Kas yra mašininis matymas ir kaip jis gali padėti?

Supratimas, kaip veikia mašininis matymas, gali padėti nustatyti, ar mašininis matymas išsprendžia konkrečias gamybos ar perdirbimo taikymo problemas.

Žmonės dažnai nesupranta, ką mašininis (kompiuterinis, dirbtinis) matymas gali ir ko negali padaryti gamybos linijai ar procesui. Supratimas, kaip tai veikia, gali padėti žmonėms nuspręsti, ar jis išspręs programos problemas. Taigi, kas tiksliai yra kompiuterinis matymas ir kaip jis iš tikrųjų veikia?

Dirbtinis matymas – tai moderni technologija, apimanti fizinio pasaulio vaizdų gavimo, apdorojimo ir analizės įrankius, siekiant sukurti informaciją, kurią mašina galėtų interpretuoti ir panaudoti naudojant skaitmeninius procesus.

Dirbtinio matymo naudojimas pramonėje

Kompiuterinis matymas reiškia vienos ar kelių kamerų naudojimą automatiškai tikrinti ir analizuoti objektus, dažniausiai pramoninėje ar gamybinėje aplinkoje. Gauti duomenys gali būti naudojami procesams arba gamybos veiklai kontroliuoti.

Ši technologija automatizuoja daugybę užduočių, suteikdama mašinoms informaciją, kurios reikia norint priimti teisingus kiekvienos užduoties sprendimus.

Dirbtinio matymo naudojimas pramonėje leidžia automatizuoti gamybos procesus, o tai leidžia pasiekti geresnių gamybos rezultatų, naudojant kokybės kontrolę ir didesnį lankstumą kiekviename etape.

Šiuo metu pramoninio dirbtinio matymo naudojimas žymiai pagerino gamybos procesus. Tai leido gauti aukštesnės kokybės gaminius mažesnėmis sąnaudomis ir beveik visose pramonės srityse – nuo ​​automobilių ir maisto iki elektronikos ir logistikos.

Įprastas naudojimas būtų surinkimo linija, kurioje fotoaparatas įjungiamas po to, kai atliekama operacija su dalimi, kuri fotografuoja ir apdoroja vaizdą. Kamerą galima užprogramuoti patikrinti konkretaus objekto padėtį, jo spalvą, dydį ar formą ir objekto buvimą.

Mašininis matymas taip pat gali ieškoti ir iššifruoti standartinius 2D matricos brūkšninius kodus arba net skaityti spausdintus simbolius. Patikrinus prekę dažniausiai sugeneruojamas signalas, nurodantis, ką su preke daryti toliau. Detalę galima numesti į konteinerį, nukreipti į atšaką arba perduoti kitoms surinkimo operacijoms, o apžiūros rezultatai sekami sistemoje.

Bet kuriuo atveju kompiuterinės regos sistemos gali suteikti daug daugiau informacijos apie objektą nei paprasti padėties jutikliai.

Kompiuterinė vizija dažniausiai naudojama, pavyzdžiui:

• QA,
• roboto (mašinos) valdymas,
• bandymai ir kalibravimas,
• procesų valdymas realiu laiku,
• duomenų rinkimas,
• mašinos stebėjimas,
• rūšiavimas ir skaičiavimas.

Daugelis gamintojų naudoja automatinį kompiuterinį matymą, o ne tikrinantį personalą, nes jis geriau tinka pakartotiniams patikrinimams. Tai greitesnė, objektyvesnė ir veikia visą parą.

Kompiuterinio matymo sistemos gali patikrinti šimtus ar tūkstančius dalių per minutę ir pateikti nuoseklesnius bei patikimesnius patikrinimo rezultatus nei žmonės.Mažindami defektus, didindami pajamas, palengvindami atitiktį ir sekdami dalis pagal kompiuterinį matymą, gamintojai gali sutaupyti pinigų ir padidinti savo pelningumą.

Kaip veikia mašininis matymas

Atskiras fotoelementas yra vienas iš paprasčiausių jutiklių pramoninės automatikos srityje. Priežastis, kodėl ją vadiname „diskrečiuoju“ arba skaitmeniniu, yra ta, kad ji turi tik dvi būsenas: įjungtą arba išjungtą.

Diskretinio fotoelemento (optinio jutiklio) veikimo principas – perduoti šviesos spindulį ir nustatyti, ar šviesa atsispindi nuo objekto. Jei objekto nėra, šviesa neatsispindi fotoelemento imtuve. Prie imtuvo prijungiamas elektrinis signalas, dažniausiai 24 V.

Jei objektas yra, signalas įjungiamas ir gali būti naudojamas valdymo sistemoje veiksmui atlikti. Ištrynus objektą, signalas vėl išjungiamas.

