Thạc Sĩ Nghiên cứu phân loại trứng cút dùng phương pháp xử lý ảnh

TÓM TẮT LUẬN VĂN​

Tóm tắt:
Luận văn trình bày phương pháp mới trong việc phát hiện vết nứt trên vỏ trứng cút, phương pháp này dùng kết hợp xử lý ảnh với mạng nơ ron. Giá trị histogram của ảnh rọi trứng cút được sử dụng làm dữ liệu huấn luyện mạng và kiểm tra độ chính xác của phương pháp đề xuất. Đầu tiên, các ánh sáng trắng, vàng, đỏ từ led luxeon được sử dụng để thử nghiệm và lựa chọn ánh sáng thích hợp cho việc rọi trứng cút. Trong đó, ánh sáng vàng cho kết quả tốt hơn ánh sáng trắng và đỏ, vết nứt hiển thị rõ hơn, sai lệch histogram ảnh rọi giữa trứng có vết nứt và trứng còn nguyên cũng lớn hơn. Kết quả bước đầu đạt được với độ chính xác là 85,1%cho trường hợp trứng không vết nứt, 87,98%cho trường hợp trứng có vết nứt và mức chính xác trung bình đạt được là 86,54%.
Abstract:
This paper proposed a new method to detect cracks on the quail egg shell, which is the use of useimage processingcombined withneuralnetwork. Histogram of many images of candling quail egg is used as training data for neural network and use to check the accuracy of the proposed method. First, the white light, yellow and red of LED Luxeon used to test and select the appropriate light for the illumination of quail eggs. In particular, yellow light for a better results than red and white light, cracks is showed clearly, bias histogram of images of candling quail egg between egg cracks and intact eggs is larger. Initial results achieved with an accuracy of 85,1% for the eggs without cracking, 87,98% for the case of cracks, and the average accuracy achieved is 86,54%.
Luận văn này gồm 5 phần chính với nội dung như sau:
 Phần 1: Mở đầu
Phần mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu.
 Phần 2: Tổng quan
Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã có của các tác giả trong và ngoài nước liên quan đến đề tài; nêu những vấn đề còn tồn tại; chỉ ra những vấn đề mà đề tài cần tập trung nghiên cứu, giải quyết.
 Phần 3: Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực hiện
Trình bày các cơ sở lý thuyết, lý luận, giả thuyết khoa học và phương pháp nghiên cứu đã được sử dụng trong luận văn.
 Phần 4: Thực nghiệm và kết quả đạt được
Mô tả ngắn gọn công việc nghiên cứu khoa học đã tiến hành, các số liệu thực nghiệm của luận văn.
 Phần 5: Kết luận và kiến nghị những nghiên cưu tiếp theo
Trình bày những kết quả đạt được của luận văn và đưa ra kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo dựa trên kết quả đạt được.

MỤC LỤC​

LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT LUẬN VĂN v
LỜI CAM ĐOAN vii
MỤC LỤC viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU x
DANH MỤC HÌNH ii
DANH MỤC BẢNG iv
Phần 1: MỞ ĐẦU 1
Phần 2: TỔNG QUAN 4
2.1. Tổng quan về trứng - trứng cút và một số tiêu chuẩn phân loại trứng 4
2.1.1. Đặc điểm chung về trứng và trứng cút 4
2.1.2. Một số yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng trứng 6
2.1.3. Tiêu chuẩn đánh giá, phân loại chất lượng trứng 6
2.2. Một số phương pháp kiểm tra và phân loại chất lượng trứng 7
2.3. Tổng quan về một số công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài 11
2.3.1. Phân tích 11
2.3.2. Các vấn đề còn tồn tại 13
2.4. Các vấn đề cần tập trung giải quyết của đề tài 13
Phần 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 14
3.1. Cơ sở lý thuyết 14
3.1.1. Xử lý ảnh số 14
3.1.1.1. Giới thiệu về ảnh số 14
3.1.1.2. Giới thiệu về xử lý ảnh số 17
3.1.1.3. Các ứng dụng cơ bản của công nghệ xử lý ảnh số 25
3.1.2. Mạng Nơ ron 26
3.1.2.1. Giới thiệu về nơ ron sinh học 26
3.1.2.2. Cấu trúc và thuật toán cơ bản mạng nơ ron máy tính 27
3.1.2.3. Một số ứng dụng cơ bản của mạng nơ ron và trong xử lý ảnh 34
3.2. Ứng dụng xử lý ảnh và mang nơ ron giải quyết vấn đề của đề tài 34
Phần 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 44
4.1. Xây dựng chương trình tổng thể 44
4.2. Thu thập và xử lý tập mẫu 46
4.3. Dùng thuật toán di truyền tìm cấu trúc mạng 51
4.4. Huấn luyện mạng noron 53
4.5. Kết quả đạt được 54
Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 59
5.1. Kết luận về kết quả của đề tài 59
5.2. Những vấn đề còn tồn tại và hướng phát triển của đề tài 59
DANHMỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 63
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 66

