Tải bản đầy đủ - 0trang
CAMERA



Điện thoại



XỬ LÝ ẢNH



Module Sim

800L



Vi Điều Khiển

Arduino Uno



Hình 4.1 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống.

-



Camera: Camera được kết nối trực tiếp với phần mềm Matlab. Hình ảnh thu



được từ camera sẽ được matlab xử lý liên tục, chất lượng hình ảnh từ Camera quyết

định đến độ chính xác của quá trình xử lý phát hiện cháy.

-



Xử lý ảnh: Dựa trên đặc tính của khói lửa, chương trình thực hiện các bước xử



lý ảnh để nhận dạng đám cháy và xuất tín hiệu về vi điều khiển

-



Vi điều khiển: Trong quá trình xử lý nếu phát hiện cháy Vi điều khiển sẽ nhận



được tín hiệu từ Matlab và thực hiện thông báo cháy.

-



Module Sim 800L: Nhận nhiệm vụ nhắn tin, gọi điện thoại thơng báo cho người



dung khi có cháy.

-



Điện thoại: Thiết bị sẽ nhận được tin nhắn và cuộc gọi từ Module Sim khi có



cháy xảy ra.

4.1.2 Lưu đồ giải thuật phát hiện đám cháy



20



Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật phát hiện cháy.



21



Đặc tính của ngọn lửa là xuất hiện kèm theo khói, lửa có màu tương tự như

màu cam, vàng, đỏ và chuyển động ngẫu nhiên. Dựa vào đó đề tài này xây dựng thuật

tốn phát hiện cháy trên các đặc điểm đó. Ban đầu chương trình sẽ thiết lập kết nối

Camera với Matlab, các khung ảnh từ Camera được đưa vào bộ nhớ đệm để tiến hành

xử lý, 2 khung ảnh liên tiếp được so sánh năng lượng với nhau, nếu xuất hiện suy giảm

năng lượng ảnh (đồng nghĩa với xuất hiện khói) chương trình sẽ chuyển sang nhận

dạng màu đỏ (nếu có) từ khung ảnh. Nếu trong 50 khung hình liên tiếp khơng có sự

xuất hiện màu đỏ thì chương trình sẽ quay trở lại giám sát sự suy giảm năng lượng

ảnh. Sau khi đã tách được màu đỏ từ ảnh và lưu vào bộ nhớ đệm, một số khung ảnh

liên tiếp chứa màu đỏ sẽ được trừ với nhau để kiểm tra sự chuyển động. Nếu màu đỏ

trong các khung ảnh chuyển động vượt qua ngưỡng thì chương trình sẽ thơng báo

cháy, ngược lại chương trình sẽ tiếp tục nhận dạng lại màu đỏ trong các khung tiếp

theo.

4.2 Xử lý ảnh phát hiện cháy

4.2.1 Thu nhận ảnh

Bước đầu tiên của quá trình xử lý là thu nhận ảnh từ Camera. Camera có chất

lượng hình ảnh càng tốt thì q trình nhận diện lửa càng chính xác. Do mục tiêu của

đề tài là phát hiện đám cháy ngoài trời nên điều kiện thời tiết như ánh sáng, sương mù,

mưa,…ảnh hưởng khá nhiều đến quá trình xử lý. Quá trình xử lý ảnh trên Matlab khá

chậm nên nếu Camera có chất lượng quá cao sẽ làm treo hệ thống. Vì vậy mà yếu tố

camera là yếu tố quan trọng nhất.

Camera được sử dụng trong đề tài này là camera Logitech C905 với cảm biến

thực 2MP, độ phân giải 720p.



Hình 4.3 Camera Logitech C905.

22



Hinh 4.4 Ảnh thu nhận từ camera kết nối với matlab.

Để nhận diện và phát hiện cháy, đề tài này đã sử dụng 3 biện pháp: Suy giảm

năng lượng ảnh, nhận dạng màu và phát hiện chuyển động.

4.2.1 Suy giảm năng lượng của ảnh

Mục đích của việc xác định sự suy giảm năng lượng của ảnh là để gián tiếp xác

định sự xuất hiện của khói. Khi có khói năng lượng ảnh sẽ giảm, dựa vào việc liên tục

tính năng lượng của từng khung ảnh và so sánh với khung ảnh trước đó ta có thể biết

được sự xuất hiện của khói. Để tính năng lượng của ảnh ta phải biến đổi Fourier 2

chiều ảnh xám. Phép biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc 2 chiều (ảnh số) được tính

bằng cơng thức:

M 1 N1



G (u , v )    g ( x, y )e



 ux vy 

 2 j   

M N



x 0 y 0



Với: M, N lần lượt là số pixel của chiều x, y.



23



Hình 4.5 Ảnh gốc và biến đổi Fourier 2 chiều của ảnh.

Sau khi biến đổi Fourier, chương trình sẽ tính năng lượng của ảnh. Năng lượng

của 2 khung ảnh liên tiếp sẽ được liên tục so sánh với nhau, nếu có sự giảm năng

lượng vượt qua ngưỡng tính tốn từ trước hệ thống sẽ thơng báo có khói. Q trình

giám sát sự thay đổi năng lượng của các khung ảnh phụ thuộc khá nhiều vào điều

khiện ánh sáng, sương mù, cũng như chất lượng Camera. Ngưỡng được tính tốn phù

hợp để tránh phát hiện nhằm gây ra thông báo giả.

Gọi:



1 là tổng năng lượng của khung ảnh trước.

2 là tổng năng lượng của khung ảnh sau.

 là ngưỡng thay đổi năng lượng được tính tốn từ trước.



Nếu: 1 - 2 >  thì chương trình sẽ thơng báo xuất hiện khói.

