ארבע אמיתות על ראיית מכונה

בין סוגי המידע השונים שאנשים רוכשים מהטבע, רכישה חזותית היא הגבוהה ביותר, המהווה כ 80% מכלל המידע. עם פיתוח טכנולוגיית מידע, תפקוד חזותי אנושי ניתן בהדרגה למחשבים, לרובוטים או למכונות חכמות אחרות. Machine Vision, שנמצא כיום במפל הרוח של הענף, הוא טכנולוגיה כזו, שמבין יישומי גילוי וניתוח אוטומטיים באמצעות עיבוד תמונה, כולל גילוי אוטומטי, בקרת תהליכים וניווט רובוט. נכון לעכשיו, טכנולוגיית Machine Vision (MV) תוצרת. חיישני ראייה, עדשות, מצלמות במהירות גבוהה, מקורות אור, תוכנת ראייה, כרטיסי רכישת תמונות, מעבדי ראייה וכו 'הופכים להיות מתוחכמים יותר ויותר. בסביבות אוטומציה תעשייתית, ראיית המכונה מקבלת יותר ויותר תשומת לב מהתעשייה ומשמשת במספר גדול של יישומים כמו מכוניות לנהיגה עצמית, ייצור מזון, אריזה ולוגיסטיקה, רובוטיקה ומל"טים.

כשמדובר בחזון מכונה, טכנאים עשויים להבין הרבה, מאמר זה מנסה להסביר את האמת שצריך לדעת על ראיית מכונה מארבעה היבטים אחד אחד.

האמת 1: ראיית מכונה ≠ ראיית מחשב

ראיית מכונה היא מכשיר שמקבל ומעבד באופן אוטומטי תמונות של אובייקטים אמיתיים באמצעות מכשירים אופטיים וחיישנים שאינם מגעים על מנת להשיג מידע נדרש או לשלוט בתנועה של רובוט. בפעולה מאז שנות החמישים, הטכנולוגיה באמת המריאה וגדלה בפופולריות משנת 1980 עד 1990. במהלך העשורים צברה Machine Vision הגדרות שונות למה שהיא ואיך היא עובדת.

איגוד ההדמיה האוטומטי (AIA) מציע הגדרה רחבה יותר, שהיא כי ראיית המכונה מקיפה את כל היישומים התעשייתיים והלא-תעשייתיים שבהם שילוב של חומרה ותוכנה מספק הנחיות תפעוליות למכשיר לביצוע פונקציות המבוססות על לכידת תמונות ועיבוד. לעומת זאת, SearchenterPriseai מציע הגדרה צרה יותר של ראיית מכונה, מכנה אותה "יכולת הראייה של מחשב" המשתמשת במצלמה אחת או יותר, ממירים אנלוגיים לדיגיטל (ADC) ועיבוד אות דיגיטלי (DSPs) כדי העבירו את הנתונים שהתקבלו לבקר מחשב או רובוט.

בפועל, ראיית מכונה צריכה לעיתים קרובות לעבוד בשילוב עם טכנולוגיות מתקדמות אחרות, כולל עיבוד שפה טבעית, אוטומציה של תהליכים רובוטיים (RPA), בינה מלאכותית (AI) ולמידה מכונה (ML), כדי לממש את יכולות ה"חזון "הנדרש עבור אוטומציה. אתה יכול לחשוב על ראיית המכונה כעיני האוטומציה, AI ו- ML כמוח, ו- RPA כמספקת "נגן המקלדת" הדרוש כדי לבצע את העבודה. אימוץ האוטומציה האיצה בשנים האחרונות, וחשוב שארגונים יישארו תחרותיים בענפים שלהם. אם אתה חושב על אוטומציה כ"כוח עבודה דיגיטלי "בעבודה, כל" העובדים הדיגיטליים "הללו היו עיוורים ללא תוספת של ראיית מכונה.

ראיית מחשב הייתה גם להיט גדול בענף בשנים האחרונות, אז איך זה קשור לחזון המכונה? ברמת מאקרו, Machine Vision הוא תחום הנדסי מערכות המשלב ומיישם טכנולוגיות קיימות בדרכים חדשות לפתור בעיות בעולם האמיתי. ראיית מחשב, לעומת זאת, היא סוג של מדעי המחשב שאינם ממומשים באמצעות חומרה מוחשית כמו התקני ראייה כמו מצלמות קבועות לרובוטים.

