سیستم های بینایی ماشین در یک نگاه

ساختارهای مبتنی بر بینایی ماشین، از اجزای یکپارچه ایی تشکیل شده‌اند تا بتوانند با استخراج داده های مفید از تصاویر دیجیتال، به فرآیند هایی مانند هدایت ماشین آلات دیگر به صورت اتوماتیک و یا برخی از فرآیندهای تولید مانند تست و کنترل کیفی محصولات کمک نمایند.

این سیستم ها کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند و می‌توانند برای اتوماتیک سازی هر کار تکراری و پیش پا افتاده‌ای که برای بازرس انسانی یا اپراتور خسته‌کننده است استفاده شوند.

استفاده از فناوری بینایی ماشین امکان بازرسی ۱۰۰ درصد محصولات یا قطعات را در یک فرآیند یکنواخت فراهم می‌کند. در نتیجه باعث بهبود عملکرد ، کاهش نرخ ضایعات،  افزایش کیفیت، هزینه‌های کمتر و سازگاری بیشتر در نتایج فرآیند می‌شوند.

سیستم های بینایی ماشین

سیستم های بینایی ماشین چگونه کار می کنند

بینایی ماشین چگونه کار می کند

برای درک چگونگی عملکرد یک سیستم بینایی ماشین می توان به عنوان مثال فرآیند بازرسی یک محصول را در نظر گرفت. ابتدا سنسور وجود یک محصول را در مسیر حرکت تولیدات تشخیص می دهد.

در این مسیر اگر محصولی از کنار سنسور عبور کند، سنسور، حضور آن محصول را در ابتدای خط بازرسی شناسایی کرده و ابتدا دوربین را برای گرفتن تصویر و سپس لایتینگ را برای افزایش کنتراست و برجسته شدن ویژگی های اصلی محصول تحریک می کند. در نتیجه این فرآیند ، تصویر دیجیتال به دست آمده و توسط یکی از اینترفیس های استاندارد مانند USB3 از سمت دوربین به حافظه کامپیوتر جهت پردازش های نرم افزاری ارسال می گردد.

پس از پردازش تصویر و استخراج اطلاعات مفید، با توجه به معیارهای از قبل تعریف شده، نرم افزار اقدام به تایید محصول و یا برچسب گذاری آن به عنوان محصول معیوب می نماید. در پایان این نتایج به سیستم کنترل ارسال شده تا واکنش مناسب نسبت به نتایج به دست آمده در طول خط تولید و بر روی محصول مورد نظر اعمال گردد.

کامپوننت های بینایی ماشین

کامپوننت های بینایی ماشین

سیستم های بینایی ماشین که به آنها سیستم‌های دید خودکار یا سیستم‌های بازرسی مبتنی بر بینایی نیز گفته می شود از اجزای مختلفی تشکیل شده است که در اکثر سیستم ها مشترک هستند و هر یک از این اجزا هنگام کار با یکدیگر نقش متمایزی را در سیستم بینایی ماشین برعهده دارند. این اجزا به طور معمول از پنج عنصر اصلی به شرح زیر تشکیل شده است :

  • سیستم نورپردازی
  • سیستم اپتیکال یا لنز
  • سنسور تصویر
  • سیستم پردازش تصویر
  • سیستم ارتباطی

سیستم نورپردازی

انتخاب لایتینگ مناسب برای استفاده در یک سیستم بینایی ماشین بر این اساس استوار است که همیشه باید کنتراست قسمت‌هایی از قطعه که می خواهیم اندازه‌گیری و بازرسی کنیم را ماکزیمم حالت ممکن کرده و بقیه قسمت‌های قطعه کمترین کنتراست ممکن را داشته باشد.

در واقع فقط قسمت‌هایی از قطعه در تصویر برجسته می‌شود که قرار است یکی از فرآیندهای پردازش تصویر بر روی آن اعمال گردد. برای رسیدن به این هدف مواردی مانند شدت نور، تکنیک نورپردازی یا استایل آن و محل قرار گیری آن نسبت به قطعه و دوربین از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

در نورپردازی معمولاً از لایت های LED و همچنین لایت هایی با قابلیت Strobe جهت عکسبرداری در سرعت های بالا استفاده می گردد.

بینایی ماشین- نورپردازی
بینایی ماشین - سیستم اپتیک

سیستم اپتیک و لنز

لنز یکی از کامپوننت های مهم در سیستم بینایی ماشین بوده که در ترکیب با دوربین، تاثیر بسیاری در پارامترهایی مانند فاصله دوربین از قطعه، میدان دید دوربین و عمق دید در تصویر دارد. به کمک لنزهای توسعه یافته خاص می توان تصاویری را خلق کرد که در شرایط عادی رسیدن به این تصاویر غیر ممکن می باشد.