Ngồi ra, tùy thuộc khoảng cách đặt Camera với khu vực cần giám sát đám

cháy mà khung ảnh thu được có thể lớn hoặc nhỏ, lượng khói xuất hiện có thể nhiều

hoặc ít nên ta cần phải điều chỉnh ngưỡng () cao hoặc thấp cho phù hợp. Với

khoảng cách gần ngưỡng sẽ khá cao để tránh phát hiện nhằm, khoảng cách xa ngưỡng

nên nhỏ hơn để phát hiện kịp lúc trược khi đám cháy lan rộng.

Với khoảng cách từ 8-9m đề tài chọn  = 1e+14.



24



Hình 4.6 Ảnh khơng khói và biến đổi Fourier 2 chiều của ảnh.



Hình 4.7 Ảnh có khói và biến đổi Fourier 2 chiều của ảnh.

4.2.2 Nhận dạng màu

Sau khi phát hiện khói, chương trình chuyển sang q trình nhận dạng lửa,

trước hết là nhận dạng màu đỏ. Lúc này tất cả hình ảnh thu nhận được từ Camera sẽ

đều được chuyển sang ảnh xám để tiến hành các bước xử lý nhận dạng màu đỏ.

4.2.2.1 Chuyển ảnh xám.

Cấu tạo của một ảnh RGB được cấu thành từ ba ma trận ảnh: Red, Green, Blue.

Thực chất, 3 lớp này đại diện bởi 3 lớp ảnh xám khác nhau (gray- scale) có tỉ lệ xám

khác nhau, tùy tỉ lệ đó mà chúng tạo nên lớp R,G hay B trong ảnh màu RGB. Trên cơ

sở đó, chúng ta khơng thể xử lý trực tiếp trên nền ảnh ảnh RGB mà cần phải chuyển

sang xám. Kết quả sau khi chuyển sang ảnh xám như sau:

25



Hình 4.8 Ảnh thu nhận từ camera chuyển sang ảnh xám.

4.2.2.2 Nhận dạng màu đỏ

Mục đích của việc nhận dạng màu đỏ là xác định phần tử lửa có trong ảnh. Để

nhận dạng màu đỏ được cho là lửa ta phải tiến hành một số bước xử lý ảnh như: lấy

kênh màu đỏ, thực hiện trừ kênh màu đỏ với ảnh xám, lọc trung bình 2 chiều,

chuyển sang ảnh nhị phân, loại các đối tượng nhỏ khỏi ảnh.



26



Hình 4.9 Kênh màu đỏ của ảnh.



Hình 4.10 Ảnh sau khi đã trừ kênh màu đỏ với ảnh xám.

Sau khi trừ kênh màu đỏ với ảnh xám, đối tượng đỏ còn khá mờ, ảnh khá xấu vì

bị nhiễu nên ta sử dụng bộ lọc trung bình 2 chiều và chuyển sang ảnh nhị phân.

27



Hình 4.11 Ảnh sau khi lọc và chuyển sang nhị phân.

Các đối tượng với số lượng điểm ảnh quá nhỏ bị loại bỏ để làm nét ảnh.



Hình 4.12 Ảnh sau khi loại bỏ các đối tượng nhỏ

28



4.2.3 Phát hiện chuyển động

Trong quá trình hình thành và phát sinh của mình thì hình dạng và kích thước

của lửa ln ln thay đổi và khơng cố định. Hay nói đúng hơn, ngọn lửa di chuyển,

và có thể coi là 1 chuyển động. Vì thế những phần tử màu đỏ được phát hiện trong

ảnh phải chuyển động ngẫu nhiên mới được xác định là lửa. Các khung ảnh liên tiếp

sẽ được so sánh với nhau để xác định đó là sự chuyển động của lửa hay đó chỉ là đối

tượng màu đỏ.



Hinh 4.13 Ảnh phần tử đỏ lấy ra từ hai khung ảnh liên tiếp



Hình 4.14 Ảnh cho thấy sự khác biệt giữa 2 khung.

Do chất lượng Camera kém nên dù vật có đứng yên thì sau khi lấy sự khác biệt

vẫn sẽ xuất hiện những sự chuyển động nhỏ, ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Vì vậy

chương trình phải tính tốn mức ngưỡng hợp lí, với ngưỡng q nhỏ ta khơng thu về

đủ các giá trị pixel trắng để phân tích; với ngưỡng quá lớn, các thành phần không

mong muốn sẽ xuất hiện, gây nhiễu, làm sai lệch kết quả. Ngưỡng hợp lý chính là số

số lượng điểm ảnh trắng sau khi so sánh sự khác biệt.



4.2.4 Giao diện của chương trình

29



Giao diện phần mềm được thiết kế đơn giản, dể sử dụng nhưng đảm bảo yêu

cầu chức năng như trong hình 4. . Có mục trạng thái để thơng báo khi phát hiện khói,

lửa, tình trạng thơng báo và thời gian xảy ra cháy.



Hình 4.15 Giao diện chương trình.

Các khung hình liên tiếp thu được từ camera sẽ được hiển thị trên khung

webcam, lửa nhận dạng được sẽ được hiển thị dưới dạng ảnh nhị phân trên khung lửa

tách được. Ở thanh trạng thái:

-



Khói: nếu có khói chương trình sẽ hiển thị “Có”, ngược lại “Khơng Có”.



-



Lửa: “Lua to” hoặc “Lua nho” sẽ được hiển thị sau khi chương trình nhận dạng



được đám cháy .

-



Thơng báo: Ở đây chương trình sẽ cho ta biết thông báo cháy qua tin nhắn và



gọi điện thoại đã được thực thi hay chưa.

-



Thời gian cháy: Thời gian xảy ra cháy sẽ cập nhật ngay lập tức.



4.3 Cảnh báo cháy thông qua Module Sim 800L

30