Widzenie maszynowe to nowa technologia, która została opracowana w ostatnich latach. Wykorzystuje ona zintegrowane rozwiązania optyczne, mechaniczne i elektryczne, aby wyposać maszyny funkcją widzenia. Wprowadzenie widzenia maszynowego do dziedziny inspekcji umożliwia realizację precyzyjnych i szybkich pomiarów online w wielu sytuacjach. W tym samym czasie rozwija się teoria technologii detekcji widzenia maszynowego krok po kroku.
Co to jest wizja maszynowa?
Widzenie maszynowe, w skrócie, polega na używaniu maszyn zamiast ludzkich oczu do wykonywania pomiarów i podejmowania decyzji. Głównie korzysta z komputera do symulacji funkcji wzroku człowieka, ekstrakcji informacji z obrazu rzeczywistych obiektów, ich przetwarzania i interpretacji, a następnie stosowania tych danych do rzeczywistej detekcji, pomiaru i kontroli. Typowy mechanizm widzenia maszynowego składa się z pięciu elementów: oświetlenia, obiektywu, kamery, karty poboru obrazu i procesora widzenia.
Technologia wywodząca się z tego to technologia widzenia maszynowego, która jest dyscypliną przekrojową obejmującą sztuczną inteligencję, neurobiologię, psychofizykę, informatykę, przetwarzanie obrazu, rozpoznawanie wzorców oraz wiele innych dziedzin. Technologia widzenia maszynowego charakteryzuje się dużą prędkością, dużą ilością informacji i wielofunkcyjnością.
Rozwój widzenia maszynowego
Badania w dziedzinie widzenia maszynowego rozpoczęto w połowie lat 60. XX wieku dzięki pracom amerykańskiego uczona L.R. Robertsa nad zrozumieniem świata bloków budowlanych złożonych z wielościanów. Techniki stosowane w tamtym czasie, takie jak wstępną obróbka, wykrywanie krawędzi, konstrukcja linii konturowych, modelowanie obiektów i dopasowywanie, zostały zastosowane w widzeniu maszynowym. W latach 70. XX wieku widzenie maszynowe utworzyło kilka ważnych gałęzi badań: ① przetwarzanie obrazu do kierowania celem; ② równoległy algorytm przetwarzania i analizy obrazu; ③ ekstrakcja informacji 3D z obrazów 2D; ④ analiza obrazów sekwencyjnych i ocena parametrów ruchu; ⑤ reprezentacja wiedzy wizualnej; ⑥ baza wiedzy systemu wizyjnego.
Jaki są trudności w projektowaniu technologii widzenia maszynowego?
Pierwsza: stabilność oświetlenia
Aplikacje wizyjne w przemyśle są ogólnie podzielone na cztery kategorie: pozycjonowanie, pomiar, wykrywanie i rozpoznawanie. Spośród nich, pomiary wymagają najwyższej stabilności oświetlenia. Nawet jeśli oświetlenie zmienia się o 10-20%, wynik pomiaru może odchylić się o 1-2 piksele. To nie jest problem oprogramowania, lecz zmiana oświetlenia, która prowadzi do zmiany położenia krawędzi na obrazie, a nawet najpotężniejsze oprogramowanie nie może tego rozwiązać. Aby rozwiązać ten problem, musimy eliminować zakłócenia światła otoczenia już na etapie projektowania systemu oraz zapewnić stabilność świecenia źródła aktywnego oświetlenia. Oczywiście, poprawa rozdzielczości aparatury sprzętowej, takiej jak kamery, to również sposób na zwiększenie dokładności i oporności na zakłócenia środowiskowe. Na przykład, poprzednia przestrzenna wielkość odpowiadająca pikselowi wynosiła 10um na piksel, ale po zwiększeniu rozdzielczości zmieniła się na 5um. Dokładność może zostać przybliżona do dwukrotnie większej, a oporność na zakłócenia środowiskowe wzrosła naturalnie.
Po drugie, niezgodność pozycji części roboczej
Ogólnie rzecz biorąc, pierwszym krokiem projektu pomiarowego, czy jest to detekcja offline, czy online, o ile tylko jest to urządzenie do automatycznego wykrywania, pierwszym krokiem jest znalezienie celu do pomiaru. Za każdym razem, gdy obiekt do pomiaru pojawia się w polu widzenia, konieczne jest dokładne ustalenie, gdzie znajduje się ten obiekt do pomiaru. Nawet przy użyciu niektórych narzędzi mechanicznych nie można zagwarantować, że cel do pomiaru będzie występował zawsze w tej samej pozycji. To wymaga użycia funkcji pozycjonowania. Jeśli pozycjonowanie nie będzie dokładne, pozycja narzędzia pomiarowego może być nieprawidłowa, a wyniki pomiarów mogą mieć stosunkowo duży błąd.