Toks jutiklis gali būti ir analoginis. Vietoje dviejų būsenų, t.y. išjungtas ir įjungtas, jis gali grąžinti reikšmę, rodančią, kiek šviesos grįžta į imtuvą. Jis gali grąžinti 256 reikšmes, nuo 0 (reiškia, kad nėra šviesos) iki 255 (reiškia, kad yra daug šviesos).

Įsivaizduokite tūkstančius mažų analoginių fotoelementų, išdėstytų kvadratinėje arba stačiakampėje masyvoje, nukreiptoje į objektą.Tai sukurs nespalvotą objekto vaizdą pagal vietos, į kurią nukreipia jutiklis, atspindį. Atskiri nuskaitymo taškai šiuose vaizduose vadinami „pikseliais“.

Žinoma, tūkstančiai mažyčių fotoelektrinių jutiklių nenaudojami kuriant vaizdą. Vietoj to, objektyvas fokusuoja vaizdą į puslaidininkinį šviesos detektorių masyvą.

Ši matrica naudoja šviesai jautrių puslaidininkinių įtaisų, tokių kaip CCD (Charge Coupled Device) arba CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), matricas. Atskiri jutikliai šioje matricoje yra pikseliai.

Keturi pagrindiniai kompiuterinio matymo sistemos komponentai

Keturi pagrindiniai kompiuterinės regos sistemos komponentai yra šie:

• lęšiai ir apšvietimas;
• vaizdo jutiklis arba fotoaparatas;
• procesorius;
• būdas perduoti rezultatus per fizinį įvesties/išvesties (I/O) ryšį ar kitą ryšio metodą.

Kompiuterinis matymas gali naudoti spalvotų pikselių nuskaitymą ir dažnai naudoja daug didesnį pikselių masyvą. Programinės įrangos įrankiai taikomi užfiksuotiems vaizdams, siekiant nustatyti elementų dydį, kraštų padėtį, judėjimą ir santykinę elementų padėtį.

Lęšiai fiksuoja vaizdą ir perduoda jį jutikliui šviesos pavidalu. Norint optimizuoti kompiuterinio matymo sistemą, fotoaparatas turi būti suporuotas su atitinkamais objektyvais.

Nors yra daug lęšių tipų, fiksuoto židinio nuotolio lęšiai dažniausiai naudojami kompiuterinio regėjimo programose. Renkantis svarbūs trys veiksniai: matymo laukas, darbinis atstumas, kameros jutiklio dydis.

Apšvietimas vaizdui gali būti pritaikytas įvairiais būdais. Šviesos kryptis, jos ryškumas ir spalva arba bangos ilgis, palyginti su taikinio spalva, yra labai svarbūs veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti kuriant kompiuterinio matymo aplinką.

Nors apšvietimas yra svarbi gero vaizdo dalis, yra dar du veiksniai, kurie turi įtakos tam, kiek šviesos gauna vaizdas. Objektyve yra nustatymas, vadinamas diafragma, kuri atsidaro arba užsidaro, kad į objektyvą patektų daugiau ar mažiau šviesos.

Kartu su ekspozicijos laiku tai nustato šviesos kiekį, patenkantį į pikselių masyvą, prieš pradedant bet kokį apšvietimą. Užrakto greitis arba ekspozicijos laikas nustato, kiek laiko vaizdas projektuojamas į pikselių matricą.

Kompiuterinio matymo atveju užraktas valdomas elektroniniu būdu, dažniausiai milisekundės tikslumu. Užfiksavus vaizdą, taikomi programinės įrangos įrankiai. Vieni naudojami prieš analizę (išankstinį apdorojimą), kiti – tiriamo objekto savybėms nustatyti.

Išankstinio apdorojimo metu galite pritaikyti vaizdui efektus, kad paryškintumėte kraštus, padidintumėte kontrastą arba užpildytumėte tarpus. Šių užduočių tikslas – pagerinti kitų programinės įrangos įrankių galimybes.

Dirbtinis matymas – žmogaus regėjimą imituojanti technologija, leidžianti gauti, apdoroti ir interpretuoti gamybos procesų metu gautus vaizdus.Dirbtinio matymo mašinos analizuoja ir dekoduoja informaciją, gautą gamybos procesų metu, kad priimtų sprendimus ir veiktų patogiausiu būdu per automatizuotą procesą. Šių vaizdų apdorojimas atliekamas naudojant su mašina susijusią programinę įrangą, o pagal gautus duomenis galima tęsti procesus ir nustatyti galimas klaidas surinkimo linijose.

