Thị giác máy móc là một công nghệ mới được phát triển trong những năm gần đây. Nó sử dụng phương pháp tích hợp quang học, cơ khí và điện tử để khiến máy móc có chức năng thị giác. Bằng cách đưa thị giác máy móc vào lĩnh vực kiểm tra, có thể thực hiện đo lường chính xác cao và tốc độ nhanh trên nhiều trường hợp. Đồng thời, lý thuyết về công nghệ kiểm tra thị giác máy móc đã dần được phát triển.
Thị giác máy móc là gì?
Thị giác máy móc, nói ngắn gọn, là sử dụng máy móc thay cho mắt người để làm việc đo lường và phán đoán. Nó chủ yếu sử dụng máy tính để mô phỏng chức năng thị giác của con người, trích xuất thông tin từ hình ảnh của các vật thể khách quan, xử lý và hiểu, và cuối cùng được sử dụng cho việc kiểm tra, đo lường và kiểm soát thực tế. Cơ chế điển hình của thị giác máy móc bao gồm năm phần: chiếu sáng, thấu kính, camera, thẻ thu thập hình ảnh và bộ xử lý thị giác.
Công nghệ được phát triển từ điều này là công nghệ thị giác máy móc, đây là một chủ đề liên ngành bao gồm trí tuệ nhân tạo, thần kinh sinh học, tâm lý vật lý, khoa học máy tính, xử lý hình ảnh, nhận dạng mẫu và nhiều lĩnh vực khác. Công nghệ thị giác máy móc có đặc điểm là tốc độ cao, lượng thông tin lớn và đa chức năng.
Việc phát triển thị giác máy móc
Nghiên cứu về thị giác máy tính bắt đầu từ giữa những năm 1960 bởi học giả người Mỹ L.R. Roberts trong việc hiểu thế giới khối xây dựng được tạo thành từ các hình đa diện. Các kỹ thuật được sử dụng vào thời điểm đó, chẳng hạn như tiền xử lý, phát hiện cạnh, xây dựng đường viền, mô hình hóa đối tượng và khớp nối, đã được áp dụng trong thị giác máy tính. Trong thập niên 1970, thị giác máy tính đã hình thành một số nhánh nghiên cứu quan trọng: ① xử lý hình ảnh hướng dẫn mục tiêu; ② thuật toán song song của xử lý và phân tích hình ảnh; ③ trích xuất thông tin 3D từ hình ảnh 2D; ④ phân tích hình ảnh tuần tự và đánh giá tham số chuyển động; ⑤ biểu diễn kiến thức thị giác; ⑥ cơ sở tri thức của hệ thống thị giác.
Khó khăn trong thiết kế công nghệ thị giác máy tính là gì?
Thứ nhất: sự ổn định của ánh sáng
Các ứng dụng tầm nhìn công nghiệp thường được chia thành bốn loại: định vị, đo lường, phát hiện và nhận diện. Trong đó, việc đo lường yêu cầu độ ổn định cao nhất của ánh sáng. Chỉ cần ánh sáng thay đổi từ 10-20%, kết quả đo có thể lệch đi 1-2 pixel. Điều này không phải là vấn đề phần mềm, mà là sự biến thiên của ánh sáng, dẫn đến thay đổi vị trí cạnh trên hình ảnh, và ngay cả phần mềm mạnh mẽ nhất cũng không thể giải quyết nó. Để giải quyết vấn đề, chúng ta phải loại bỏ sự can thiệp của ánh sáng môi trường từ góc độ thiết kế hệ thống, và đảm bảo độ ổn định phát sáng của nguồn chiếu sáng chủ động. Tất nhiên, việc cải thiện độ phân giải của camera phần cứng cũng là một cách để tăng độ chính xác và kháng lại sự can thiệp của môi trường. Ví dụ, kích thước không gian tương ứng của camera trước đây là 10um mỗi pixel, nhưng khi tăng độ phân giải, nó được thay đổi thành 5um. Độ chính xác có thể được tăng gấp đôi và khả năng kháng lại môi trường tự nhiên cũng được nâng cao.
Thứ hai, sự không nhất quán của vị trí chi tiết công việc
Thông thường, bước đầu tiên của dự án đo lường, dù là kiểm tra ngoại tuyến hay trực tuyến, miễn là thiết bị đo lường tự động hóa hoàn toàn, bước đầu tiên là tìm mục tiêu cần đo. Mỗi lần đối tượng cần đo xuất hiện trong vùng chụp ảnh, cần phải biết chính xác vị trí của đối tượng cần đo. Ngay cả khi sử dụng một số kẹp cơ khí, cũng không thể đảm bảo rằng mục tiêu cần đo sẽ xuất hiện ở cùng một vị trí mỗi lần. Điều này yêu cầu sử dụng chức năng định vị. Nếu định vị không chính xác, vị trí của công cụ đo có thể không chính xác và kết quả đo có thể có độ lệch lớn.
