La visione artificiale è una nuova tecnologia sviluppata negli ultimi anni. Utilizza mezzi di integrazione ottica, meccanica ed elettrica per dotare la macchina della funzione di vista. Introducendo la visione artificiale nel campo dell'ispezione, è possibile realizzare misurazioni online ad alta precisione e ad alta velocità in molte situazioni. Nello stesso tempo, la teoria della tecnologia di controllo con visione artificiale si è sviluppata gradualmente.
Cos'è la visione delle macchine?
In sintesi, la visione artificiale consiste nell'utilizzo di macchine al posto degli occhi umani per effettuare misurazioni e giudizi. Utilizza principalmente il computer per simulare la funzione visiva umana, estrarre informazioni dall'immagine degli oggetti concreti, processarle e comprenderle, e infine utilizzarle per il controllo reale, le misurazioni e il monitoraggio. Il meccanismo tipico della visione artificiale è costituito da cinque parti: illuminazione, obiettivo, telecamera, scheda di acquisizione immagini e processore visivo.
La tecnologia derivata da questa è la tecnologia di visione artificiale, che è una materia interdisciplinare che coinvolge intelligenza artificiale, neurobiologia, psicofisica, informatica, elaborazione delle immagini, riconoscimento dei pattern e molti altri campi. La tecnologia di visione artificiale è caratterizzata da alta velocità, grande quantità di informazioni e molteplici funzioni.
Lo sviluppo della visione artificiale
La ricerca sulla visione artificiale è iniziata a metà degli anni '60 grazie allo studioso americano L.R. Roberts, che ha studiato il mondo costruito con blocchi poliedrici. Le tecniche utilizzate all'epoca, come preprocessing, rilevamento dei bordi, costruzione delle linee di contorno, modellazione e corrispondenza degli oggetti, sono state applicate nella visione artificiale. Negli anni '70, la visione artificiale ha formato diverse importanti linee di ricerca: ① elaborazione delle immagini per la guida obiettivo; ② algoritmi paralleli per l'elaborazione e l'analisi delle immagini; ③ estrazione di informazioni 3D da immagini 2D; ④ analisi di immagini sequenziali e valutazione dei parametri di movimento; ⑤ rappresentazione della conoscenza visiva; ⑥ base di conoscenza del sistema visivo.
Quali sono le difficoltà nella progettazione della tecnologia di visione artificiale?
Prima: la stabilità dell'illuminazione
Le applicazioni di visione industriale sono generalmente divise in quattro categorie: posizionamento, misurazione, rilevamento e riconoscimento. Tra queste, la misurazione richiede la massima stabilità dell'illuminazione. Un cambiamento dell'illuminazione del 10-20% può far deviare il risultato della misura di 1-2 pixel. Questo non è un problema di software, ma di variazione dell'illuminazione, che causa il cambiamento della posizione del bordo sull'immagine, e nemmeno il software più potente può risolverlo. Per risolvere il problema, dobbiamo eliminare l'interferenza della luce ambiente dal punto di vista del design del sistema e garantire la stabilità luminosa della fonte di illuminazione attiva. Naturalmente, il miglioramento della risoluzione della telecamera hardware è anche un modo per migliorare l'accuratezza e resistere alle interferenze ambientali. Ad esempio, la dimensione spaziale corrispondente della precedente telecamera era di 10um per pixel, ma aumentando la risoluzione viene ridotta a 5um. L'accuratezza può essere approssimativamente raddoppiata, e l'interferenza ambientale viene naturalmente ridotta.
In secondo luogo, l'incoerenza della posizione del pezzo da lavorare
Generalmente, il primo passo del progetto di misurazione, sia esso un controllo offline o online, purché si tratti di un equipaggiamento di controllo completamente automatizzato, il primo passo è trovare l'obiettivo da misurare. Ogni volta che l'oggetto da misurare appare nel campo visivo di ripresa, è necessario sapere esattamente dove si trova l'oggetto da misurare. Anche se si utilizzano alcuni supporti meccanici, non è possibile garantire che l'obiettivo da misurare appaia sempre nello stesso punto. Ciò richiede l'utilizzo della funzione di posizionamento. Se il posizionamento non è preciso, la posizione dello strumento di misura potrebbe essere imprecisa e i risultati delle misure potrebbero avere una deviazione relativamente grande.
