Μεταξύ των διαφόρων πληροφοριών που αποκτούν οι άνθρωποι από τη φύση, η οπτική απόκτηση είναι η υψηλότερη, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 80% των συνολικών πληροφοριών. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας της πληροφορίας, η ανθρώπινη οπτική λειτουργία δίνεται σταδιακά σε υπολογιστές, ρομπότ ή άλλα έξυπνα μηχανήματα. Η Machine Vision, η οποία βρίσκεται επί του παρόντος στο απροσδόκητο της βιομηχανίας, είναι μια τέτοια τεχνολογία, η οποία συνειδητοποιεί τις εφαρμογές αυτόματης ανίχνευσης και ανάλυσης μέσω της επεξεργασίας εικόνων, συμπεριλαμβανομένης της αυτόματης ανίχνευσης, του ελέγχου της διαδικασίας και της πλοήγησης ρομπότ. Επί του παρόντος, η τεχνολογία Machine Vision (MV) έχει παραγωγεί. Οι αισθητήρες όρασης, οι φακοί, οι κάμερες υψηλής ταχύτητας, οι πηγές φωτός, το λογισμικό όρασης, οι κάρτες απόκτησης εικόνων, οι επεξεργαστές όρασης κ.λπ. γίνονται όλο και πιο εξελιγμένες. Σε περιβάλλοντα βιομηχανικών αυτοματισμών, η μηχανική όραση γίνεται όλο και μεγαλύτερη προσοχή από τη βιομηχανία και χρησιμοποιείται σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών όπως αυτοκίνητα αυτο-οδήγησης, παραγωγή τροφίμων, συσκευασίες και εφοδιαστική, ρομποτική και drones.
Όταν πρόκειται για μηχανική όραση, οι τεχνικοί μπορεί να κατανοήσουν πολλά, αυτό το άρθρο προσπαθεί να εξηγήσει την αλήθεια που πρέπει να είναι γνωστή για το όραμα της μηχανής από τέσσερις πτυχές μία προς μία.
Αλήθεια 1: όραση μηχανής ≠ όραμα υπολογιστή
Η Machine Vision είναι μια συσκευή που λαμβάνει αυτόματα και επεξεργάζεται εικόνες πραγματικών αντικειμένων μέσω οπτικών συσκευών και αισθητήρων μη επαφής, προκειμένου να ληφθούν οι απαιτούμενες πληροφορίες ή να ελέγξουν την κίνηση ενός ρομπότ. Κατά τη λειτουργία από τη δεκαετία του 1950, η τεχνολογία απογειώθηκε και μεγάλωσε σε δημοτικότητα από το 1980 έως το 1990. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, η μηχανική όραση έχει συγκεντρώσει διάφορους ορισμούς για το τι είναι και πώς λειτουργεί.
Η αυτοματοποιημένη ένωση απεικόνισης (AIA) προσφέρει έναν ευρύτερο ορισμό, ο οποίος είναι ότι η μηχανική όραση περιλαμβάνει όλες τις βιομηχανικές και μη βιομηχανικές εφαρμογές στις οποίες ένας συνδυασμός υλικού και λογισμικού παρέχει λειτουργική καθοδήγηση για μια συσκευή για την εκτέλεση λειτουργιών που βασίζονται στη λήψη εικόνων και την επεξεργασία. Το SearchEnterpriseai, από την άλλη πλευρά, προσφέρει έναν στενότερο ορισμό της μηχανικής όρασης, καλώντας την "την ικανότητα όρασης ενός υπολογιστή" που χρησιμοποιεί μία ή περισσότερες κάμερες, μετατροπείς αναλογικών προς ψηφιακό (ADCs) και επεξεργασία ψηφιακού σήματος (DSPs) Μεταφέρετε τα δεδομένα που προκύπτουν σε υπολογιστή ή ελεγκτή ρομπότ.
