mà còn tạo ra một giải pháp thông minh cho các thiết bị đo đạc. Việc kết hợp giữa camera ESP32 và thuật toán nhận diện ký tự quang học mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực này.

1.1. Lý do chọn đề tài ứng dụng ESP32 CAM

Việc sử dụng ESP32-CAM trong trích xuất số đo phóng xạ mang lại nhiều lợi ích. Đầu tiên, thiết bị này có khả năng kết nối Wi-Fi, cho phép truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Thứ hai, với khả năng xử lý hình ảnh mạnh mẽ, Tesseract OCR giúp nhận diện và trích xuất thông tin từ hình ảnh một cách chính xác.

1.2. Mục tiêu của nghiên cứu ứng dụng Tesseract OCR

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một hệ thống có khả năng trích xuất số đo phóng xạ từ thiết bị Radiation Alert Ranger®. Hệ thống này sẽ sử dụng Tesseract OCR để nhận diện số liệu từ hình ảnh thu được, từ đó cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho người sử dụng.

II. Thách thức trong việc trích xuất số đo phóng xạ

Mặc dù việc ứng dụng ESP32-CAM và Tesseract OCR mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức cần phải vượt qua. Đầu tiên là vấn đề về độ chính xác trong việc nhận diện ký tự, đặc biệt khi hình ảnh bị nhiễu hoặc không rõ nét. Thứ hai, việc tích hợp các thiết bị khác nhau vào một hệ thống đồng nhất cũng là một thách thức lớn.

2.1. Độ chính xác của Tesseract OCR trong điều kiện thực tế

Độ chính xác của Tesseract OCR phụ thuộc vào chất lượng hình ảnh đầu vào. Trong môi trường thực tế, các yếu tố như ánh sáng, độ tương phản và độ phân giải có thể ảnh hưởng đến khả năng nhận diện ký tự. Do đó, cần có các biện pháp xử lý hình ảnh trước khi áp dụng thuật toán.

2.2. Khó khăn trong việc tích hợp hệ thống

Việc tích hợp ESP32-CAM với các thiết bị đo phóng xạ khác đòi hỏi sự đồng bộ hóa cao. Các giao thức truyền dữ liệu và định dạng thông tin cần phải được chuẩn hóa để đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị.

III. Phương pháp triển khai hệ thống trích xuất số đo

Hệ thống trích xuất số đo phóng xạ được triển khai thông qua các bước cụ thể. Đầu tiên, ESP32-CAM sẽ thu thập hình ảnh từ màn hình LCD của thiết bị đo. Sau đó, hình ảnh này sẽ được gửi đến máy tính qua kết nối Wi-Fi. Cuối cùng, Tesseract OCR sẽ được sử dụng để trích xuất số liệu từ hình ảnh đã thu thập.

3.1. Thiết kế phần cứng cho hệ thống

Phần cứng của hệ thống bao gồm ESP32-CAM, các cảm biến và thiết bị đo phóng xạ. Việc thiết kế mạch điện và bố trí các linh kiện cần được thực hiện một cách khoa học để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong quá trình hoạt động.

3.2. Lập trình phần mềm cho hệ thống

Phần mềm được lập trình bằng ngôn ngữ Python, sử dụng các thư viện như OpenCV và Tesseract để xử lý hình ảnh và nhận diện ký tự. Giao diện người dùng cũng được thiết kế thân thiện để người sử dụng dễ dàng tương tác và theo dõi số liệu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống hoạt động ổn định với độ chính xác lên đến 97%. Việc ứng dụng ESP32-CAM và Tesseract OCR trong trích xuất số đo phóng xạ không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giám sát mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực y tế và môi trường.

4.1. Đánh giá hiệu quả của hệ thống

Hệ thống đã được thử nghiệm trong nhiều điều kiện khác nhau và cho kết quả khả quan. Độ chính xác của việc trích xuất số liệu từ hình ảnh đạt yêu cầu, giúp người sử dụng có thể theo dõi tình trạng phóng xạ một cách hiệu quả.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Hệ thống có thể được áp dụng trong các bệnh viện, phòng thí nghiệm và các cơ sở y tế khác để giám sát bức xạ. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho nhân viên y tế mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ chăm sóc sức khỏe.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ứng dụng ESP32-CAM và Tesseract OCR trong trích xuất số đo phóng xạ đã mở ra nhiều hướng đi mới cho công nghệ giám sát bức xạ. Tương lai, hệ thống có thể được cải tiến và phát triển thêm để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực này.