MỞ ĐẦU​

Lý do chọn đề tài.
Năm 1964 tại thủ đô của Italia, Hội đồng quốc tế về trứng gia cầm (International Egg Commission - IEC) đã đề nghị chọn một ngày trong năm để tôn vinh giá trị dinh dưỡng tuyệt vời của trứng đối với sức khỏe con người tại hội nghị thế giới lần thứ 2 về dinh dưỡng và thực phẩm và đã được hội nghị chấp thuận. Cụ thể là hội nghị đã chọn ngày thứ sáu của tuần thứ hai trong tháng 10 hàng năm làm “Ngày thế giới về trứng gia cầm” (World Egg Day). “Ngày thế giới về trứng gia cầm” là sự ghi nhận và tôn vinhcủa con người trên toàn thế giới về giá trị tuyệt vời của trứng với sức khoẻ con người. Đây cũng là hoạt động xã hội mang đậm tính nhân văn nhằm khuyến khích sản suất và tiêu thụ trứng, giúp con người tận dụng nguồn dinh dưỡng cao cấp nhưng rẻ tiền này [1]. Theo tạp chí Sức khỏe của Mỹ khuyến cáo, sáu loại trứng sau đây là những thực phẩm có lợi cho sức khỏe con người: trứng vịt, trứng cút, trứng ngỗng, trứng đà điểu, trứng gà tây và trứng gà (Rodale Institute, 4.2012).
Do giá trị tuyệt vời của trứng với sức khoẻ con người nên nhu cầu và sản lượng trứng gia cầm hàng năm là rất lớn (riêng ở nước ta năm 2010 sản lượng vào khoảng 74 trứng/người/năm). Theo số liệu thống kê của cục chăn nuôi Việt Nam năm 2005, cả nước sản lượng trứng cả nước đạt 3,95 tỷ quả trứng gia cầm, riêng vùng Đông Nam Bộ sản lượng đạt 197,7 triệu quả trứng, Đồng bằng sông Cửu Long đạt 1,09 tỷ quả trứng[2].Đến năm 2010, sản lượng cả nước đạt 6,37 tỷ quả trứng, tăngkhoảng 1,62 lần so với năm 2005[3].
Để sản xuất và phân phối số lượng trứng lớn như vậy cần phải phát triển mạnh các thiết bị, phương tiện kỹ thuật phục vụ cho các khâu vệ sinh, phân loại và đóng gói sản phẩm nhằm đảm bảo về số lượng và chất lượng đến người tiêu dùng. Trong các khâu trên, thì khâu phân loại trứng đóng vai trò khá quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và số lượng trứng sản xuất hàng năm.
Tại Việt nam, trứng cút đã và đang là một nguồn thực phẩm thông dụng và có nhu cầu cao. Tuy nhiên, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào phân loại trứng vẫn mới áp dụng trên trứng gà, còn trong phân loại trứng cút vẫn do công nhân đảm trách là chủ yếu.Điều này ảnh hướng nhiều đến sức khỏe của người công nhân do phải làm việc liên tục bằng mắt thường trong môi trường cường độ ánh sáng mạnh (khi rọi trứng) gây mỏi mắt, mệt mỏi từ đó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng trứng như hình dạng, vết bẩn ở vỏ trứng, vệt máu trong trứng, hiện tượng nứt, vỡ vỏ trứng thì hiện tượng nứt ở vỏ trứng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng trứng, vì vết nứt sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng.
Ngoài phân loại, đóng gói thì việc sản xuất con cút giống vẫn đang là vấn đề nan giải. Hiện nay, việc phát hiện và phân loại trứng nứt vẫn còn làm thủ công với năng suất và độ chính xác thấp khiến tỉ kệ hao hụt trong việc ấp trứng còn khá cao do không phát hiện được trứng nứt để có thể loại bỏ trước khi ấp. Việc phát hiện vết nứt trên trứng cút thành công sẽ là cơ sở cho bài toán phân loại trứng cút tự động sau này.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các thiết bị, công nghệ trong lĩnh vực điện điện tử, khoa học máy tính công nghệ xử lý ảnh đã ngày một trở nên phổ biến, được rất nhiều công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước trong các ứng dụng thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có công nghiệp phân loại trứng gia cầm.
Mục đích,đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.
 Đề tài này sẽ tìm hiểu một số kỹ thuật hiện đại trong phân loại trứng gà và tiến hành áp dụng vào việc phát hiện vết nứt trên vỏ trứng cút, làm cơ sở cho bài toán phân loại trứng cút tự động sau này.
 Tìm hiểu cơ bản về xử lý ảnh số và kết hợp với mạng nơ ron trong việc phát hiện trứng cút bị nứt.
 Việc huấn luyện mạng và kiểm traphân loại được thực hiện trên một số tập mẫu ảnh tĩnh.
 Tiến hành phân tích trên từng trứng cút riêng lẻ.
 Áp dụng cho trường hợp trứng có vết nứt rõ ràng và có thể dễ dàng nhận thấy bằng mắt thường khi trứng được rọi sáng.
Phương pháp nghiên cứu.
 Tiến hành tìm hiểu, phân tích một số công trình nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài.
 Áp dụng xử lý ảnh kết hợp với mạng nơ ron lan truyền ngược nhiều lớp MLP trong việc phát hiện vết nứt trên vỏ trứng cút.
 Tiếnhành thực nghiệm trên một số tập ảnh mẫu.
Ýnghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
 Kết quả của đề tài này sẽ góp một phần kiến thức vào việc ứng dụng công nghệ xử lý ảnh kết hợp mạng nơ ron trong nhận dạng và phân loại trứng cút.
 Việc phát hiện vết nứt trên trứng cút thành công sẽ là cơ sở cho bài toán phân loại trứng cút tự động sau này.