Trzecie: kalibracja
Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku pomiarów wysokotrzystych potrzebne są następujące kalibracje: 1) kalibracja dystorsji optycznej (jeśli nie korzystasz z oprogramowania korygującego obiektyw, zazwyczaj jest ona konieczna), oraz 2) kalibracja dystorsji projekcji, czyli korekcja deformacji obrazu spowodowanej błędem położenia instalacji, oraz kalibracja przestrzeni trójwymiarowej obiektu, czyli obliczanie odpowiednich rozmiarów przestrzeni obiektu dla każdego piksela.
Jednakże, obecne algorytmy kalibracji opierają się na kalibracji płaskiej. Jeśli mierzony obiekt fizyczny nie jest płaski, będą potrzebne pewne specjalne algorytmy do kalibracji, które nie mogą zostać rozwiązane za pomocą typowych algorytmów kalibracyjnych.
Ponadto, ze względu na niewygodę używania tablicy kalibracyjnej, konieczne będzie zaprojektowanie niektórych metod kalibracji, dlatego kalibracja może nie zostać rozwiązana przez istniejące algorytmy kalibracyjne dostępne w oprogramowaniu.
Czwarty: prędkość obiektu
Jeśli obiekt do pomiaru nie jest nieruchomy, lecz w ruchu, należy uwzględnić dokładność obrazu z myciem ruchu (pixel mycia = prędkość ruchu obiektu * czas ekspozycji kamery), co nie jest rozwiązane oprogramowaniem.
Piąte, dokładność pomiarowa oprogramowania
W aplikacji pomiarowej dokładność oprogramowania można uwzględnić jako 1/2-1/4 piksela, a lepiej używać 1/2 zamiast 1/10-1/30 piksela jak w aplikacjach pozycjonujących, ponieważ oprogramowanie może wyodrębnić bardzo mało punktów charakterystycznych z obrazu.
Rozwój i zastosowanie w Chinach
Eksperci uważają, że wczesny rozwój technologii widzenia maszynowego koncentrował się głównie w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii. Wraz z przeniesieniem globalnego centrum produkcji do Chin, rynek chiński widzenia maszynowego staje się ważnym celem międzynarodow dla producentów międzynarodowych systemów widzenia maszynowego po Ameryce Północnej, Europie i Japonii. W Chinach zastosowanie widzenia maszynowego rozpoczęło się od wprowadzenia tej technologii w latach 80. Przemysł półprzewodnikowy i elektroniczny jest jedną z branż, które wczesnie zaczęły stosować widzenie maszynowe, większość z nich skupiona jest na montażu drukowanych obwodów PCB, produkcji komponentów, sprzęcie półprzewodnikowym i układach scalonych. Zastosowanie i promocja widzenia maszynowego w tej gałęzi przemysłu odgrywa istotną rolę w poprawie jakości i wydajności produkcyjnej produktów elektronicznych.
Obecnie, Chiny stają się jedną z najaktywniejszych regionów światowego rozwoju wizji maszynowej, objętych niemal wszystkimi sektorami gospodarki narodowej, w tym: przemyśle, rolnictwie, medycynie, wojsku, kosmosie, meteorologii, astronomii, bezpieczeństwie publicznym, transportach, ochronie, badaniach naukowych i innych dziedzinach. Domena przemysłowa jest obszarem, w którym stosowana jest wizja maszynowa w największym udziale. Ważnym powodem jest fakt, że Chiny stały się centrum obróbki globalnej branży produkcyjnej. Wraz z wysoką popytem na obróbkę części i odpowiednimi zaawansowanymi liniami produkcyjnymi wiele systemów wizyjnych oraz doświadczeń z ich zastosowania na międzynarodowu międzynarodowmi międzynarodowezi międzynarodowna miêdzy innymi weszło również do Chin.
Poniżej przedstawiono krótki opis kilku zastosowań:
1. Monitorowanie bezpieczeństwa żywności
W trakcie produkcji i kontroli jakości produktów pracownicy czasami muszą obserwować, identyfikować i wykrywać błędy i pominienia w procesie produkcyjnym. Niezależnie od tego, jak silne jest poczucie odpowiedzialności i uwaga człowieka, może on być zmęczony, niedbały lub zdezorientowany, co prowadzi do przepuszczenia wadliwych produktów na rynek.
