Starp dažādiem informācijas veidiem, ko cilvēki iegūst no dabas, vizuālā iegūšana ir visaugstākā, kas veido apmēram 80% no visas informācijas. Izstrādājot informācijas tehnoloģiju, cilvēka vizuālā funkcija pakāpeniski tiek piešķirta datoriem, robotiem vai citām inteliģentiem mašīnām. Machine Vision, kas pašlaik atrodas nozares negaidītajā laikā, ir viena no šādām tehnoloģijām, kas realizē automātisku noteikšanas un analīzes lietojumprogrammas, izmantojot attēlu apstrādi, ieskaitot automātisko noteikšanu, procesa vadību un robotu navigāciju. Pašlaik ir produktizēta mašīnas redzes (MV) tehnoloģija. Vīzijas sensori, objektīvi, ātrgaitas kameras, gaismas avoti, redzes programmatūra, attēlu iegūšanas kartes, redzes procesori utt. Kļūst arvien sarežģītāki. Rūpnieciskās automatizācijas vidē mašīnu redze arvien vairāk un vairāk uzmanības pievērš nozarei, un tā tiek izmantota daudzās lietojumprogrammās, piemēram, pašbraucošās automašīnās, pārtikas ražošanā, iepakojumā un loģistikā, robotikā un dronos.
Runājot par mašīnas redzi, tehniķi var daudz saprast, šajā rakstā ir mēģināts izskaidrot patiesību, kas būtu jāzina par mašīnas redzi no četriem aspektiem pa vienam.
1. patiesība: mašīnas redze ≠ datora redze
Mašīnas redze ir ierīce, kas automātiski saņem un apstrādā reālu objektu attēlus, izmantojot optiskās ierīces un bezkontakta sensorus, lai iegūtu nepieciešamo informāciju vai kontrolētu robota kustību. Darbībā kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem tehnoloģija patiešām pieauga un pieauga no 1980. līdz 1990. gadam. Gadu desmitos Machine Vision ir uzkrājuši dažādas definīcijas tam, kas tas ir un kā tas darbojas.
Automatizētā attēlveidošanas asociācija (AIA) piedāvā plašāku definīciju, proti, ka mašīnas redze ietver visas rūpnieciskās un neindustriālās lietojumprogrammas, kurās aparatūras un programmatūras kombinācija nodrošina operatīvas norādes ierīcei, lai veiktu funkcijas, pamatojoties uz attēlu uztveršanu un apstrādi. No otras puses Pārraidīt iegūtos datus uz datora vai robota kontrolieri.
Praksē mašīnu redzei bieži jāstrādā kopā ar citām progresīvām tehnoloģijām, ieskaitot dabiskās valodas apstrādi, robotu procesu automatizāciju (RPA), mākslīgo intelektu (AI) un mašīnu apguvi (ML), lai realizētu "redzes" iespējas, kas vajadzīgas automatizācija. Jūs varat domāt par mašīnas redzi kā automatizācijas acīm, AI un ML kā smadzenes un RPA kā "tastatūras atskaņotājs", kas nepieciešams, lai paveiktu darbu. Automatizācijas pieņemšana pēdējos gados ir paātrinājusies, un organizācijām ir svarīgi saglabāt konkurētspēju savās nozarēs. Ja jūs domājat par automatizāciju kā “digitālo darbaspēku” darbā, visi šie "digitālie darbinieki" būtu akli, nepievienojot mašīnas redzējumu.
Datoru vīzija pēdējos gados ir bijis arī liels hīts nozarē, tāpēc kā tas attiecas uz mašīnas redzi? Makro līmenī Machine Vision ir sistēmu inženierzinātņu disciplīna, kas integrē un izmanto esošās tehnoloģijas jaunos veidos, kā atrisināt reālās pasaules problēmas. No otras puses, datora redze ir datorzinātnes forma, kas nav realizēta caur taustāmu aparatūru, piemēram, redzamības ierīcēm, piemēram, kameras, kas fiksētas robotiem.
Konkrētāk, mašīnas redze ir sistēmas korpuss, savukārt datora redze ir sistēmas intelekts, smadzenes, kas apstrādā informāciju. Bez datora redzes mašīnas redze nedarbosies. Mašīnmācība, dziļā mācīšanās un neironu tīkli ir trīs paņēmieni, ko izmanto, lai apstrādātu priekšmetus ātrāk, izmantojot mašīnas redzes sistēmu. Šīs trīs metodes var izmantot, lai paplašinātu mašīnas redzes izpratni par to, kas jākonalizē, padarot to par vērtīgu ieguvumu mašīnas redzei. Veidojot datoru redzamības tehnoloģiju, attiecīgi palielinās iespējamās mašīnas redzamības lietojumprogrammu iespējas.
