Ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn điện tại HCMUTE

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC HÌNH

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan chung về tình hình nghiên cứu

1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố

1.3. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ẢNH

2.1. Tổng quan về xử lý ảnh

2.1.1. Các khái niệm cơ bản về ảnh

2.1.2. Mức xám của ảnh

2.1.3. Độ phân giải của ảnh

2.2. Các cách phân loại ảnh

2.2.1. Quan hệ giữa các điểm ảnh

2.3. Phân đoạn ảnh

2.3.1. Phân đoạn ảnh theo ngưỡng

2.3.2. Phân đoạn ảnh theo nhóm

2.3.3. Phân loại theo phương pháp loan vùng

2.3.5. Phân đoạn ảnh dựa trên biên

2.3.6. Phân đoạn ảnh dựa vào phân hoạch đồ thị

2.4. Các phương pháp phát hiện biên

2.4.1. Cơ sở của việc tách biên

2.4.2. Bộ tách biên Sobel

2.4.3. Bộ tách biên Canny

2.4.4. Bộ tách biên Prewitt

2.4.5. Bộ tách biên Roberts

2.4.6. Bộ tách biên Laplace của hàm Gauss (LoG)

2.5. Biến đổi Hough (HT – Hough transform)

2.5.1. Tổng quan về biến đổi Hough

2.5.2. Biến đổi Hough cho đường thẳng

2.5.3. Biến đổi Hough cho hình tròn

2.6. Tạo giao diện người dùng nhờ công cụ Guide của Matlap

2.7. Toolbox thu ảnh (Image Acquisition Toolbox)

2.7.1. Nhiệm vụ của Toolbox

2.7.2. Các bước thu thập hình ảnh cơ bản với Toolbox

2.7.3. Toolbox xử lý ảnh (Image Processing Toolbox)

2.8. Các hàm xử lý ảnh cơ bản trong MATLAB

2.8.1. Đổi màu và loại ảnh

2.8.2. Xử lý hình học

2.8.4. Phân tích ảnh

2.8.4. Biến đổi ảnh

3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ CHUẨN NỐI TIẾP RS232

3.1. Chuẩn nối tiếp RS232

3.1.1. Vài nét cơ bản về chuẩn nối tiếp RS232C

3.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của chuẩn nối tiếp RS232

3.1.3. Chuẩn nối tiếp RS232C

3.1.4. Vài nét cơ bản về chuẩn nối tiếp RS232C

3.1.5. Đặc điểm của chuẩn nối tiếp RS232C

3.1.6. Đặc điểm kỹ thuật về điện của chuẩn nối tiếp RS232C

3.1.7. Cổng nối tiếp RS232C trên máy tính

3.2. Nguyên lý hoạt động của chuẩn nối tiếp RS232C

3.2.1. Nguyên lý hoạt động

3.3. Sơ đồ ghép chân chuẩn nối tiếp RS232C

3.3.1. Mạch chuẩn giao tiếp RS 232 dùng IC MAX 232

3.3.2. Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng DS275

3.3.3. Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng transistor

4. CHƯƠNG 4: MẠCH CẦU H

4.2. Mạch cầu H dùng Rờ le (Relay)

4.3. Mạch cầu H dùng BJT công suất

4.4. Mạch cầu H dùng MOSFET

5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN

5.1. Khảo sát các phương pháp xác định hướng nhìn

5.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển xe lăn điện

5.3. Giải thích lưu đồ

5.4. Tính toán khoảng cách từ webcam đến mắt

5.6. Phát hiện vị trí của hốc mắt

5.8. Tìm tâm con ngươi

5.9. Xác định hướng nhìn

5.10. Thiết kế mạch điều khiển xe lăn điện

5.11. Kết quả mô phỏng

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.2. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn điện