Thứ ba: hiệu chuẩn
Thông thường, các phép hiệu chuẩn sau đây là cần thiết trong đo lường chính xác cao: 1) hiệu chuẩn méo quang học (nếu bạn không sử dụng phần mềm ống kính, thông thường cần phải hiệu chuẩn), và 2) hiệu chuẩn méo hình chiếu, tức là hiệu chỉnh méo hình ảnh do lỗi vị trí lắp đặt, và hiệu chuẩn không gian hình ảnh ba chiều, tức là tính toán kích thước không gian vật thể tương ứng của mỗi pixel.
Tuy nhiên, các thuật toán hiệu chuẩn hiện tại dựa trên hiệu chuẩn mặt phẳng. Nếu vật lý cần đo không phải là mặt phẳng, một số thuật toán đặc biệt sẽ cần thiết để hiệu chuẩn, điều này không thể giải quyết được bằng các thuật toán hiệu chuẩn thông thường.
Ngoài ra, vì việc sử dụng bảng hiệu chuẩn không thuận tiện, nên cần thiết phải thiết kế một số phương pháp hiệu chuẩn, do đó hiệu chuẩn có thể không được giải quyết bởi thuật toán hiệu chuẩn có sẵn trong phần mềm.
Thứ tư: tốc độ của đối tượng
Nếu đối tượng cần đo không đứng yên mà đang di chuyển, độ chính xác của hình ảnh bị mờ chuyển động phải được xem xét (pixel mờ = tốc độ di chuyển của đối tượng * thời gian phơi sáng của camera), điều này không thể giải quyết bằng phần mềm.
Thứ năm, độ chính xác của phần mềm trong đo lường
Trong ứng dụng đo lường, độ chính xác của phần mềm chỉ có thể coi là 1/2-1/4 pixel, và tốt hơn nên sử dụng 1/2 thay vì 1/10-1/30 pixel cho các ứng dụng định vị, vì phần mềm có thể trích xuất rất ít điểm đặc trưng từ hình ảnh.
Việc phát triển và ứng dụng tại Trung Quốc
Các chuyên gia cho rằng sự phát triển ban đầu của thị giác máy tính chủ yếu tập trung ở châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản. Cùng với việc trung tâm sản xuất toàn cầu chuyển sang Trung Quốc, thị trường thị giác máy tính Trung Quốc đang trở thành mục tiêu quan trọng cho các nhà sản xuất Thị Giác Máy Tính Quốc Tế sau Bắc Mỹ, châu Âu và Nhật Bản. Ở Trung Quốc, ứng dụng của thị giác máy tính bắt nguồn từ việc giới thiệu công nghệ vào những năm 1980. Ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử là một trong những ngành áp dụng thị giác máy tính sớm nhất, phần lớn tập trung vào lắp ráp mạch in PCB, sản xuất linh kiện, thiết bị bán dẫn và mạch tích hợp. Việc ứng dụng và phổ biến thị giác máy tính trong ngành này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và hiệu suất sản xuất của các sản phẩm điện tử.
Hiện nay, Trung Quốc đang trở thành một trong những khu vực hoạt động nhất trên thế giới về phát triển thị giác máy móc, bao phủ hầu hết các ngành của nền kinh tế quốc dân, bao gồm: công nghiệp, nông nghiệp, y học, quân sự, hàng không vũ trụ, khí tượng, thiên văn, an ninh công cộng, giao thông, bảo mật, nghiên cứu khoa học và các lĩnh vực khác. Lĩnh vực công nghiệp là lĩnh vực có tỷ lệ ứng dụng thị giác máy móc lớn nhất. Lý do quan trọng là Trung Quốc đã trở thành trung tâm gia công của ngành sản xuất toàn cầu. Với nhu cầu cao về gia công linh kiện và các dây chuyền sản xuất tiên tiến tương ứng, nhiều hệ thống thị giác máy móc và kinh nghiệm ứng dụng đạt mức tiên tiến quốc tế cũng đã vào Trung Quốc.
Dưới đây là giới thiệu ngắn gọn về một số ứng dụng:
1. Giám sát an toàn thực phẩm
Trong quá trình sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm, đôi khi nhân viên cần phải quan sát, nhận diện và phát hiện ra các sai sót và thiếu hụt trong quy trình sản xuất. Dù trách nhiệm và sự tập trung của một người có mạnh mẽ đến đâu, họ vẫn có thể mệt mỏi, bất cẩn và mất tập trung, khiến các sản phẩm lỗi chảy vào thị trường.