5.1. Triển vọng phát triển hệ thống

Hệ thống có thể được nâng cấp với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo để cải thiện độ chính xác và tốc độ xử lý. Việc tích hợp thêm các cảm biến khác cũng sẽ giúp mở rộng khả năng giám sát.

5.2. Tác động đến ngành y tế và môi trường

Việc ứng dụng công nghệ này trong ngành y tế và môi trường sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Hệ thống sẽ giúp phát hiện sớm các nguy cơ phóng xạ, từ đó bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGƯYẺN TÁT THÀNH KHOA ¥ NGÀNH VẬT LÝ ¥ KHOA NGUYEN TAT THANH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đê tài: ÚNG DỤNG MODULE ESP32-CAM VÀ THUẬT TOÁN TESSERACT OCR TRONG TRÍCH XUẤT SỐ ĐO PHÓNG XẠ CỦA THIẾT BỊ RADIATION ALERT RANGER® GVHD : Th.s Nguyễn Tấn Được SVTH : Phạm Nguyên Phát MSSV : 2000000579 LỚP : 20DVY1A Tp. HCM, tháng 5 năm 2024 Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGƯYẺN TẮT THÀNH KHOA ¥ NGÀNH VẬT LÝ Y KHOA —BữEQlCS— NGUYEN TAT THANH KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG MODULE ESP32-CAM VÀ THUẬT TOÁN TESSERACT OCR TRONG TRÍCH XUẤT SỐ ĐO PHÓNG XẠ CỦA THIẾT BỊ• RADIATION ALERT RANGER® GVHD : Th.s Nguyễn Tấn Được SVTH : Phạm Nguyên Phát MSSV : 2000000579 LỚP : 20DVY1A Tp. HCM, tháng 5 năm 2024 LỜI CÃM ƠN Đầu tiên con xin cảm ơn mẹ và các anh chị trong gia đình. Cảm ơn mọi người đã nuôi dưỡng, dạy dỗ và đồng hành cùng con.

Câm ơn mẹ đã chăm sóc con, con không thê diễn tả hết sự yêu thương và hy sinh cùa mẹ. Cảm ơn anh chị đã động viên và hỗ trợ trong em trong việc học và tạo động lực cho em. Trong những lúc khó khăn, mọi người luôn sẵn sàng lang nghe và sẵn lòng hỗ trợ em. Mỗi khi em sai, mẹ và anh chị luôn khuyên bão, động viên và cô vũ tinh thần cho em.

Con xin cảm ơn mọi người. Em xin gừi lời cảm ơn và bày tò lòng kính trọng tới Th.s Nguyền Tấn Được (Giảng viên bộ môn chuyên ngànli Y Học Hạt Nhân - Trường ĐH NTT). Cảm ơn thầy trong một năm qua đã bỏ nliiều thời gian và công sức của minh đê hỗ trợ em hoàn thành klióa luận. Cảm ơn thầy đã hướng dẫn và chi bảo em trong quá trình thực hiện đề tài.

Khoảng thời gian được thầy hướng dẫn, em được tiếp thu những kiến thức mới. Ngoài ra, em còn được học hòi kinh nghiệm và cách làm việc khoa học. Đây là những điều quan trọng đối với em, đó là một kinh nghiệm quý báu và là một hành trang quý giá cho tương lai. Em rất kính trọng và rất biết ơn thầy.

Xin cảm ơn thầy. Em xin gừi lời câm ơn, lời biết ơn tới TS. Đặng Thanh Lương (Trường ngành Vật lý Y Khoa - Trường ĐH NTT), Th.s Phạm Như Tuyền (Tnrờng bộ môn Chần đoán hình ảnh - Trường ĐH NTT), Th.s Hoàng Anh Tùng (Trưởng bộ môn Xạ trị - Trường ĐH NTT) cùng toàn thê giảng viên ngành Vật lý Y khoa - Trường ĐH NTT. Cảm ơn quý thầy cô đã tận tậm giảng dạy, chi bão cho em trong 4 năm học vừa qua.

Em xin câm ơn Trường ĐH Nguyền Tất Thành đã tạo điều kiện học tập, những trải nghiệm thời sinh viên suốt 4 năm qua. Cuối cùng em xin gữi lời cảm ơn tới Th.s Nguyên Quang Đạo (Giáo viên chủ nhiệm khỏa 20) cùng với các bạn lớp 20DVY1A đã cùng đồng hành với em suốt quãng thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn. Chúc mọi điều tốt đẹp sẽ đến với mọi người.