در لنز ها جزئیات بسیاری وجود دارد که تنها متخصصان این حوزه می توانند مناسب ترین لنز را برای یک پروژه خاص انتخاب کنند. تفاوت قیمت در لنزهای مختلف آنقدر زیاد است که در مقایسه یک لنز ارزان قیمت و یک لنز گران قیمت، معمولاً باید ببینیم که چه چیزی را قرار است از دست بدهیم و چه چیزی را به دست آوریم.

به طور خاص در پروژه هایی که هدف، بازرسی جزئیات بسیار ریز در سطح یک قطعه است، انتخاب لنز مناسب در موفقیت پروژه بسیار تعیین کننده می باشد.

سنسور تصویر

سنسورهای تصویر مورد استفاده در سیستم های بینایی ماشین، فوتون های نوری که از طریق لنز برروی آنها تابیده می شود را جمع آوری کرده و به سیگنال های دیجیتالی تبدیل می کنند و در نتیجه آن، تصاویر دیجیتال شکل می گیرند.

دو نوع رایج از سنسورهای CCD گرفته تا CMOS به کمک مجموعه ای از پیکسل ها، حضور نور در مناطق مختلف از میدان دید دوربین را نمایش می دهند. در واقع در نقاطی نور از شدت کمتر و در نقاط دیگر از شدت بیشتری برخوردار است.

مفاهیمی مانند اشباع نور در تصویر و یا محدوده داینامیک، همچنین وجود انواع نویز در تصویر و یا کنترل کیفیت تصویر در شرایط کم نوری، همگی ارتباط مستقیمی با نوع سنسور تصویر مورد استفاده در پروژه دارد. انتخاب سنسور درست، به ایجاد تصاویری مناسب کمک کرده و با تسلط بر دانش آن می‌توان انتخاب درستی میان قیمت و کیفیت داشت.

کامپوننت های ویژن می‌توانند به صورت اجزای مستقل بوده که در کنار یکدیگر جمع شده باشند و یا ممکن است در یک واحد مانند SmartCamera که عملکرد عناصر جداگانه را در یک بسته واحد ترکیب می‌کند با هم ادغام شده باشند.

بینایی ماشین - سیستم سنسور
بینایی ماشین - سیستم پردازش تصویر
بینایی ماشین - پردازش

سیستم پردازش تصویر

این سیستم در واقع یک نرم افزار تجاری و یا سورس باز می باشد که به کمک ابزارها و توابعی که ارائه می دهد می توان الگوریتم کاملاً شخصی و منحصر به فردی را با کمی خلاقیت پیاده سازی نمود تا با استخراج داده از تصاویر دیجیتال، از آن جهت ارزیابی قسمتی خاص از تصویر استفاده نمود.

این ارزیابی‌ها شرایط از پیش برنامه‌ریزی شده هستند که معیارهای پذیرش و رد بخشی را که مشاهده می شود، تعریف می کند. به طور کلی فرآیند های انجام شده در این بخش را می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

  • گرفتن تصویر دیجیتال از سنسور تصویر.
  • انجام پیش پردازش های اولیه که برای اندازه گیری های مطلوب مورد نیاز می باشد.
  • آنالیز تصویر برای شناسایی موقعیتی خاص از قطعه که نیاز به اندازه گیری و بازرسی دارد.
  • انجام اندازه گیری و یا بازرسی مورد نظر و سپس مقایسه آن با مقادیر از قبل تعریف شده برای قطعات استاندارد.
  • ایجاد نتیجه معمولاً به عنوان تایید و یا رد شدن قطعه در تست موردنظر.

آنچه در اهمیت سیستم پردازش تصویر باید بیان کرد، فاکتورهایی مانند سرعت و دقت می باشد که در صنعت نقش تعیین کننده در استقبال از یک ماشین پردازشی دارد. اقبال پذیرش این دستگاه ها توسط کارخانه ها زمانی افزایش پیدا می‌کند که این دستگاه‌ها بتوانند عملکرد ای با دقت و سرعت بالا داشته باشند، تا توجیه اقتصادی استفاده از آن‌ها به میزانی قابل توجه افزایش پیدا نماید.