Ứng dụng của thị giác máy tính trong kiểm tra thực phẩm
2. Sản xuất
Cuộc cạnh tranh trong ngành công nghiệp sản xuất ngày càng gay gắt, áp lực chi phí buộc phải chú ý đến hiệu quả sản xuất, chất lượng sẽ thúc đẩy ứng dụng của công nghệ thị giác máy móc. Để nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm chi phí nhân công, một số công đoạn thủ công trong sản xuất và quản lý công nghiệp đang dần được thay thế bằng máy móc. Đặc điểm của hệ thống thị giác máy móc là nâng cao tính linh hoạt và tự động hóa của quá trình sản xuất. Trong một số môi trường làm việc nguy hiểm không phù hợp cho lao động thủ công hoặc nơi thị giác nhân tạo khó đáp ứng yêu cầu, thị giác máy móc thường được sử dụng để thay thế thị giác nhân tạo; đồng thời, trong quá trình sản xuất công nghiệp quy mô lớn, hiệu suất kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng thị giác nhân tạo thấp và độ chính xác không cao, phương pháp kiểm tra thị giác máy móc có thể cải thiện đáng kể hiệu suất sản xuất và mức độ tự động hóa của sản xuất. Hơn nữa, thị giác máy móc dễ dàng thực hiện tích hợp thông tin, đây là công nghệ cơ bản của sản xuất tích hợp máy tính.
Đồng thời, công nghệ thị giác máy móc cũng có thể phát huy tác dụng trong việc giám sát vượt tiêu chuẩn về khói và nước thải, v.v. Sử dụng thị giác máy móc, chúng ta có thể phát hiện kịp thời lửa và khói trong phòng máy và xưởng sản xuất. Việc sử dụng công nghệ nhận diện và xác thực khuôn mặt trong thị giác máy móc có thể giúp doanh nghiệp tăng cường kiểm soát và quản lý ra vào, nâng cao mức độ quản lý và giảm chi phí quản lý.
3. Năng lượng mặt trời, giám sát giao thông
Trong những năm gần đây, sự phát triển của các ngành công nghiệp mới nổi đã mang lại không gian thị trường mới cho thị trường tầm nhìn máy móc. Trong lĩnh vực năng lượng mặt trời, các nhà sản xuất pin và mô-đun năng lượng mặt trời sử dụng tầm nhìn máy móc để kiểm tra sản phẩm, nhận diện và theo dõi sản phẩm cũng như lắp ráp sản phẩm. Trong lĩnh vực giám sát giao thông, công nghệ nhận dạng biển số và phân tích hình ảnh có thể được sử dụng để tự động nhận diện biển số, tìm kiếm xe đỗ trái phép, đi ngược chiều và xác định phương tiện liên quan đến tai nạn giao thông. Ngoài ra, còn có không gian khổng lồ cho công nghệ tầm nhìn máy móc trong các lĩnh vực phòng chống động đất, sạt lở đất, lũ lụt, phát hiện núi lửa phun trào, giám sát thủy văn và quan sát tình trạng dòng chảy sông.
Triển vọng thị trường trong tương lai
Ngành công nghiệp sản xuất truyền thống đang đối mặt với sự đảo ngược mới, việc chuyển đổi và nâng cấp sẽ mang lại cơ hội thị trường khổng lồ cho ngành tự động hóa của Trung Quốc. Thị giác máy móc, như một sản phẩm thông minh cao trong ngành tự động hóa, có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai.
Trong vài năm qua, các nhà sản xuất điện tử và nhà sản xuất OEM của Trung Quốc đã mua một lượng lớn thiết bị tự động để thay thế sức lao động thủ công nhằm đáp ứng tình trạng thiếu hụt lao động ngày càng tăng ở Trung Quốc, điều này sẽ đạt đỉnh điểm trong vài năm tới. Các nhà máy được đầu tư từ Đài Loan đã chọn cách nâng cao mức độ tự động hóa, và làn sóng tự động hóa của họ sẽ đến trong 2-3 năm tới, điều này sẽ mang lại điểm tăng trưởng mới cho ứng dụng của sản phẩm thị giác máy móc trong ngành này.
Theo báo cáo dự báo ngành có thẩm quyền, quy mô thị trường của ngành thị giác máy móc Trung Quốc sẽ tiếp tục tăng trưởng, đạt 3 tỷ nhân dân tệ vào năm 2015, 3,8 tỷ nhân dân tệ vào năm 2016 và 5 tỷ đô la Mỹ vào năm 2018. Cơ hội kinh doanh mới từ thị trường thị giác máy móc toàn cầu đã trở thành tiêu điểm của các nhà sản xuất trong ngành.
Bài viết này được lấy từ Internet. Nó được sao chép với mục đích lan truyền kiến thức, học tập hữu ích và nghiên cứu. Được cung cấp miễn phí cho người dùng mạng internet. Đồng thời cũng để chỉ rõ tác giả và nguồn gốc. Nếu chủ bản quyền hoặc nhà xuất bản có ý kiến phản đối, trang web này sẽ xóa ngay lập tức. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào về việc sao chép bài viết, vui lòng thông báo cho chúng tôi để chúng tôi có thể sửa đổi kịp thời.
EN