Hồ Chí Minh, ngày.năm 2024 Phạm Nguyên Phát i NHẬN XÉT (CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN) 1/ Trình độ lý luận: 2/ Kỳ năng nghề nghiệp: 3/ Nội dung báo cáo: 4/ Hình thức bàn báo cáo: Điêm:. NHẬN XÉT (CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN) 1/ Trình độ lý luận: 2/ Kỳ năng nghề nghiệp: 3/ Nội dung báo cáo: 4/ Hình thức bàn báo cáo: Điêm:. iii MỤC LỤC LỜI CÀM ƠN. ii NHẬN XÉT (CỦA GIÀNG VIÊN PHÀN BIỆN).

iii MỤC LỤC.iv DANH MỤC HÌNH ÁNH, BANG BIỂU.vi KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIÉT TÁT. GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu đề tài.

Đầu dò chứa khí. Đầu dò nhấp nliáy. Máy đo phóng xạ Radiation Alert Ranger®. Module ESP32-CAM và phần mềm Arduino IDE.

Ngôn ngữ Python và lập trinh giao diện trong Python. Các bộ thư viện trong python. Bộ thư viện Tkinter. Bộ thir viện Numpy.

Bộ thir viện Tesseract Engine. Bộ thư viện CSV. Bộ thư viện OpenCV2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN.

Thiết kế phần cứng. Thiết kế phần mềm. Module giao tiếp camera. Module xử lý ânh.

Module giao diện đồ họa người dùng (GUI). Quy trình hoạt động của phần mềm. Phương pháp chạy thử và đánh giá. Máy đo và vật liệu.

Chọn mẫu và các tham số thực nghiệm. Bố trí thực nghiệm. Thu thập, xữ lý số liệu và tính toán độ chính xác. KÉT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.

Phần mềm RadOCR. KÉT LUẬN VÀ KIỂN NGHỊ. 40 TÀI LIỆU THAM KHAO.41 V DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIẺU Hình ảnh Hình 2. Sơ đồ cấu tạo đầu dò chứa klú.

Sơ đồ cấu tạo đầu dò bán dần. Sơ đồ cấu tạo đầu dò nhấp nháy. Máy đo Radiation Alert Ranger®. a) Module ESP32-CAM, b) Camera OV2640, c) bảng mạch.

a) Bộ giá đỡ kill được lắp ráp, b) Bộ giá đỡ khi tách rời. Bàng vẽ giá đờ tầng 1. Băn vẽ giá đờ tầng 2. Bãn vẽ chân chống.

Bàn vẽ giá đỡ tầng 3. Bản vẽ giá đờ tầng 4. Cấu trúc của phan mềm. Cấu trúc của module xử lý ảnh.

a) Anh thu được sau khi trìr nền, b) Anil cắt cúp từ ảnh đã tiừ nền. Hàm sừ dụng cho mục đích trừ nền và cắt cúp. a) Anh sau nhị phân hóa, b) Anh nhị phân hóa được mờ rộng biên. a) Hình ảnh sau klii dùng thuật toán Dilation, b) Hình ảnh sau khi dùng thuật toán Erosion.

a) Anh sau khi nhị phân hóa và mờ rộng biên, b) Anh sau khi dùng thuật toán Closing. Hàm sử dụng trong thuật toán nhị phân hóa (threshold) và hàm sừ dụng trong morphology (dilation, erosion). a) Các số hiên thị có klioàng cách không đều, b) Các số hiên thị có khoảng cách ba sau khi phân tách và tái sap xếp. Hình ảnh bao gồm các đường Contour vẽ quanh các ký hr trong ảnh.

Giao diện phần mềm “RadOCR” được lập trình bang thư viện tkinter và customtkinter. a) Máy đo RAR, b) Nguồn phóng xạ Cs-137, c) Cáp sạc type micro-USB, d) Thiết bị OCR, e) Anh nền. Bổ trí thực nghiệm. Thiết bị RadOCR được tách rời: a) tầng 1, b) tầng 2, c) tầng 4 - nắp đậy, d) chân chống, e) tầng 3 - trang bị thêm đèn, f) module ESP32-CAM.2 Thiết bị RadOCR trang bị lên máy đo RAR.

Anh nen xuất hiện một đốm sáng khi sử dụng đèn flash cùa module ESP32- CAM. Giao diện RadOCR klii hoạt động. Máy đo RAR khi gắn vào tầng 1 của thiết bị RadOCR. a) Mặt trước, b) Mặt sau.6 a) Ket quả OCR sai do số chuyên đôi giá trị, b) Ket quả OCR đúng dùng số đang chuyên đôi giá trị.