سیستم های بینایی ماشین چه وظایفی را برای شما انجام می دهند؟

بینایی ماشین با ابزارهای فراوانی که ارائه می‌دهد، وظایف مختلفی را در صنعت به انجام می‌رساند. در انجام این وظایف، سرعت و دقت فاکتورهای کلیدی جهت کاربرد این سیستم ها محسوب شده و در اتوماتیک سازی فرآیندهای کیفی و بازرسی هم نقش تعیین‌کننده‌ای دارند. همچنین با به کارگیری این ابزارها می‌توان آمار مختلف تولید را به روشی مطمئن و در فرآیندی یکنواخت، مستند سازی نمود. وظایف مختلفی که سیستم های بینایی ماشین درصنعت به انجام می‌رسانند را می‌توان در گروه های پایه زیر دسته بندی نمود:

وظایف سیستم های بینایی ماشین

Measurement

برای ابعاد برداری قسمتی از تصویر و تبدیل مقدار اندازه گیری شده به مقادیر استاندارد مانند میلیمتر از توابع اندازه گیری استفاده می گردد. در این روش مقادیر بدست آمده با مقادیر از قبل تعریف شده مقایسه شده و تلرانس های قابل قبول برای تایید ابعاد یک قسمت بررسی می گردد. ابعاد برداری تماسی که معمولا به کمک کولیس انجام می پذیرد در قطعات دارای انعطاف، از دقت کافی برخوردار نمی باشد. سیستم های بینایی ماشین به عنوان روشی غیر تماسی از دقت بالایی در ابعاد برداری برخوردار هستند.

وظایف سیستم های بینایی ماشین

Counting

جهت بررسی تعداد قطعات یا تعداد اجزای موجود در یک محصول تولیدی از توابع شمارش استفاده می گردد به عنوان مثال جهت بسته بندی تعدادی مشخص پیچ، در بسته های پلاستیکی، می توان از این روش استفاده کرد. در بسیاری از پروژه های بسته بندی، شمارش بر اساس وزن بسته تخمین زده می‌شود و استفاده از بینایی ماشین جایگزین مناسبی برای این روش سنتی جهت شمارش قطعات می باشد.

وظایف سیستم های بینایی ماشین

Decoding

توابع رمزگشایی در خواندن نمادهای یک بعدی و دوبعدی موسوم به بارکد کاربرد دارد. در صنعت برای برچسب گذاری منحصر به فرد محصولات، از بارکد های مختلفی مانند کد های خطی، کد های ماتریسی و کدهای QR استفاده می گردد که به کمک بینایی ماشین می توان این کدها را بازخوانی و جهت ثبت در پایگاه داده و یا رهگیری محصولات استفاده نمود. علاوه بر بارکد خوانی، می توان کاراکترهای اعداد و یا حروف را هم شناسایی و بازخوانی نمود که این روش موسوم به OCR می باشد.

وظایف سیستم های بینایی ماشین

Location

از توابع مکانی جهت تعیین موقعیت و جهت قطعات در فرآیند تولید استفاده می گردد. این قابلیت در عملیات مونتاژ خودکار ارزشمند بوده و از آن می‌توان برای بررسی اینکه قطعه مورد نظر در مکان صحیح قرار گرفته، استفاده نمود تا در صورت صحیح بودن مکان قطعه، مرحله بعدی در فرآیند مونتاژ اتفاق بیفتد. یکی از کاربردهای رایج دیگر آن جهت ارسال موقعیت قطعه برای برداشتن قطعه توسط ربات می باشد.

وظایف سیستم های بینایی ماشین

Inspection

در شناسایی عیوبی مانند ترک، خط و خش، لکه، پارگی و هرگونه پدیده غیر عادی بر روی سطوح مختلف از توابع بازرسی استفاده می گردد. کاربرد هوش مصنوعی و یادگیری عمیق در این حوزه انجام پروژه های پیچیده متناسب با درک انسان را امکان‌پذیر نموده و می‌تواند عیوب سطح را به سرعت و با دقتی بالا بازرسی نماید.

وظایف سیستم های بینایی ماشین

3D Vision

بیشترین کاربرد توابع سه بعدی در بدست آوردن اطلاعاتی در مورد ارتفاع قطعات می باشد. به کمک این توابع می‌توان قطعات انباشته شده بر روی هم را بدون سورتینگ تعیین موقعیت نمود و اطلاعات آن را جهت هدایت تجهیزات دیگر مانند ربات استفاده نمود. از این تجهیزات به صورت گسترده در پروژه‌های پالتایزینگ توسط ربات استفاده می گردد.

