Xử lý ảnh và ứng dụng điều khiển quá trình lên men trong công nghệ sản xuất chè đen

I HỌC TH I NGU N

TRƢỜNG I HỌC THUẬT C NG NGHI P

T MINH LONG

XỬ LÝ ẢNH VÀ ỨNG DỤNG IỀU KHIỂN

QUÁ TRÌNH LÊN MEN TRONG CÔNG NGH SẢN XUẤT CHÈ EN

LUẬN VĂN TH C SĨ HOA HỌC

MÃ NGÀNH: 6520203

NGÀNH K THUẬT I N TỬ

HOA I N TỬ

PGS.TS ào Huy Du

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS L I KHẮC LÃI

T N uy n – Năm 2020

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ộc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN TH C SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Tạ Minh Long

ề tài luận văn: Xử lý ảnh và ứng dụn đ ều khiển quá trình lên men

trong công nghệ sản xuất c è đen

Chuyên ngành: Kỹ thuật ện tử

Mã số: ...................................................................................................................……………

Tác giả, Cán bộ hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận

tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 25/12/2020

với các nội dung sau:

- Bổ xung thêm về ứng dụng điều khiển trong công nghệ sản xuất chè đen chƣơng 3

- Sửa lại các lỗi chế bản

- Bổ sung kết luận các chƣơng

...............................................................................................................................................……………

............................................................................................................................................... ……………

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

G o v n ƣớng dẫn

PGS.TS Lại Khắc Lãi

Tác giả luận văn

Tạ Minh Long

CHỦ TỊCH HỘI ỒNG

PGS.TS Nguyễn Thanh Hà

ii

LỜI CAM OAN

Tên tôi là: Tạ M n Lon

Sinh ngày: 08 tháng 12 năm 1992

Học viên Cao học Khoá 20 – Lớp Kỹ thuật Điện tử - Trƣờng Đại học Kỹ thuật

Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên.

Xin cam đoan luận văn “Xử lý ảnh và ứng dụn đ ều khiển quá trình lên

men trong công nghệ sản xuất c è đen” do thầy giáo PGS.TS. Lạ ắc Lã

hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều

có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung

trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội

dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

Học v n

Tạ M n Lon

iii

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ của thầy giáo

PGS.TS. Lạ ắc Lã , luận văn với đề tài “Xử lý ảnh và ứng dụn đ ều khiển

quá trình lên men trong công nghệ sản xuất chè đen” đã đƣợc hoàn thành.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS. Lạ ắc Lã đã tận tình chỉ dẫn, giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn.

Các thầy cô giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái

Nguyên và các bạn bè đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tôi trong

suốt quá trình học tập để hoàn thành luận văn này.

Mặc dù đã cố gắng hết sức, song do điều kiện thời gian và kinh nghiệm

thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì

vậy, tôi mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo,cô giáo và các

bạn bè đồng nghiệp.

Tô x n c ân t àn cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

Học v n

Tạ M n Lon

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii

MỤC LỤC................................................................................................................. iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. vii

LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của luận văn ...............................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................................1

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................2

4. Ý nghĩa của luận văn.........................................................................................3

5. Nội dung nghiên cứu.........................................................................................3

6. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận...................................................................3

CHƢƠNG 1: LÊN MEN CHÈ ĐEN VÀ ẢNH SỐ....................................................4

1.1. Chè đen và lên men chè đen .............................................................................4

1.1.1. Chè đen.......................................................................................................4

1.1.2. Quá trình lên men chè đen..........................................................................5

1.2. Ảnh số...............................................................................................................6

1.2.1. Định nghĩa ảnh số.......................................................................................6

1.2.2. Thuộc tính của hình ảnh số hóa..................................................................7

1.2.3. Các loại hình ảnh........................................................................................8

1.2.4. Không gian màu RGB, HSV, LAB............................................................9

1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................13

1.4. Kết luận chƣơng..............................................................................................13

CHƢƠNG 2: CÁC THUẬT TOÁN SỬ DỤNG ......................................................14

2.1. ANOVA, Z – Score, Correlation coefficients ................................................14

2.1.1. ANOVA một yếu tố (one-way ANOVA) ................................................14

2.1.2. Z – Score ..................................................................................................16

2.1.3. Correlation coefficients............................................................................16

2.2. Phân loại mẫu đào tạo và kiểm tra SPXY ......................................................18

v

2.2.1. Kennard-Stone..........................................................................................18

2.2.2. SPXY........................................................................................................19

2.3. Phân tích thành phần chính.............................................................................20

2.3.1. Ý tƣởng.....................................................................................................20

2.3.2. Hàm mất mát ............................................................................................22

2.3.3. Tối ƣu hóa hàm mất mát...........................................................................23

2.3.4. Các bƣớc thực hiện phân tích thành phần chính ......................................24

2.4. Thuật toán Cây quyết định và Rừng ngẫu nhiên ............................................26

2.4.1. Khái niện chung........................................................................................26

2.4.2. Thuật toán Rừng ngẫu nhiên(Random Forest).........................................28

2.5. Kết luận chƣơng..............................................................................................38

CHƢƠNG 3: DỰ ĐOÁN CÁC CHỈ SỐ CHẤT LƢỢNG VÀ ỨNG DỤNG..........39

3.1. Tiền xử lý dữ liệu và phân chia bộ mẫu .........................................................39

3.1.1. Trích xuất tính năng màu .........................................................................40

3.1.2. Phân tích sự khác biệt về chỉ số chất lƣợng và đặc điểm màu sắc...........41

3.1.3. Tƣơng quan giữa đặc điểm màu sắc và chỉ số chất lƣợng .......................42

3.1.4. Tiền xử lý dữ liệu và phân chia bộ mẫu...................................................43

3.2. Phân chia tập huấn luyện và thử nghiệm (train/test) ......................................44

3.3. Phân tích thành phần chính.............................................................................45

3.4. Thiết lập mô hình phi tuyến RF cho từng chỉ số chất lƣợng ..........................47

3.5. Ứng dụng ........................................................................................................50

3.5.1. Lƣu đồ thuật toán đề xuất.........................................................................50

3.5.2. Thiết bị điều khiển đề xuất.......................................................................51

3.6. Kết luận chƣơng..............................................................................................52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................53

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................54

Phụ lục 1: Chƣơng trình tối ƣu hóa số thành phần chính và số cây trong RF(đại diện

TFs) ...........................................................................................................................56