Στην πράξη, η μηχανική όραση πρέπει συχνά να λειτουργεί σε συνδυασμό με άλλες προηγμένες τεχνολογίες, συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας φυσικής γλώσσας, της αυτοματοποίησης ρομποτικής διαδικασίας (RPA), της τεχνητής νοημοσύνης (AI) και της μηχανικής μάθησης (ML), για να πραγματοποιήσει τις δυνατότητες "όραμα" που απαιτούνται για αυτοματοποίηση. Μπορείτε να σκεφτείτε το όραμα της μηχανής ως τα μάτια της αυτοματοποίησης, του AI και του ML ως του εγκεφάλου και του RPA, καθώς παρέχοντας το "player πληκτρολογίου" που απαιτείται για να ολοκληρώσει τη δουλειά. Η υιοθέτηση του αυτοματισμού επιταχύνθηκε τα τελευταία χρόνια και είναι κρίσιμο για τους οργανισμούς να παραμείνουν ανταγωνιστικοί στις βιομηχανίες τους. Εάν σκέφτεστε την αυτοματοποίηση ως "ψηφιακό εργατικό δυναμικό" στην εργασία, όλοι αυτοί οι "ψηφιακοί υπάλληλοι" θα ήταν τυφλοί χωρίς την προσθήκη μηχανικής όρασης.
Το Computer Vision ήταν επίσης ένα μεγάλο χτύπημα στη βιομηχανία τα τελευταία χρόνια, έτσι πώς σχετίζεται με την όραση της μηχανής; Σε μακροοικονομικό επίπεδο, η Machine Vision είναι μια πειθαρχία μηχανικών συστημάτων που ενσωματώνει και εφαρμόζει τις υπάρχουσες τεχνολογίες με νέους τρόπους για την επίλυση προβλημάτων πραγματικού κόσμου. Η όραση του υπολογιστή, από την άλλη πλευρά, είναι μια μορφή επιστήμης των υπολογιστών που δεν πραγματοποιείται μέσω απτών υλικών, όπως συσκευές όρασης, όπως κάμερες, σταθερές σε ρομπότ.
Πιο συγκεκριμένα, η μηχανική όραση είναι το σώμα ενός συστήματος, ενώ το όραμα του υπολογιστή είναι η νοημοσύνη του συστήματος, ο εγκέφαλος που επεξεργάζεται τις πληροφορίες. Χωρίς όραση στον υπολογιστή, η μηχανική όραση δεν θα λειτουργήσει. Η μηχανική μάθηση, η βαθιά μάθηση και τα νευρωνικά δίκτυα είναι τρεις τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία αντικειμένων με ταχύτερο ρυθμό μέσω ενός συστήματος μηχανής όρασης. Αυτές οι τρεις τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επέκταση της κατανόησης της μηχανικής όρασης για το τι πρέπει να εντοπιστεί, καθιστώντας το πολύτιμο πλεονέκτημα για την όραση της μηχανής. Καθώς προχωράει η τεχνολογία του υπολογιστή, οι δυνατότητες για πιθανές εφαρμογές μηχανής όρασης αυξάνονται ανάλογα.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η μηχανική όραση και η επεξεργασία εικόνας είναι επίσης δύο διαφορετικές έννοιες. Η επεξεργασία εικόνας είναι μια διαδικασία που εξάγει μια εικόνα, ενώ τα συστήματα μηχανής όρασης μπορούν να ανιχνεύσουν και να ταξινομήσουν μια μεγάλη ποικιλία αντικειμένων και αντικειμένων σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών, συμπεριλαμβανομένων των αυτοκινήτων, των ηλεκτρονικών και των ημιαγωγών, των τροφίμων και των ποτών, της οδικής και της κυκλοφορίας των οχημάτων ή της έξυπνης μεταφοράς Τα συστήματα (ITS), η ιατρική απεικόνιση, η συσκευασία, η επισήμανση και η εκτύπωση, τα φαρμακευτικά προϊόντα και η τηλεοπτική εκπομπή. Οι τεχνολογίες που βασίζονται σε όραση είναι κεντρικά για τη δημιουργία αυτοματισμού.