Ket quả OCR sai dù hình ảnli hiên thị các số rõ ràng. 39 Bảng biểu Bảng 2. Klioảng đo của từng đơn vị trong máy đo Radiation Alert Ranger®. Kết quả thu được sau 5 lần chạy thử 38 vii KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIÉT TẤT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt RAR Radiation Alert Ranger® loT Internet of things Internet vạn vật Optically Stimulated Luminescent OSLD Lieu kế quang phát quang Dosimeter TLD Thermoluminescent Dosimeter Liều kế nhiệt phát quang Single-Photon Emission Máy chụp cắt lớp phát xạ SPECT Computed Tomography đơn photon Máy chụp cắt lớp phát xạ PET Positron Emission Tomography positron CT Computed Tomography Chụp cat lớp vi tínli Hệ thống thông tin hình RIS Radiology Information System ảnh chẩn đoán Picture Archiving And Hệ thống hru trữ và truyền PACS Conununication System tải hình ảnh GM Geiger Muller PMT Photomultiplier Tube Ông nhân quang Bộ phân tích xung đơn SCA Single-Channel Analyser kênh MCA Multi-Channel Analyser Bộ phân tích xung đa kênh PHA Pulse-High Analyser Bộ phân tích xung LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thê lòng viii TÓM TẢT Với sự phát triên cùa công nghệ kết nối internet vạn vật - Internet of things, các thiết bị đo đạc bức xạ ngày nay được thiết ke với khã năng kết nối mạng không dây.

Tuy nhiên, nhiều thiết bị đang được sử dụng trong thực tế lại thiếu tính năng này. Các thiết bị này chủ yếu kết nối với máy tính thông qua bluetooth hoặc USB đê truyền dữ liệu đến phần mềm độc quyền cùa riêng thiết bị đó. Điều này gây khó khăn trong việc truy xuất dữ liệu từ xa cũng như tích hợp các thiết bị vào chung một hệ thống quan trắc phóng xạ đa diêm. Trong đề tài này, chúng tôi thiết ke một hệ thống trích xuất hr xa số đọc được hiên thị trên màn hình LCD của máy đo Radiation Alert Ranger® theo thời gian thực.

Hệ thống bao gồm một thiết bị gan kèm với máy đo và một phần mềm trên máy tính. Thiết bị trích xuất hìnli ảnh hr máy đo và gửi đen phần mềm thông qua kết nối wifi trên mạng nội bộ. Hệ thống sử dụng các công nghệ hiện đại như thuật toán nhặn dạng ký hí quang học và internet vạn vật. Ket quả thừ nghiệm cho thay hệ thống hoạt động ôn định với độ chính xác 97.

ix ABSTRACT With the development of the Internet of Things, radiation measuring devices today are embeded wireless networks connection. However, many devices being used in facilities lack this feature. These devices mainly comiect to computers via Bluetooth or USB to transfer data to the dedicated softwares. That makes it difficult to remotely access to data as well as to integrate them into a multi-point radioactive monitoring system.

In this study, we designed a system that extract the readouts displayed on the LCD screen of the Radiation Alert Ranger® survey meter in real time. The system consists of a device attached to the meter and a software deployed on computer. The device extracts images of the meter’s screen and sends it to the software via Wi-Fi connection on a local network. The system uses modern teclmologies such as optical character recognition algorithms and internet of things.

The test results show that the system operates stability with an accuracy of 97,365% ± 0. GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Internet là một sáng tạo lớn và quan trọng trong lịch sử nhân loại. Được phát triên từ khoảng những năm 1960 cho đến nay và không ngừng phát triên trong tương lại.

Internet là một mạng lưới cho phép gừi email, tray cập trình duyệt, tín hiệu truyền hình. Với công nghệ Internet vạn vật - Internet of Things (IoT) là tương lai phát triên của Internet. loT có khã năng giao tiếp, kết nối các thiết bị, mờ rộng các lĩnh vực, cung cấp các dịch vụ tới cho mọi người, mọi lúc và mọi nơi. [1] ứng dụng cùa loT là vô cùng nliiều, tập trang ờ các lĩnh virc: chăm sóc sức khỏe; ngôi nlià, tòa nhà thông minh; thành phố thông minh; giao thông vận tải; năng lượng.

Hiện nay, việc sừ dụng bức xạ, nguồn phóng xạ trong y tế là phô biến. Do đó việc giám sát, đàm bảo an toàn cho nhân viên y te là rất quan trọng. Đã có những đề xuất về ứng dụng loT lên liều kế, ứng dụng lên ngôi nhà, tòa nhà thông minh đê thực hiện việc kiêm soát bức xạ.