کاربرد بینایی ماشین در صنایع مختلف

کیفیت همیشه دغدغه اصلی در تولید دارو بوده است. استانداردهای سختگیرانه FDA به معنای سطوح بالای مسئولیت در قبال اشتباهات در تولید است. بینایی ماشین نقش مهمی در ارائه محصولات با کیفیت بالا در صنعت داروسازی ایفا می کند، بینایی ماشین در صنعت دارو سازی می تواند دستاوردهای بهره وری را در محدوده خواسته های دقیق کیفیت ارائه دهد.

صنعت داروسازی یکی از اولین پذیرندگان بینایی ماشین بود، زیرا انگیزه های تضمین ایمنی و سلامتی محصول همیشه در این صنعت مهم بوده است. فناوری بینایی ماشین در طول سال‌ها از زمان ورود به بخش صنعتی پیشرفت چشمگیری داشته است و اکنون برای کاربردهای بسیار خاص در صنعت داروسازی مناسب است.

یکی از مهمترین کاربردهای بینایی ماشین در داروسازی در بخش کنترل کیفیت و بسته بندی است.  این کاربرد ها شامل بازرسی بسته بندی ، چاپ دستور العمل ها و… می شود.

بینایی ماشین نقشی جدایی ناپذیر در فرآیند تولید شرکت های مواد غذایی و نوشیدنی ست.

بینایی ماشین سرعت برنامه ها را افزایش می دهد سلامتی و کیفیت را بهبود می بخشد  وبه این دلیل که بخش قابل توجهی از عیوب در صنعت به صورت بصری قابل مشاهده است در صنعت بسیار کاربرد دارد.

صنعت غذا و نوشیدنی چالش‌های منحصربه‌فردی را برای سیستم‌های بینایی ماشین ایجاد می‌کند تا قابلیت اطمینان، تکرارپذیری و کارایی مورد نیاز برای برنامه را فراهم کند. یکی از چالش‌های اصلی بینایی ماشین در صنعت غذا و نوشیدنی این است که سیستم‌های بینایی ماشین باید مقرون به صرفه باشند، اما راه‌حل‌هایی باکیفیت مناسب ارائه کند.

چالش بعدی که صنعت با آن مواجه است، صفرکردن  خطاهای موجود در فرایند تولید است، به‌ویژه وقتی صحبت از ایمنی و کیفیت باشد

کاربردهای عمده سیستم‌های بینایی ماشین در صنایع غذایی و نوشیدنی به سه دسته عمده تقسیم می‌شوند: تولید و فرآوری، بسته‌بندی و توزیع، و ایمنی و پیگیری و ردیابی.

کاربردهای تولید و پردازش شامل بازرسی بینایی ماشین از نظر رنگ، رسیده بودن، فساد یا آسیب دیدگی محصول و اینکه آیا یک آیتم پخته نشده است یا بیش از حد پخته شده است ،می شود.

کاربردهای بسته بندی و توزیع در این صنعت شامل بازرسی یکپارچگی ظروف، اطمینان از برچسب زدن مناسب و بررسی پر شدن ظروف است. برای مثال اطمینان از اینکه یک محصول موجود به روش صحیح  برچسب گذاری شده است، یکی از کاربرد های اصلی بینایی ماشین در صنعت غذایی و نوشیدنی ست. کاربردهای ایمنی و ردیابی تضمین می کند که محصولات آلوده نیستند.

صنعت غذا و نوشیدنی با چالش های منحصر به فردی مواجه است. بینایی ماشین نقش حیاتی در کارایی و ایمنی تولید در برنامه های غذایی و نوشیدنی ایفا می کند.

با پیچیده تر شدن فرآیند ساخت خودروهای امروزی، امکان بروز خطا و عیب در قطعات تولیدی نیز افزایش پیدا کرده است و همین امر، سازندگان خودرو را بر آن داشته است تا بازرسی کیفیت محصولات خود را به کمک روشی اتوماتیک و با رویکردی موثرتر از بازرسی های انسانی، دنبال نمایند و با توجه به بازار رقابتی و تضمین بهترین کیفیت در این بازار، استفاده از مزایای هوش مصنوعی و بینایی ماشین به انتخابی بی همتا برای استفاده تبدیل شده است.