Truth 2: Οι εξελίξεις υλικού και λογισμικού έχουν οδηγήσει σε πρόοδο στην όραση της μηχανής
Η μηχανική όραση είναι το μάτι της βιομηχανικής αυτοματοποίησης. Η κύρια ροή εργασίας του είναι: Το σύστημα μετατρέπει τους συλληφθέντες στόχους σε σήματα εικόνας από προϊόντα μηχανής όρασης (π.χ. κάμερα, CMOS ή CCD) και στη συνέχεια μεταδίδει τα σήματα εικόνας σε ένα ειδικό σύστημα επεξεργασίας εικόνων. Με βάση πληροφορίες όπως η κατανομή των εικονοστοιχείων, η φωτεινότητα και το χρώμα, τα σήματα εικόνας μετατρέπονται στη συνέχεια σε ψηφιακά σήματα που τελικά επιτρέπουν μηχανές (ρομπότ ή άλλα βιομηχανικά εργαλεία) για την εκτέλεση βιομηχανικών εργασιών όπως η κατασκευή και η επαλήθευση της ποιότητας.
Το Machine Vision είναι ένα βασικό στοιχείο της βιομηχανίας 4 0 και βοηθά τα συστήματα βιομηχανικών αυτοματισμών με διάφορους τρόπους, όπως η αύξηση της αποτελεσματικότητας με τη βελτίωση του αποθέματος, την ανίχνευση ελαττωματικών προϊόντων και τη βελτίωση της ποιότητας της κατασκευής. Για να μιμηθεί με ακρίβεια την ανθρώπινη αντίληψη, η μηχανική όραση απαιτεί τη βοήθεια μιας σειράς συσκευών και λογισμικού. Η συνεχής ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών υλικού και λογισμικού οδηγεί περαιτέρω την εξέλιξη της τεχνολογίας της μηχανικής όρασης.
01 έξυπνη κάμερα
Μια κάμερα είναι η κύρια συσκευή που χρησιμοποιείται για την επιθεώρηση ενός αντικειμένου ή ενός αντικειμένου σε ένα σύστημα μηχανής όρασης. Μερικές φορές, μπορεί να χρειαστεί να εγκατασταθούν πολλαπλές κάμερες σε ένα συγκεκριμένο σημείο επιθεώρησης για να διασφαλιστεί ότι κάθε λεπτομέρεια μπορεί να επιθεωρηθεί σωστά. Όταν ένα σύστημα μηχανής όρασης πρέπει να συλλάβει και να εξαγάγει πληροφορίες για συγκεκριμένες εφαρμογές από μια εικόνα, εδώ απαιτείται η υποστήριξη μιας έξυπνης κάμερας. Οι έξυπνες κάμερες περιέχουν συνήθως όλες τις απαραίτητες διεπαφές επικοινωνίας και μπορούν να συνδεθούν με Wi-Fi ή σε διακομιστή προκειμένου να μεταδοθούν τα δεδομένα που έχουν συλληφθεί. Ως ισχυρό εργαλείο, η βαθιά μάθηση επιτρέπει στους σχεδιαστές του συστήματος να αυτοματοποιούν γρήγορα σύνθετες και υποκειμενικές αποφάσεις, βελτιώνοντας αποτελεσματικά την ποιότητα και την ικανότητα του προϊόντος.
02 3 d κάμερα
Μια κάμερα 3D μπορεί να δείξει το βάθος του εντοπισμένου αντικειμένου σε μια εικόνα για να εμφανίσει διαφορετικές γωνίες της εικόνας. Χρησιμοποιώντας μια κάμερα 3D σε ένα σύστημα μηχανής όρασης, θα προκύψει διαφορετική προοπτική και αντίληψη βάθους. Οι κάμερες χρόνου-πτήσης (TOF) είναι κάμερες 3D που χρησιμοποιούν την αρχή του χρόνου-πτήσης για τη μέτρηση της απόστασης. 40 μέτρα σε μέγιστο 100 εικόνες ανά δευτερόλεπτο, με ανάλυση απόστασης περίπου 5 έως 10 χιλιοστών και με πλευρική ανάλυση περίπου 200 x 200.