ליתר דיוק, ראיית מכונה היא גוף מערכת, ואילו ראיית מחשב היא האינטליגנציה של המערכת, המוח המעבד את המידע. ללא ראיית מחשב, ראיית המכונה לא תעבוד. למידת מכונות, למידה עמוקה ורשתות עצביות הן שלוש טכניקות המשמשות לעיבוד פריטים בקצב מהיר יותר באמצעות מערכת ראיית מכונה. ניתן להשתמש בשלוש הטכניקות הללו כדי להרחיב את ההבנה של ראיית המכונה מה צריך להיות מקומי, מה שהופך אותו לנכס חשוב לראיית המכונה. ככל שטכנולוגיית ראיית המחשבים מתקדמת, האפשרויות ליישומי ראיית מכונה פוטנציאליים גדלות בהתאם.

ראוי לציין כי ראיית מכונה ועיבוד תמונות הם גם שני מושגים שונים; עיבוד תמונות הוא תהליך שמוצא תמונה, ואילו מערכות ראיית מכונות יכולות לאתר ולסווג מגוון רחב של חפצים ופריטים במגוון רחב של תעשיות, כולל רכב, אלקטרוניקה ומוליכים למחצה, מזון ומשקאות, תנועה בדרכים ורכב או תחבורה חכמה מערכות (ITS), הדמיה רפואית, אריזה, תיוג והדפסה, תרופות ושידור טלוויזיה. טכנולוגיות מבוססות ראייה של מכונה הופכות למרכזיות ביצירת אוטומציה.

האמת 2: פיתוחי חומרה ותוכנה הובילו להתקדמות בחזון המכונה

ראיית מכונה היא עין האוטומציה התעשייתית. זרימת העבודה העיקרית שלה היא: המערכת ממירה את היעדים שנלכדו לאותות תמונה על ידי מוצרי Vision Machine (למשל מצלמה, CMOS או CCD), ואז מעבירה את אותות התמונה למערכת עיבוד תמונה ייעודית. בהתבסס על מידע כמו חלוקת פיקסל, בהירות וצבע, אותות התמונה מומרים לאחר מכן לאותות דיגיטליים המאפשרים בסופו של דבר למכונות (רובוטים או כלים תעשייתיים אחרים) לבצע משימות תעשייתיות כמו ייצור ואימות איכות.

ראיית מכונה היא מרכיב מרכזי בתעשייה 4. 0 ומסייע למערכות אוטומציה תעשייתיות במגוון דרכים, כמו הגדלת היעילות על ידי שיפור המלאי, איתור מוצרים פגומים ושיפור איכות הייצור. כדי לחקות במדויק את התפיסה האנושית, ראיית המכונה דורשת עזרה של מגוון מכשירים ותוכנה. הפיתוח הרציף של טכנולוגיות חומרה ותוכנה אלה מניע עוד יותר את ההתפתחות של טכנולוגיית ראיית המכונה.

01 מצלמה חכמה

מצלמה היא המכשיר העיקרי המשמש לבדיקת אובייקט או פריט במערכת ראיית מכונה. לפעמים, יתכן שיהיה צורך להתקין מצלמות מרובות בנקודת בדיקה מסוימת כדי להבטיח שניתן יהיה לבדוק כל פרט. כאשר מערכת ראיית מכונה צריכה ללכוד ולחלץ מידע ספציפי ליישום מתמונה, זה המקום בו נדרשת תמיכה במצלמה חכמה. מצלמות חכמות בדרך כלל מכילות את כל ממשקי התקשורת הדרושים ויכולות להיות מחוברות ל- Wi-Fi או לשרת על מנת להעביר את נתוני התמונה שנלכדו. ככלי רב עוצמה, למידה עמוקה מאפשרת למעצבי מערכות לבצע אוטומציה במהירות של החלטות מורכבות וסובייקטיביות תוך שיפור יעיל של איכות המוצר ויכולת.