Zastosowanie widzenia maszynowego w inspekcji żywności
2. produkcja
Konkurencja w przemyśle produkcyjnym intensyfikuje się, a ciśnienie kosztów zmusza do skupienia uwagi na efektywności produkcji, gdzie jakość wpromieni technologię widzenia maszynowego. Aby zwiększyć efektywność produkcji i zmniejszyć koszty pracy, niektóre ręczne etapy w produkcji i zarządzaniu przemysłowym są stopniowo zastępowane maszynami. Charakterystyczną cechą systemu widzenia maszynowego jest zwiększenie elastyczności i automatyzacji produkcji. W niektórych niebezpiecznych środowiskach roboczych, które nie są odpowiednie dla pracy ręcznej lub gdzie widzenie ludzkie trudno spełnia wymagań, widzenie maszynowe często zastępuje widzenie człowieka; jednocześnie, w procesie dużego przemysłowego produkcji, efektywność inspekcji jakości produktu przez widzenie ludzkie jest niska oraz dokładność nie jest wysoka, a metoda detekcji widzenia maszynowego może znacznie poprawić efektywność produkcji i stopień automatyzacji produkcji. Ponadto, widzenie maszynowe łatwo realizuje integrację informacji, co jest podstawową technologią w integrowanym komputerowym produkcji.
W tym samym czasie technologia widzenia maszynowego może również odgrywać rolę w nadstandardowych emisjach dymu, ścieków itp. Korzystając z widzenia maszynowego, możemy szybko wykrywać ogień i dym w sali maszynowej i warsztacie. Użycie technologii wykrywania twarzy i rozpoznawania twarzy w widzeniu maszynowym może pomóc przedsiębiorstwom w wzmocnieniu kontroli i zarządzania wejściami i wyjściami, co poprawia poziom zarządzania i obniża koszty administracyjne.
3. Energia słoneczna, monitorowanie ruchu
W ostatnich latach rozwój nowych przemysłów przyniósł nową przestrzeń rynkową dla sektora widzenia maszynowego. W dziedzinie energii słonecznej producenci komórek i modułów fotowoltaicznych korzystają z widzenia maszynowego do badania produktów, ich identyfikacji, śledzenia oraz montażu. W obszarze monitorowania ruchu technologie rozpoznawania tablic rejestracyjnych i analizy obrazów mogą być wykorzystywane do automatycznego rozpoznawania tablic, wykrywania nieuprawnionego parkowania, jazdy wstecznej oraz odnajdywania pojazdów biorących udział w wypadkach drogowych. Ponadto istnieje ogromne pole zastosowań dla technologii widzenia maszynowego w obszarach takich jak ochrona przed trzęsieniami ziemi, osunięciami, lawinami, erupcjami wulkanów, monitorowanie hydrologiczne oraz obserwacja stanu rzek i warunków hydrologicznych.
Przewidywane perspektywy rynku
Trafarna przemysłowa stoi przed nową rewolucją, a transformacja i modernizacja przyniosą ogromne szanse rynkowe dla chińskiego przemysłu automatyzacji. Wizja maszynowa, jako wysoce inteligentny produkt w przemyśle automatyki, ma wielkie potencjał rozwojowy w przyszłości.
W ostatnich latach chińscy producenci elektroniki oraz firmy OEM nabywają liczne urządzenia automatyczne w celu zastąpienia pracy ręcznej, reagując na rosnącą niedoborowość siły roboczej w Chinach, co osiągnie kulminację w najbliższych latach. Zakłady finansowane przez Tajwan postanowiły zwiększyć stopień automatyzacji, a ich fala automatyzacji nastąpi w ciągu najbliższych 2-3 lat, co spowoduje nowy punkt wzrostu w zastosowaniach produktów wizji maszynowej w tym przemyśle.
Zgodnie z autorytatywnym raportem przewidywań branżowych, rozmiar rynku chińskiej techniki wizyjnej będzie dalej rosnąć, osiągając 3 miliardy yuanów w 2015 roku, 3,8 miliarda yuanów w 2016 roku i 5 miliardów dolarów amerykańskich do 2018 roku. Nowe możliwości biznesowe wynikające z globalnego rynku techniki wizyjnej stały się punktem fokusu producentów branżowych.
Ten artykuł pochodzi z Internetu. Jest reprodukowany w celu szerzenia wiedzy, korzystania z nauki i badań. Udostępnianie jest bezpłatne dla użytkowników sieci oraz wskazuje na autorstwo i źródło. W przypadku jakichkolwiek zastrzeżeń ze strony właściciela praw autorskich lub wydawcy, ta strona natychmiast go usunie. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące reprodukcji artykułu, prosimy o kontakt, abyśmy mogli wprowadzić odpowiednie korekty w odpowiednim czasie.
EN