Ιστορικά, το TOF έχει συχνά θεωρηθεί ως μια λιγότερο ακριβής τεχνολογία ανίχνευσης 3D λόγω ορισμένων ερωτήσεων σχετικά με την ακρίβειά της. Φυσικά, τα τελευταία χρόνια πολλές εταιρείες επικεφαλής έχουν αναπτύξει προϊόντα υψηλής ανάλυσης μέχρι 1,3 megapixel και κάμερες υψηλής ακρίβειας για συστήματα μηχανικής όρασης μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την ευελιξία και τον αυτοματισμό της παραγωγής.
Ο αισθητήρας Texas Instruments 'OPT8241 Time-of-Flight (TOF) συνδυάζει την ανίχνευση TOF με έναν αναλογικό προς ψηφιακό μετατροπέα και προγραμματιζόμενη γεννήτρια χρονισμού (TG), η οποία παρέχει εικόνες ανάλυσης 320 x 240 σε ρυθμούς καρέ μέχρι 150 fps. Τα ενσωματωμένα στοιχεία ελέγχου TG επαναφέρονται, διαμόρφωση και ανάγνωση της ψηφιοποιημένης ακολουθίας. Ταυτόχρονα, το TG είναι προγραμματιζόμενο, παρέχοντας την ευελιξία για τη βελτιστοποίηση των διαφόρων μετρήσεων απόδοσης της αντίληψης του βάθους, όπως η ισχύς, η ευρωστία κίνησης, η αναλογία σήματος προς θόρυβο και η περιβαλλοντική ακύρωση.
03 αισθητήρες όρασης
Οι αισθητήρες όρασης βρίσκονται στο επίκεντρο ενός συστήματος μηχανικής όρασης και αποτελούν την πηγή μεγιστοποίησης των χαρακτηριστικών του περιβάλλοντος, με τους αισθητήρες πυρήνα να είναι αισθητήρες εικόνας όπως CCDs και CMOs. Αυτοί οι αισθητήρες όρασης υψηλότερης ανάλυσης είναι συνήθως σε θέση να παράγουν εικόνες που περιέχουν περισσότερα εικονοστοιχεία, πολύ χρήσιμοι για τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας και διευκολύνοντας την αναγνώριση οπτικών λεπτομερειών.
Οι αισθητήρες CCD είναι από καιρό η κυρίαρχη τεχνολογία για τη λήψη εικόνων υψηλής ποιότητας, χαμηλού θορύβου. Ωστόσο, οι αισθητήρες CCD είναι ακριβοί στην κατασκευή και επομένως γενικά πιο ακριβά και καταναλώνουν πολύ περισσότερη ισχύ από τους αισθητήρες CMOS. Σήμερα, η τεχνολογία αισθητήρων CMOS έχει προχωρήσει στο σημείο όπου μπορεί γρήγορα να προσεγγίσει την ποιότητα και τη λειτουργικότητα της τεχνολογίας CCD, σε χαμηλότερη τιμή, σε μικρότερο μέγεθος και με χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. , ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό για τα συστήματα μηχανής όρασης που βασίζονται στην επεξεργασία εικόνας σε πραγματικό χρόνο για ανάλυση αυτοματισμού ή δεδομένων εικόνας. Επιπλέον, οι αισθητήρες CMOS είναι πιο ευαίσθητοι στα υπέρυθρο μήκους κύματος από τους αισθητήρες CCD και οι κατασκευαστές τσιπ και κάμερας CMOS εκμεταλλεύονται αυτό για να συλλάβουν το υπέρυθρο φως, παρέχοντας πρόσθετες δυνατότητες απεικόνισης για αναγνώριση εικόνας. Σε ισορροπία, οι αισθητήρες CMOS μπορεί να είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές μηχανής όρασης.