02 3 D מצלמה

מצלמת תלת מימד יכולה להציג את עומק האובייקט שהתגלה בתמונה כדי להציג זוויות שונות של התמונה. על ידי שימוש במצלמת תלת מימד במערכת ראיית מכונה, תביא פרספקטיבה שונה ותפיסת עומק. מצלמות זמן טיסה (TOF) הן מצלמות תלת מימד המשתמשות בעקרון זמן הטיסה כדי למדוד את המרחק 40 מטר במרחק של 100 תמונות בשנייה, עם רזולוציית מרחק של כ -5 עד 10 מילימטרים, ורזולוציה לרוחב של כ -200 x 200.

מבחינה היסטורית, TOF נתפסה לעתים קרובות כטכנולוגיית חישה תלת -ממדית פחות מדויקת בגלל כמה שאלות לגבי דיוקו. כמובן שבשנים האחרונות חברות כותרות רבות פיתחו מוצרים ברזולוציה גבוהה של עד 1.3 מגה-פיקסל, ומצלמות TOF בעלות דיוק גבוה למערכות ראיית מכונות יכולות לשפר משמעותית את גמישות הייצור ואת האוטומציה.

חיישן Tex-Of-of-of-of-of-to-tof (Tof) של Texas Instruments משלב חישה TOF עם ממיר אנלוגי לדיגיטלי ומחולל תזמון לתכנות (TG), המספק 320 x 240 תמונות רזולוציה בקצב מסגרת עד 150 fps. בקרות ה- TG המובנות מאפסות, אפנון וקריאה של הרצף הדיגיטלי. יחד עם זאת, ה- TG ניתן לתכנות, ומספק את הגמישות לייעל את מדדי ביצועי התפיסה העומקים השונים כמו כוח, איתנות תנועה, יחס אות לרעש וביטול סביבתי.

03 חיישני ראייה

חיישני ראייה נמצאים בלב מערכת ראיית מכונה והם מקור למקסום מאפייני הסביבה, כאשר מכשירי הליבה הם חיישני תמונה כמו CCDs ו- CMOs. חיישני ראייה ברזולוציה גבוהה יותר מסוגלים בדרך כלל לייצר תמונות המכילות יותר פיקסלים, מועילים מאוד בשיפור איכות התמונה ולהקל על זיהוי פרטים חזותיים.

חיישני CCD היו מזמן הטכנולוגיה הדומיננטית לצילום תמונות באיכות גבוהה, רעש נמוך. עם זאת, חיישני CCD יקרים לייצור ולכן בדרך כלל יקרים יותר וצורכים הרבה יותר כוח מחיישני CMOS. כיום, טכנולוגיית חיישני CMOS התקדמה עד כדי כך שהיא יכולה לגשת במהירות לאיכות ופונקציונליות של טכנולוגיית CCD, במחיר נמוך יותר, בגודל קטן יותר, ועם צריכת חשמל נמוכה יותר. מצלמות CMOS בדרך כלל יש קצב מסגרת גבוה יותר מאשר מצלמות CCD , תכונה קריטית למערכות ראיית מכונות המסתמכות על עיבוד תמונות בזמן אמת לצורך ניתוח נתוני אוטומציה או נתונים. בנוסף, חיישני CMOS רגישים יותר לאורכי גל אינפרא אדום מאשר חיישני CCD, ומייצרי CMOS CHIP ומצלמות מנצלים זאת כדי לתפוס אור אינפרא אדום, ומספק יכולת הדמיה נוספת לזיהוי תמונה. באיזון, חיישני CMOS עשויים להתאים יותר ליישומי ראיית מכונה.

04 מקור אור

כמכשיר הדמיה עזר, מקור האור ממלא לעתים קרובות תפקיד מכריע באיכות ההדמיה. מוצרי תאורת LED, למשל, מציעים גמישות רבה יותר עם זוויות מתכווננות ואורכי גל נוספים לתגובה ספקטרלית עקבית יותר. עם מגוון רחב של אורכי גל וצורות של מקורות אור הקיימים בשוק, בחירת המוצרים אינה קשה.