در صنعت خودروسازی، از فناوری بینایی ماشین در طیف وسیعی از کاربردها، از بازرسی عیوب چشمی محصولات گرفته تا هدایت ربات های صنعتی، به صورت گسترده استفاده می گردد. مثال های فراوانی مانند، تشخیص قطعات در فضای دو بعدی و سه بعدی ، ابعاد برداری، تشخیص رنگ، تشخیص نوع قطعه ، خوانش داده های حک شده بر روی قطعات و راستی آزمایی و ثبت این داده ها و انوع مختلف دیگر وجود دارد که می تواند به نقطه های اثر گذار این فناوری در صنعت خودرو سازی اشاره نماید.

به کمک فناوری بینایی ماشین به عنوان نمونه می توان انوع مختلف لاستیک در یک خط تولید را تشخیص داده و هر کدام را در مسیر درست به سمت خودروی تعیین شده برای آن لاستیک، هدایت نمود. در فرآیند مونتاژ قطعات موتور ، با توجه به آپشن های هر موتور ، می توان به صورت کاملا هوشمند هر موتور را شناسایی و صحت قطعات مونتاژ شده بر روی آن را راستی آزمایی نمود. همچنین در فرآیند ساخت قطعات ماشین کاری شده به بازرسی های ابعادی بسیار دقیق نیاز هست تا بتوان دقت ساخت قطعات ساخته شده را تایید نمود. تصور کنید که در یک خط، خودروهای متنوعی برای مونتاژ قطعات بر روی آن ها وارد می شود و باید در فرآیندی اتوماتیک هر خودرو را به درستی تشخیص و قطعات متناسب با آن را برای مونتاژ فراهم نمود و برای هر خودرو ، هدایت ربات ها را با متناسب با موقعیت یابی قطعات در آن خودرو هدایت نمود و این ها نمونه های واضحی از کاربرد بینایی ماشین در خطوط تولید خودرو می باشد و با توجه به تاثیر استفاده از بینایی ماشین در سرعت و دقت مونتاژ ، استفاده از  آن به صورت چشمگیری در حال افزایش می باشد.

بینایی ماشین در صنایع کشاورزی

بینایی ماشین در دهه‌های گذشته در کشاورزی مورد استفاده قرار گرفته است، اما رشد نوآوری، ناشی از پتانسیل عظیم بازار اتوماسیون کشاورزی، منجر به کاربردهای جدید در سال های گذشته شده است.

ربات‌های مزرعه: نوعی ربات خدماتی است که فرآیندهایی مانند برداشت، کاشت و… را  به صورت خودکار انجام میدهد و در سیستم‌های بینایی ماشین برای شناسایی و دسته‌بندی محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بینایی ماشین می‌تواند محصولات را از با کیفیت تا بی کیفیت درجه بندی کند و تعیین کند که کدام محصول زود تر خراب می‌شود و باید به بازارهای محلی ارسال شود. و کدام محصول ماندگاری بیشتری دارد و امکان ارسال به مناطق دورتر را دارد.

در بینایی ماشین تشخیص علف های هرز، حشرات و بیماری ها مورد توجه قرار می گیرد و آنها را بدون آسیب به محصول اصلی از بین می برد. همچنین بینایی ماشین در برداشت محصولات میتواند محصول رسیده را از نارس شناسایی و بدون آسیب به درخت یا بوته آنها را برداشت کند.

دپارتمان بینایی ماشین شرکت سورین فربد 

در دپارتمان بینایی ماشین، کارشناسان ما سعی خواهند کرد تا ابتدا اطلاعات به روز و مناسبی را جهت علاقه‌مندان این حوزه فراهم آورند. سپس توجه فعالان حوزه های مختلف صنعت را به تاثیر آن بر روی پارامترهای بهره‌وری از جمله منابع انسانی و مواد و متریال را جلب نماید.

با نگاهی به صنایع پیشرو در جهان متوجه خواهیم شد که استفاده از فناوری بینایی ماشین در حوزه های مختلف صنعت افزایش چشمگیری پیدا کرده است. ما بر این باوریم که می‌توانیم با جهت‌دهی مناسب ، نیازهای اساسی مرتبط با این مفاهیم صنعت را برطرف نماییم. تا علاوه بر فراهم آوردن تجهیزات با فناوری و کارایی بالا، وابستگی و گاه عدم امکان دسترسی به دستگاه های خارجی را کاهش دهیم.

امروز باید به جوانان کشورمان افتخار کنیم که در حوزه‌های علمی با فناوری بالا به موفقیت‌های چشمگیری دست پیدا کرده اند و باید از توان علمی این سرمایه های ملی  در جهت بهبود شرایط تولید و رقابت پذیری محصولات ایرانی قدم های ارزشمندی را برداریم.

فهرست