Ứng dụng thuật toán nhận dạng chuyển động 3D cho robot chơi cầu lông

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH SÁCH CÁC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu

1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.3. Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu của đề tài

1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu

1.5.1. Phương pháp nghiên cứu

1.5.2. Nội dung nghiên cứu

1.6. Kế hoạch thực hiện đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Tìm hiểu về camera 3D Kinect của Microsoft

2.1.1. Giới thiệu tổng quan về camera 3D Kinect của Microsoft

2.1.2. Các thành phần chính của camera 3D Kinect

2.1.3. Tính toán thông tin độ sâu

2.1.4. Các thư viện hỗ trợ

2.1.4.1. Thư viện hỗ trợ tương tác tự nhiên

2.1.4.2. Các thư viện tương tác tự nhiên hiện nay với Camera 3D

2.2. Thuật toán rừng quyết định ngẫu nhiên - randomized decision forest

2.2.1. Cây quyết định

2.2.2. Thuật toán rừng quyết định ngẫu nhiên - randomized decision forest

2.2.3. Thuật toán Mean shift clusting

2.2.4. Khoảng cách Eulid

3. CHƯƠNG 3: PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG CƠ THỂ NGƯỜI TRONG KHÔNG GIAN 3D VÀ CÀI ĐẶT CHO MÁY PHÁT CẦU LÔNG

3.1. Khối lấy dữ liệu hình ảnh 3D

3.2. Khối nhận dạng tư thế người

3.3. Khối nhận dạng và tracking con người

3.4. Khối nhận dạng tọa độ người trên sân

3.5. Khối cài đặt cho máy phát cầu lông

3.6. Khối hiển thị

4. CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

4.1. Giao diện và chức năng chương trình

4.2. Cách sử dụng chương trình

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

5.1. Kết quả đạt được

5.2. Thực nghiệm và đánh giá độ chính xác của hệ thống

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu

Trong những năm gần đây, lĩnh vực thị giác máy tính đã có những bước tiến vượt bậc, đặc biệt là việc ứng dụng thuật toán nhận dạng chuyển động trong môi trường 3D. Việc sử dụng camera 3D như Kinect đã mở ra nhiều cơ hội cho việc phát hiện và theo dõi chuyển động của con người. Đề tài này tập trung vào việc phát triển một hệ thống robot chơi cầu lông tự động, sử dụng công nghệ nhận dạng chuyển động để xác định vị trí của vận động viên trên sân. Hệ thống này không chỉ giúp vận động viên luyện tập hiệu quả mà còn nâng cao khả năng thi đấu. Theo nghiên cứu, việc phát hiện và theo dõi người trong môi trường 2D thường gặp khó khăn do ánh sáng môi trường, trong khi camera 3D có khả năng thu thập dữ liệu độ sâu, giúp cải thiện độ chính xác trong việc theo dõi.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việc phát triển robot tự động trong thể thao, đặc biệt là cầu lông, là rất cần thiết. Các vận động viên thường gặp khó khăn trong việc luyện tập khi không có người phát cầu. Robot chơi thể thao có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách phát cầu đến các vị trí khác nhau trên sân, từ đó giúp vận động viên cải thiện kỹ năng. Hệ thống này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả luyện tập. Việc ứng dụng công nghệ nhận dạng hình ảnh trong thể thao không chỉ mang lại lợi ích cho vận động viên mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong lĩnh vực này.

II. Cơ sở lý thuyết

Để phát triển hệ thống robot chơi cầu lông, việc hiểu rõ về camera 3D Kinect là rất quan trọng. Kinect không chỉ thu thập hình ảnh màu mà còn cung cấp dữ liệu độ sâu, cho phép xác định vị trí của người chơi một cách chính xác. Các thành phần chính của Kinect bao gồm cảm biến hồng ngoại và camera RGB, giúp thu thập thông tin về môi trường xung quanh. Việc sử dụng thuật toán rừng quyết định ngẫu nhiên và thuật toán Mean shift trong việc phân tích dữ liệu từ camera 3D là rất cần thiết để nhận diện và theo dõi chuyển động của vận động viên. Những công nghệ này giúp cải thiện độ chính xác trong việc xác định vị trí và theo dõi chuyển động của người chơi trên sân cầu lông.

2.1 Các thuật toán nhận dạng

Các thuật toán như randomized decision forest và Mean shift được sử dụng để phân tích và theo dõi chuyển động của người chơi. Randomized decision forest giúp phân loại và nhận diện các tư thế khác nhau của vận động viên, trong khi Mean shift hỗ trợ trong việc theo dõi vị trí của người chơi theo thời gian thực. Việc kết hợp các thuật toán này với dữ liệu từ camera 3D giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong việc phát hiện và theo dõi chuyển động. Hệ thống này không chỉ có ứng dụng trong thể thao mà còn có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác như giám sát an ninh và chăm sóc sức khỏe.

III. Ứng dụng thực tiễn

Hệ thống robot chơi cầu lông tự động không chỉ giúp vận động viên luyện tập hiệu quả mà còn có thể được áp dụng trong các lĩnh vực khác như giáo dục thể chất và giải trí. Việc sử dụng thuật toán nhận dạng chuyển động 3D giúp robot có khả năng phát cầu đến các vị trí khác nhau, từ đó tạo ra một môi trường luyện tập đa dạng cho vận động viên. Hệ thống này có thể được mở rộng để áp dụng cho các môn thể thao khác, giúp nâng cao hiệu quả luyện tập và cải thiện thành tích thi đấu. Ngoài ra, việc phát triển công nghệ này cũng mở ra cơ hội cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực AI trong thể thao, từ đó tạo ra những sản phẩm công nghệ cao phục vụ cho nhu cầu luyện tập và thi đấu.

3.1 Tương lai của robot trong thể thao

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, robot tự động trong thể thao sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Các nghiên cứu hiện tại đang hướng tới việc cải thiện khả năng nhận diện và theo dõi chuyển động của robot, từ đó nâng cao hiệu quả luyện tập cho vận động viên. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn tạo ra một môi trường luyện tập an toàn và hiệu quả. Việc ứng dụng AI trong thể thao sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các vận động viên, giúp họ nâng cao kỹ năng và thành tích thi đấu.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Ứng dụng thuật toán nhận dạng chuyển động 3D để huấn luyện robot chơi cầu lông