Ir vērts atzīmēt, ka mašīnas redze un attēlu apstrāde ir arī divi dažādi jēdzieni; Attēlu apstrāde ir process, kas izvada attēlu, turpretī Machine Vision Systems var atklāt un klasificēt visdažādākos objektus un priekšmetus visdažādākajās nozarēs, ieskaitot automobiļu, elektroniku un pusvadītājus, pārtiku un dzērienus, ceļu un transportlīdzekļu satiksmi vai inteliģentu transportu Sistēmas (tās), medicīniskā attēlveidošana, iesaiņošana, marķēšana un drukāšana, farmācija un televīzijas apraide. Uz mašīnu uz redzi balstītas tehnoloģijas kļūst par galveno automatizācijas izveidē.
2. patiesība: aparatūras un programmatūras attīstība ir izraisījusi avansus mašīnas redzējumā
Mašīnas redze ir rūpnieciskās automatizācijas acs. Tās galvenā darbplūsma ir šāda: sistēma uztvertos mērķus pārveido attēla signālos pēc mašīnas redzamības produktiem (piemēram, kamera, CMOS vai CCD), un pēc tam pārraida attēla signālus uz īpašu attēlu apstrādes sistēmu. Balstoties uz tādu informāciju kā pikseļu sadalījums, spilgtums un krāsa, attēla signāli pēc tam tiek pārveidoti par digitāliem signāliem, kas galu galā ļauj mašīnām (robotiem vai citiem rūpniecības rīkiem) veikt rūpnieciskus uzdevumus, piemēram, ražošanu un kvalitātes pārbaudi.
Mašīnas redze ir galvenais nozares elements 4. 0 un tas palīdz rūpnieciskās automatizācijas sistēmām dažādos veidos, piemēram, palielinot efektivitāti, uzlabojot krājumus, nosakot kļūdainus produktus un uzlabojot ražošanas kvalitāti. Lai precīzi atdarinātu cilvēka uztveri, mašīnas redzei nepieciešama virkne ierīču un programmatūras. Šo aparatūras un programmatūras tehnoloģiju nepārtraukta attīstība vēl vairāk virza mašīnu redzes tehnoloģijas attīstību.
01 Viedā kamera
Kamera ir galvenā ierīce, ko izmanto objekta vai priekšmeta pārbaudei mašīnas redzamības sistēmā. Dažreiz noteiktā pārbaudes punktā var būt jāinstalē vairākas kameras, lai pārliecinātos, ka katru detaļu var pareizi pārbaudīt. Ja mašīnas redzamības sistēmai ir jāuztver un jāizņem lietojumprogrammu informācija no attēla, tas ir nepieciešams viedās kameras atbalsts. Viedās kameras parasti satur visas nepieciešamās sakaru saskarnes, un tās var savienot ar Wi-Fi vai serveri, lai pārsūtītu uztvertos attēla datus. Kā jaudīgs rīks, dziļā mācīšanās ļauj sistēmu dizaineriem ātri automatizēt sarežģītus un subjektīvus lēmumus, vienlaikus efektīvi uzlabojot produktu kvalitāti un ietilpību.
02 3 D kamera
3D kamera var parādīt atklātā objekta dziļumu attēlā, lai parādītu dažādus attēla leņķus. Izmantojot 3D kameru mašīnas redzes sistēmā, radīsies atšķirīga perspektīva un dziļuma uztvere. Laika lidojuma (TOF) kameras ir 3D kameras, kurās attāluma noteikšanai tiek izmantots lidojuma laika princips.Tof attēlveidošanas tehnoloģija ļauj tai veikt 3D attēlveidošanu, neskenējot objektu. Tehnoloģija parasti aptver attālumus no dažiem metriem līdz apmēram 40 metri ar maksimāli 100 attēliem sekundē ar attāluma izšķirtspēju no aptuveni 5 līdz 10 milimetriem un sānu izšķirtspēju aptuveni 200 x 200.