Trong bối cảnh hiện đại, việc phát triển các công nghệ hỗ trợ cho người khuyết tật ngày càng trở nên quan trọng. Ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn điện là một trong những giải pháp tiên tiến nhằm giúp người dùng có thể tự di chuyển mà không cần sự trợ giúp của người khác. Luận văn này tập trung vào việc xây dựng thuật toán điều khiển xe lăn điện bằng mắt, một phương pháp hứa hẹn cho những người không thể sử dụng tay hoặc chân. Việc sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo và công nghệ xử lý ảnh giúp xác định vị trí của con ngươi và từ đó điều khiển hướng di chuyển của xe lăn. Điều này không chỉ mang lại sự độc lập cho người khuyết tật mà còn giảm bớt gánh nặng cho gia đình và xã hội.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới về việc điều khiển xe lăn điện dành cho người khuyết tật. Các phương pháp điều khiển đa dạng từ giọng nói, cử động đầu cho đến việc sử dụng công nghệ xử lý ảnh. Một số nghiên cứu nổi bật như của Anoop.J về điều khiển bằng giọng nói, hay Aleksandar Pajkanović với phương pháp điều khiển bằng cử động đầu. Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ xử lý ảnh để xác định hướng nhìn của người dùng đang trở thành xu hướng mới, nhờ vào tính chính xác và khả năng tự động hóa cao. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ xử lý ảnh trong việc phát triển các thiết bị hỗ trợ cho người khuyết tật.

II. Phương pháp xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn

Phương pháp xử lý ảnh được áp dụng trong việc điều khiển xe lăn điện bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, hình ảnh từ webcam được thu thập và xử lý để xác định vị trí của con ngươi. Công nghệ xử lý ảnh cho phép phân tích hình ảnh và phát hiện các đặc điểm quan trọng như vị trí của hai hóc mắt. Từ đó, khoảng cách giữa các điểm này được tính toán để xác định hướng nhìn của người điều khiển. Việc sử dụng cảm biến hình ảnh giúp tăng độ chính xác trong việc xác định hướng di chuyển của xe lăn. Hệ thống điều khiển sẽ truyền tín hiệu xuống mạch điều khiển thông qua cáp RS232, từ đó điều khiển hai động cơ gắn trên xe lăn để di chuyển theo hướng nhìn của người dùng.

2.1. Các bước xử lý ảnh

Quá trình xử lý ảnh bao gồm nhiều bước như thu thập hình ảnh, phân đoạn ảnh, và phát hiện biên. Đầu tiên, hình ảnh được thu thập từ webcam và chuyển đổi thành định dạng phù hợp để xử lý. Sau đó, các thuật toán phân đoạn ảnh được áp dụng để tách biệt các phần quan trọng trong hình ảnh, như con ngươi và các đặc điểm khuôn mặt. Việc phát hiện biên cũng rất quan trọng, giúp xác định rõ ràng các đường viền và hình dạng của mắt. Các phương pháp như Sobel, Canny và Hough transform được sử dụng để tối ưu hóa quá trình này. Kết quả cuối cùng là một hệ thống có khả năng nhận diện và theo dõi chuyển động của mắt, từ đó điều khiển xe lăn một cách chính xác.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng công nghệ xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn điện mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Hệ thống có khả năng nhận diện và theo dõi chuyển động của mắt với độ chính xác cao, giúp người khuyết tật có thể tự do di chuyển mà không cần sự trợ giúp. Điều này không chỉ cải thiện chất lượng cuộc sống của người dùng mà còn tạo ra một mô hình mới cho các thiết bị hỗ trợ trong tương lai. Hệ thống này có thể được mở rộng và áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y tế đến giáo dục, giúp nâng cao tính tự chủ cho những người có nhu cầu đặc biệt.

3.1. Tính khả thi và triển vọng phát triển

Tính khả thi của hệ thống điều khiển xe lăn điện bằng mắt đã được chứng minh qua các thử nghiệm thực tế. Hệ thống không chỉ hoạt động hiệu quả mà còn dễ dàng sử dụng cho người khuyết tật. Triển vọng phát triển của công nghệ này rất lớn, với khả năng tích hợp thêm nhiều tính năng như điều khiển bằng giọng nói hoặc cảm biến chuyển động. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm hỗ trợ thông minh hơn, giúp người khuyết tật có thể sống độc lập và tự tin hơn trong cuộc sống hàng ngày.

Luận văn thạc sĩ về ứng dụng xử lý ảnh trong điều khiển xe lăn điện tại HCMUTE