Kompiuterinio matymo tikslas

Štai keletas įprastų įrankių, kuriuos galite naudoti norėdami gauti informacijos apie savo tikslą:

• Pikselių skaičius: rodo šviesių arba tamsių objekto pikselių skaičių.
• Krašto aptikimas: suraskite objekto kraštą.
• Matavimas (metrologija): objekto matmenų (pvz., milimetrais) matavimas.
• Šablonų atpažinimas arba modelių atitikimas: ieškokite, suderinkite arba skaičiuokite konkrečius šablonus. Tai gali apimti objekto aptikimą, kurį galima pasukti, iš dalies paslėpti kitu objektu arba turėti kitų objektų.
• Optinis simbolių atpažinimas (OCR): automatinis tekstų, pvz., serijos numerių, skaitymas.
• Brūkšninio kodo, duomenų matricos ir 2D brūkšninio kodo skaitymas: surinkite duomenis, esančius įvairiuose brūkšninio kodo standartuose.
• Taško aptikimas: patikrina, ar vaizde nėra tarpusavyje sujungtų pikselių dėmių (pvz., juodos skylės pilkame objekte), kaip vaizdo atskaitos tašką.
• Spalvų analizė: pagal spalvą identifikuokite dalis, gaminius ir objektus, įvertinkite kokybę ir paryškinkite elementus pagal spalvą.

Patikrinimo duomenų gavimo tikslas dažnai yra juos naudoti norint palyginti su tikslinėmis vertėmis, kad būtų galima nustatyti, ar buvo atliktas/neįvykdytas arba tęsti/nevykti.

Pavyzdžiui, nuskaitant kodą arba brūkšninį kodą, gauta reikšmė palyginama su išsaugota tiksline reikšme. Matavimo atveju išmatuota vertė lyginama su teisingomis vertėmis ir leistinomis nuokrypomis.

Tikrinant raidinį ir skaitmeninį kodą, OCR teksto reikšmė lyginama su teisinga arba tiksline reikšme. Norint patikrinti, ar nėra paviršiaus defektų, defekto dydį galima palyginti su maksimaliu dydžiu, kurį leidžia kokybės standartai.

Kokybės kontrolė

Mašininis matymas pramonėje turi didžiulį potencialą. Šios dirbtinės regėjimo sistemos buvo naudojamos robotikoje, leidžia pasiūlyti automatinį sprendimą įvairiems gamybos etapams, pavyzdžiui, kokybės kontrolei ar brokuotų gaminių aptikimui.

Kokybės kontrolė – tai metodų ir priemonių visuma, kuri leis mums nustatyti gamybos proceso klaidas, taip pat imtis atitinkamų priemonių joms pašalinti. Tai suteikia daug pilnesnę galutinio produkto kontrolę ir užtikrina, kad pasiekęs vartotoją jis atitiks konkrečius ir nustatytus kokybės standartus.

Tokiu būdu gaminiai, neatitinkantys minimalių kokybės reikalavimų, pašalinami iš proceso ir taip pašalinami galimi gamybos proceso sutrikimai – tai pasiekiama nuolat vykdant patikrinimus ir atsitiktinius testus.

Kokybės kontrolės naudojimas gamyboje turi keletą privalumų:

• Padidinti produktyvumą;
• Sumažinti materialiniai nuostoliai;
• Kainos kritimas;
• Geriausia galutinio produkto kokybė.

Komunikacija kompiuteriniame regėjime

Kai procesorius ir programinė įranga gauna šią informaciją, ji gali būti perduodama valdymo sistemai įvairiais pramonės standartiniais ryšio protokolais.

Pagrindinės kompiuterinės vizijos sistemos dažnai palaiko EtherNet/IP, Profinet ir Modbus TCP. RS232 ir RS485 nuoseklieji protokolai taip pat yra įprasti.

Skaitmeninis įvestis / išvestis dažnai įmontuojama į paleidimo sistemas ir supaprastina rezultatų pateikimą. Taip pat yra kompiuterinio matymo komunikacijos standartai.

Išvada

Dirbtinio matymo sistemos turi platų pritaikymo spektrą ir gali būti pritaikytos skirtingoms pramonės šakoms bei skirtingiems kiekvienos gamybos linijos poreikiams. Šiandien bet kuri įmonė, gaminanti produktus pagal tam tikrą standartą, gali pasinaudoti kompiuterine vizija kaip savo gamybos proceso dalimi.

Suprasti dirbtinio matymo sistemų fizinius principus ir galimybes gali būti naudinga nustatant, ar tokia technologija konkrečiu atveju tinka gamybos procesui. Apskritai, ką mato žmogaus akis, fotoaparatas gali matyti (kartais daugiau, kartais mažiau), tačiau šios informacijos iššifravimas ir perdavimas gali būti gana sudėtingas.