Vēsturiski TOF bieži tiek uzskatīts par mazāk precīzu 3D sensoru tehnoloģiju dažu jautājumu par tās precizitāti dēļ. Protams, pēdējos gados daudzi virsrakstu uzņēmumi ir izstrādājuši augstas izšķirtspējas produktus līdz 1,3 megapikseļiem, un mašīnu redzamības sistēmu augstas precizitātes TOF kameras var ievērojami uzlabot ražošanas elastību un automatizāciju.
Teksasas instrumentu OPT8241 lidojuma laika (TOF) sensors apvieno TOF sensoru ar analogo-digitālo pārveidotāju un programmējamu laika ģeneratoru (TG), kas nodrošina 320 x 240 izšķirtspējas attēlus ar kadru ātrumu līdz 150 FP. Iebūvētā TG kontroles atiestatīšana, modulācija un digitalizētās secības nolasīšana. Tajā pašā laikā TG ir programmējams, nodrošinot elastību, lai optimizētu dažādas dziļuma uztveres veiktspējas rādītājus, piemēram, jaudu, kustības robustumu, signāla un trokšņa attiecību un vides atcelšanu.
03 Vīzijas sensori
Redzes sensori ir mašīnas redzes sistēmas centrā un tie ir avots, lai palielinātu vides īpašības, un galvenās ierīces ir attēla sensori, piemēram, CCD un CMOS. Šie augstākās izšķirtspējas redzes sensori parasti spēj radīt attēlus, kas satur vairāk pikseļu, ļoti noderīgi, lai uzlabotu attēla kvalitāti un atvieglotu vizuālo detaļu atpazīšanu.
CCD sensori jau sen ir dominējošā tehnoloģija augstas kvalitātes, zema trokšņa attēlu uzņemšanai. Tomēr CCD sensori ir dārgi ražošana, tāpēc parasti ir dārgāki un patērē daudz lielāku jaudu nekā CMOS sensori. Mūsdienās CMOS sensoru tehnoloģija ir attīstījusies līdz vietai, kur tā var ātri tuvināties CCD tehnoloģijas kvalitātei un funkcionalitātei par zemāku cenu, mazākā izmērā un ar mazāku enerģijas patēriņu.CMOS kamerām parasti ir augstāks kadru ātrums nekā CCD kamerām , Kritiska funkcija mašīnu redzes sistēmām, kas automatizācijas vai attēlu datu analīzei balstās uz reāllaika attēlu apstrādi. Turklāt CMOS sensori ir jutīgāki pret infrasarkanajiem viļņu garumiem nekā CCD sensoriem, un CMOS mikroshēmu un kameru ražotāji to izmanto, lai uztvertu infrasarkano staru gaismu, nodrošinot papildu attēlveidošanas iespējas attēla atpazīšanai. Uz līdzsvara CMOS sensori var būt piemērotāki mašīnu redzamības lietojumiem.
04 Gaismas avots
Gaismas avotam kā papildu attēlveidošanas ierīcei bieži ir izšķiroša loma attēlveidošanas kvalitātē. Piemēram, LED apgaismojuma produkti piedāvā lielāku elastību ar regulējamiem leņķiem un papildu viļņu garumiem, lai iegūtu konsekventāku spektrālo reakciju. Tā kā tirgū ir pieejams plašs viļņu garumu un gaismas avotu formas, produktu izvēle nav grūta.
05 Attēlu uztveršanas karte
Attēla iegūšanas karte parasti ir datora spraudņa kartes formā, kuras galvenais darbs ir attēla izvades pārsūtīšana uz resursdatoru. Attēlu iegūšanas kartes ir vajadzīgas, lai no kameras pārveidotu attēlu datu plūsmu noteiktā formātā, un tās var arī kontrolēt dažus kameras parametrus, piemēram, sprūda signālus, ekspozīcijas/integrācijas laikus, aizvara ātrumu, un tāpēc tā On. Attēlu iegūšanas kartēs parasti ir dažādas aparatūras struktūras dažāda veida kamerām, kā arī dažādas kopņu formas, piemēram, PCI, PCI64, Compact PCI, PC104, ISA utt.
06 Vīzijas apstrādes programmatūra
Machine Vision programmatūra tiek izmantota, lai pabeigtu ievades attēla datu apstrādi, un pēc tam ar noteiktiem aprēķiniem var iegūt nepieciešamos rezultātus. Vispārīga mēroga mašīnas redzes programmatūra ir C/C ++ attēlu bibliotēku, ActiveX vadības ierīču un grafiskas programmēšanas vides utt Izlīdzināšana utt., Vai arī vispārējas nozīmes, ieskaitot lokalizāciju, mērījumus, svītrkodu/rakstzīmju atpazīšanu, raibu noteikšanu utt.