04 πηγή φωτός
Ως βοηθητική συσκευή απεικόνισης, η πηγή φωτός συχνά παίζει καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα απεικόνισης. Τα προϊόντα φωτισμού LED, για παράδειγμα, προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία με ρυθμιζόμενες γωνίες και πρόσθετα μήκη κύματος για μια πιο συνεπή φασματική απόκριση. Με ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος και σχήματα φωτεινών πηγών που διατίθενται στην αγορά, η επιλογή προϊόντων δεν είναι δύσκολη.
05 κάρτα καταγραφής εικόνας
Μια κάρτα απόκτησης εικόνων έρχεται συνήθως με τη μορφή μιας κάρτας plug-in υπολογιστή, η κύρια εργασία του οποίου είναι να μεταφέρει την έξοδο της εικόνας στον υπολογιστή κεντρικού υπολογιστή. Οι κάρτες απόκτησης εικόνων απαιτούνται για τη μετατροπή αναλογικών ή ψηφιακών σημάτων από την κάμερα σε μια ροή δεδομένων εικόνας σε συγκεκριμένη μορφή και μπορεί επίσης να ελέγξει μερικές από τις παραμέτρους της κάμερας, όπως σήματα ενεργοποίησης, χρόνοι έκθεσης/ολοκλήρωσης, ταχύτητες κλείστρου κ.λπ. επί. Οι κάρτες απόκτησης εικόνων συνήθως διαθέτουν διαφορετικές δομές υλικού για διαφορετικούς τύπους φωτογραφικών μηχανών, καθώς και διαφορετικές μορφές διαύλου, όπως PCI, PCI64, Compact PCI, PC104, ISA κ.ο.κ.
06 Λογισμικό επεξεργασίας όρασης
Το λογισμικό μηχανής όρασης χρησιμοποιείται για την ολοκλήρωση της επεξεργασίας των δεδομένων εικόνας εισόδου και στη συνέχεια μέσω ορισμένων υπολογισμών μπορεί να πάρει τα απαιτούμενα αποτελέσματα. Το λογισμικό μηχανικής όρασης γενικής χρήσης έρχεται με τη μορφή C/C ++ βιβλιοθήκες εικόνων, ελέγχους ActiveX και περιβάλλοντα προγραμματισμού με γραφικά, κλπ. Μπορεί να είναι εξειδικευμένο, π.χ. μόνο για επιθεώρηση LCD, επιθεώρηση BGA, πρότυπο Ευθυγράμμιση κ.λπ. ή γενικός σκοπός, συμπεριλαμβανομένης της εντοπισμού, της μέτρησης, της αναγνώρισης γραμμωτού κώδικα/χαρακτήρων, της ανίχνευσης στίξεων κ.λπ.
Truth 3: Η αγορά μηχανής όρασης αυξάνεται ταχύτατα, με την αυτοκινητοβιομηχανία να λαμβάνει πίστωση για αυτήν
Η αξία της μηχανικής όρασης στον αυτοματισμό έγκειται στην ικανότητά της να καταγράφει γρήγορα και αποτελεσματικά και να επεξεργάζεται μεγάλο αριθμό εγγράφων, εικόνων και βίντεο, σε ποσότητες και σε ταχύτητες που υπερβαίνουν κατά πολύ τις ανθρώπινες ικανότητες.
Οι ευρείες προοπτικές εφαρμογών και το τεράστιο δυναμικό της αγοράς καθορίζουν ότι η μηχανική όραση είναι βέβαιο ότι είναι μια αναπτυσσόμενη αγορά, αγορές και αγορές δεδομένων δείχνουν ότι το μέγεθος της αγοράς της μηχανικής όρασης αναμένεται να αυξηθεί από 10,7 δισεκατομμύρια δολάρια το 2020 έως τα 14,7 δισεκατομμύρια δολάρια το 2025, σε ένα σύνθετο ετήσιο ρυθμός ανάπτυξης 6,5%.