Terzo: calibrazione
In generale, sono necessarie le seguenti calibrazioni per la misura ad alta precisione: 1) calibrazione della distorsione ottica (se non si utilizza un software di lente, è generalmente necessario eseguire la calibrazione), e 2) la calibrazione della distorsione di proiezione, ovvero la correzione della distorsione dell'immagine rappresentata dall'errore di posizione di installazione, e la calibrazione dello spazio immagine degli oggetti, ovvero il calcolo delle dimensioni corrispondenti nello spazio dell'oggetto per ogni pixel.
Tuttavia, gli attuali algoritmi di calibrazione si basano sulla calibrazione planare. Se l'oggetto da misurare non è piano, sarà necessario utilizzare alcuni algoritmi speciali per la calibrazione, che non possono essere risolti dagli algoritmi di calibrazione comuni.
Inoltre, poiché non è conveniente utilizzare la piastra di calibrazione, è necessario progettare alcuni metodi di calibrazione, quindi la calibrazione potrebbe non essere risolvibile dagli algoritmi di calibrazione esistenti nel software.
Quarto: la velocità dell'oggetto
Se l'oggetto da misurare non è fermo, ma in movimento, deve essere presa in considerazione l'accuratezza dell'immagine per il moto sfocato (pixel sfocato = velocità di movimento dell'oggetto * tempo di esposizione della telecamera), il che non è risolvibile con il software.
In quinto luogo, la precisione di misura del software
Nell'applicazione di misura, la precisione del software può essere considerata solo come 1/2-1/4 pixel, e è meglio utilizzare 1/2 invece di 1/10-1/30 pixel come per le applicazioni di posizionamento, poiché il software può estrarre molto pochi punti caratteristici dall'immagine.
Sviluppo e applicazione in Cina
Gli esperti ritengono che lo sviluppo iniziale della visione artificiale sia stato concentrato principalmente in Europa, Stati Uniti e Giappone. Con lo spostamento del centro di produzione globale verso la Cina, il mercato cinese della visione artificiale sta diventando un obiettivo importante per i produttori internazionali di visione artificiale, dopo Nord America, Europa e Giappone. In Cina, l'applicazione della visione artificiale è iniziata con l'introduzione della tecnologia negli anni '80. Il settore dei semiconduttori ed elettronico è uno degli industrie che hanno applicato prima la visione artificiale, gran parte delle quali sono concentrate nell'assemblaggio di circuiti stampati (PCB), nella produzione di componenti, nei dispositivi semiconduttore e circuito integrato. L'applicazione e la promozione della visione artificiale in questo settore svolgono un ruolo importante nel migliorare la qualità e l'efficienza produttiva dei prodotti elettronici.
Attualmente, la Cina sta diventando una delle aree più attive al mondo nello sviluppo della visione artificiale, coprendo quasi tutti i settori dell'economia nazionale, inclusi: industria, agricoltura, medicina, militare, aerospazio, meteorologia, astronomia, sicurezza pubblica, trasporti, sicurezza, ricerca scientifica e altri campi. Il settore industriale è il campo con la maggiore proporzione di applicazione della visione artificiale. La ragione principale è che la Cina si è trasformata nel centro di produzione del settore manifatturiero globale. Con una alta richiesta di lavorazione di componenti e le relative linee di produzione avanzate, numerosi sistemi di visione artificiale e esperienze di applicazione all'avanguardia a livello internazionale sono anche entrati in Cina.
Di seguito viene presentata una breve introduzione a alcune applicazioni:
1. Monitoraggio della sicurezza alimentare
Nel processo di produzione e di ispezione della qualità del prodotto, è a volte necessario per il personale osservare, identificare e scoprire gli errori e le omissioni nel processo produttivo. Non importa quanto sia forte il senso di responsabilità e l'attenzione di una persona, può comunque essere stanco, negligente e distratto, causando la diffusione di prodotti difettosi sul mercato.