3. patiesība: mašīnu redzes tirgus strauji aug, un automobiļu rūpniecība par to uzņemas kredītu
Mašīnas redzes vērtība automatizācijā ir tā spēja ātri un efektīvi uztvert un apstrādāt lielu skaitu dokumentu, attēlu un video, daudzumos un ātrumā, kas ievērojami pārsniedz cilvēku spējas.
Plašas lietojumprogrammu perspektīvas un milzīgs tirgus potenciāls nosaka, ka mašīnu redze noteikti ir augošs tirgus, tirgi un tirgi dati liecina, ka, sagaidāms, ka mašīnas redzes tirgus lielums pieaugs no 10,7 miljardiem USD 2020. gadā līdz USD 14,7 miljardiem 2025. gadā, ja saliktā gada pieauguma temps 6,5%.
Saskaņā ar Grand View Research, globālā mašīnas redzamības tirgus lielums bija 13,23 miljardi 2 0 21, un paredzams, ka tas pieaugs ar saliktu gada pieauguma tempu (CAGR) 7,7% no 2022. līdz 2030. gadam. Galvenais tirgus izaugsmes virzītājspēks ir vadīta robotu sistēmas automobiļu, pārtikas un dzērienu, farmaceitisko un ķīmisko vielu, kā arī iepakojuma nozarēs. Starp tiem automobiļu rūpniecība joprojām ir lielākais mašīnu redzamības sistēmu ieviesējs visā pasaulē ar ieņēmumu daļu, kas pārsniedz 15,0% no automobiļu rūpniecības 2021. gadā, un paredzams, ka nākamajos gados tā turpinās stabili pieaugt.
ASV mašīnas redzes tirgus tendences pēc nozares, 2020 - 2030
4. patiesība: mašīnas redze radīs lielas pārmaiņas robotikas lietojumos
Mašīnas redzējumam ir daudz iespēju paplašināties tirgus darbības jomā un lietojumprogrammās. Šīs iespējas prasa zināmu iztēli, kas nozīmē, ka mašīnas redze nozīmē ne tikai tehniķa acu aizstāšanu, bet arī par robotu piesaistīšanu, lai veiktu uzdevumus, ko tehniķi nevar. Mašīnas redze dod robotiem iespēju "redzēt" reālā laikā un ļoti detalizēti, ļaujot viņiem pieņemt lēmumus, pamatojoties uz visaptverošu objekta vai vides skatījumu. Mūsdienās roboti tiek izmantoti arvien vairāk pasaulē. Ja roboti ir aprīkoti ar mašīnas redzi, tas dod tiem lielāku precizitāti, orientāciju un izpratni, spēju precīzāk uztvert objektus, novietot objektus ar lielāku precizitāti un ātrāk veikt sarežģītākus uzdevumus.
Mašīnas redze kļūst arvien nozīmīgāka robotikas lietojumprogrammās, un saskaņā ar neseno automatizācijas attīstības asociācijas ziņojumu (A3) robotikas un mašīnu redzamības tirgus 2021. gada otrajā ceturksnī ir sasniedzis ievērojamu izaugsmi, salīdzinot ar 2020. gadu. Rūpnieciskā Roboti jau tiek plaši izmantoti, un līdz ar sadarbības robotu parādīšanos un 3D mašīnas redzes straujo attīstību tos biežāk izmantos kombinācijā.
Mašīnas redze iemieso tehnoloģiskās iespējas, tāpat kā citas iespējas, piemēram, automatizācija, mašīnmācīšanās, dziļas mācības un neironu tīkli. Tā ir spēja, ko var integrēt citās tehnoloģijās un procesos, lai gūtu labumu nozarei un uzlabotu biznesa efektivitāti. Robotiem šodien ir arvien vairāk iebūvēta mašīnas redze, kas viņiem ļauj veikt sarežģītākus uzdevumus. Šie uzdevumi nebūtu iespējami bez mašīnas redzes, kas robotam pateiktu tieši to, kur atrodas prece. Mašīnas redze ir atslēga, lai atvērtu visu automatizācijas potenciālu, pievienojot viedajai automatizācijai vairāk inteliģences.