Σύμφωνα με την Grand View Research, το μέγεθος της αγοράς παγκόσμιας μηχανής όρασης ήταν 13,23 δισεκατομμύρια σε 2 0 21 και αναμένεται να αυξηθεί με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 7,7% από 2022 έως 2030. Η ζήτηση για όραση- Τα καθοδηγούμενα ρομποτικά συστήματα στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, των τροφίμων και των ποτών, των φαρμακευτικών και χημικών και των συσκευασιών είναι ο κύριος οδηγός για την ανάπτυξη της αγοράς. Μεταξύ αυτών, η αυτοκινητοβιομηχανία παραμένει η μεγαλύτερη υιοθέτηση συστημάτων μηχανικής όρασης παγκοσμίως, με μερίδιο εσόδων άνω του 15,0% από την αυτοκινητοβιομηχανία το 2021 και αναμένεται να συνεχίσει να αυξάνεται σταθερά τα επόμενα χρόνια.
Οι τάσεις της αγοράς της μηχανής των μηχανών από τη βιομηχανία, 2020 - 2030
Truth 4: Machine Vision θα κάνει μεγάλη διαφορά στις εφαρμογές ρομποτικής
Υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για να επεκταθεί η όραση της μηχανής όσον αφορά το πεδίο εφαρμογής και τις εφαρμογές της αγοράς. Αυτές οι ευκαιρίες απαιτούν κάποια φαντασία, πράγμα που σημαίνει ότι η μηχανική όραση δεν αφορά μόνο την αντικατάσταση των ματιών ενός τεχνικού, αλλά για την αξιοποίηση των ρομπότ για την επίτευξη εργασιών που δεν μπορούν οι τεχνικοί. Το Machine Vision δίνει στα ρομπότ τη δυνατότητα να "βλέπουν" σε πραγματικό χρόνο και με υψηλές λεπτομέρειες, επιτρέποντάς τους να λαμβάνουν αποφάσεις με βάση μια ολοκληρωμένη άποψη ενός αντικειμένου ή ενός περιβάλλοντος. Σήμερα, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στον κόσμο. Όταν τα ρομπότ είναι εξοπλισμένα με μηχανική όραση, τους δίνει μεγαλύτερη ακρίβεια, προσανατολισμό και κατανόηση, την ικανότητα να κατανοούν τα αντικείμενα με μεγαλύτερη ακρίβεια, να τοποθετούν αντικείμενα με μεγαλύτερη ακρίβεια και να εκτελούν πιο σύνθετα καθήκοντα ταχύτερα.
Το Machine Vision γίνεται όλο και πιο σημαντικό στις εφαρμογές ρομποτικής και σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση της ένωσης για την πρόοδο της αυτοματοποίησης (A3), η αγορά ρομποτικής και μηχανικής όρασης έχει επιτύχει σημαντική ανάπτυξη το δεύτερο τρίμηνο του 2021 σε σύγκριση με το 2020. Τα ρομπότ χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως και με την έλευση των συνεργατικών ρομπότ και την ταχεία ανάπτυξη της όρασης 3D μηχανών, θα χρησιμοποιούνται συχνότερα σε συνδυασμό.
Η μηχανική όραση ενσωματώνει μια τεχνολογική ικανότητα, όπως και άλλες δυνατότητες όπως η αυτοματοποίηση, η μηχανική μάθηση, η βαθιά μάθηση και τα νευρωνικά δίκτυα. Είναι μια δυνατότητα που μπορεί να ενσωματωθεί σε άλλες τεχνολογίες και διαδικασίες για να ωφελήσει τη βιομηχανία και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα των επιχειρήσεων. Τα ρομπότ σήμερα έχουν όλο και πιο ενσωματωμένη όραση μηχανής, η οποία τους επιτρέπει να εκτελούν πιο πολύπλοκα καθήκοντα. Αυτά τα καθήκοντα δεν θα ήταν δυνατά χωρίς μηχανική όραση που λέει στο ρομπότ ακριβώς πού βρίσκεται ένα στοιχείο. Το Machine Vision είναι το κλειδί για να ξεκλειδώσετε το πλήρες δυναμικό της αυτοματοποίησης, προσθέτοντας περισσότερη νοημοσύνη στην έξυπνη αυτοματοποίηση.