Applicazione della visione artificiale nell'ispezione dei prodotti alimentari
2. Produzione Industriale
L'intensificazione della competizione nell'industria manifatturiera, unita alla pressione sui costi, costringe l'attenzione sulla produttività e la qualità, promuovendo l'applicazione della tecnologia di visione artificiale. Per migliorare la produttività e ridurre i costi del lavoro, alcuni processi manuali nella produzione e gestione industriale vengono gradualmente sostituiti dalle macchine. La caratteristica del sistema di visione artificiale è quella di migliorare la flessibilità e l'automazione della produzione. In alcuni ambienti di lavoro pericolosi dove non è adatto il lavoro manuale o dove la visione umana ha difficoltà a soddisfare i requisiti, viene spesso utilizzata la visione artificiale per sostituire la visione umana; allo stesso tempo, nel corso della produzione industriale su larga scala, l'efficienza dell'ispezione della qualità del prodotto con la visione umana è bassa e la precisione non è elevata, mentre il metodo di detezione con la visione artificiale può aumentare notevolmente la produttività e il grado di automazione della produzione. Inoltre, la visione artificiale facilita l'integrazione delle informazioni, che rappresenta una tecnologia fondamentale per la produzione integrata computerizzata.
Nello stesso tempo, la tecnologia di visione artificiale può anche svolgere un ruolo nell'emissione super standard di fumo, reflui e altro. Utilizzando la visione artificiale, è possibile individuare tempestivamente il fuoco e il fumo nei locali macchine e negli stabilimenti. L'uso della tecnologia di rilevamento facciale e riconoscimento facciale nella visione artificiale può aiutare le imprese a rinforzare il controllo e la gestione degli accessi e uscite, migliorare il livello di gestione e ridurre i costi di gestione.
3. Energia solare, monitoraggio del traffico
Negli ultimi anni, lo sviluppo delle industrie emergenti ha portato un nuovo spazio di mercato al settore della visione artificiale. Nel campo dell'energia solare, i produttori di celle e moduli fotovoltaici utilizzano la visione artificiale per controllare i prodotti, identificarli, tracciarli e assemblarli. Nel campo del monitoraggio del traffico, è possibile utilizzare la tecnologia di riconoscimento delle targhe e l'analisi delle immagini per identificare automaticamente le targhe, individuare parcheggi non autorizzati, inversioni di marcia e veicoli coinvolti in incidenti stradali. Inoltre, esiste uno spazio enorme per la tecnologia di visione artificiale nei campi della prevenzione dei terremoti, frane, valanghe, eruzioni vulcaniche, monitoraggio idrologico e osservazione delle condizioni idrologiche dei fiumi.
Prospettive future del mercato
Il tradizionale settore manifatturiero sta affrontando una nuova rivoluzione, e la trasformazione e l'aggiornamento porteranno enormi opportunità di mercato all'industria automazionistica cinese. La visione artificiale, come prodotto altamente intelligente nell'industria dell'automazione, ha un grande potenziale di sviluppo nel futuro.
Negli ultimi anni, i produttori elettronici e gli OEM cinesi stanno acquistando un gran numero di attrezzature automatizzate per sostituire il lavoro manuale in risposta alla crescente carenza di manodopera in Cina, raggiungendo un picco nei prossimi anni. Le fabbriche con capitali taiwanesi hanno scelto di aumentare il grado di automazione, e l'impulso verso l'automazione avverrà nei prossimi 2-3 anni, portando un nuovo punto di crescita per l'applicazione dei prodotti di visione artificiale in questo settore.
Secondo un'autorevole relazione di previsioni dell'industria, la dimensione del mercato dell'industria cinese della visione artificiale continuerà ad aumentare, raggiungendo i 3 miliardi di yuan nel 2015, 3,8 miliardi di yuan nel 2016 e 5 miliardi di dollari entro il 2018. Le nuove opportunità commerciali portate dal mercato globale della visione artificiale sono diventate il focus dei produttori dell'industria.
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