05 כרטיס לכידת תמונה

כרטיס רכישת תמונה מגיע בדרך כלל בצורה של כרטיס תוסף מחשב שתפקידו העיקרי להעביר את פלט התמונה למחשב המארח. כרטיסי רכישת תמונות נדרשים להמרת אותות אנלוגיים או דיגיטליים מהמצלמה לזרם של נתוני תמונה בפורמט ספציפי, ויכולים גם לשלוט על חלק מהפרמטרים של המצלמה, כגון אותות ההדק, זמני חשיפה/שילוב, מהירות תריס וכך עַל. בכרטיסי רכישת תמונות יש בדרך כלל מבני חומרה שונים לסוגים שונים של מצלמות, כמו גם צורות אוטובוס שונות, כמו PCI, PCI64, PCI קומפקטי, PC104, ISA וכן הלאה.

06 תוכנת עיבוד ראייה

תוכנת ראיית מכונה משמשת להשלמת העיבוד של נתוני תמונת הקלט, ואז באמצעות חישובים מסוימים יכולים להשיג את התוצאות הנדרשות. תוכנת ראיית מכונה למטרה כללית מגיעה בצורה של c/c ++ ספריות תמונה, בקרות ActiveX וסביבות תכנות מבוססות גרפיות וכו '. ניתן להתמחה, למשל, רק לבדיקת LCD, בדיקת BGA, תבנית יישור וכו ', או למטרה כללית, כולל לוקליזציה, מדידה, זיהוי ברקוד/תווים, איתור כתמים וכו'.

האמת 3: שוק ראיית המכונות צומח במהירות, כאשר ענף הרכב לוקח קרדיט על כך

הערך של ראיית המכונה באוטומציה טמון ביכולתו ללכוד ולעבד במהירות ובעיבוד מספר גדול של מסמכים, תמונות וסרטונים, בכמויות ובמהירויות העולות בהרבה על יכולות האדם.

סיכויי יישום רחבים ופוטנציאל השוק העצום קובעים כי ראיית המכונה צפויה להיות שוק צומח, נתוני השווקים והשווקים מראים כי גודל השוק של ראיית המכונה צפוי לצמוח מ -10.7 מיליארד דולר בשנת 2020 ל -14.7 מיליארד דולר בשנת 2025, בשנתי מורכב קצב צמיחה של 6.5%.

על פי נתוני Grand View Research, גודל השוק הגלובלי של ראיית המכונה היה 13.23 מיליארד ב 2 0 21 וצפוי לצמוח בקצב צמיחה שנתי מורכב (CAGR) של 7.7% משנת 2022 עד 2030. הביקוש לחזון- מערכות רובוטיות מודרכות בתחומי הרכב, המזון והמשקאות, התרופות והכימיקלים ואריזה היא המניע העיקרי לצמיחת השוק. בין אלה, תעשיית הרכב נותרה המאמצת הגדולה ביותר של מערכות ראיית מכונות ברחבי העולם, עם נתח הכנסות של מעל 15.0% מתעשיית הרכב בשנת 2021, וצפוי להמשיך לצמוח בהתמדה בשנים הקרובות.
 

מגמות שוק ראיית מכונה בארה"ב לפי התעשייה, 2020 - 2030

האמת 4: ראיית המכונה תעשה את ההבדל הגדול ביישומי רובוטיקה

ישנן הזדמנויות רבות לחזון המכונה להתרחב מבחינת היקף השוק ויישומים. הזדמנויות אלה דורשות דמיון מסוים, מה שאומר שראיית המכונה לא נוגעת רק להחלפת עיניו של טכנאי, אלא על מינוף רובוטים כדי לבצע משימות שטכנאים לא יכולים. ראיית המכונה מעניקה לרובוטים את היכולת "לראות" בזמן אמת ובפרטי פרטים, ומאפשרת להם לקבל החלטות המבוססות על מבט מקיף של אובייקט או סביבה. כיום משתמשים ברובוטים יותר ויותר בעולם. כאשר הרובוטים מצוידים בראיית מכונה, זה נותן להם דיוק, אוריינטציה והבנה גדולים יותר, את היכולת לתפוס אובייקטים בצורה מדויקת יותר, למקם חפצים בדיוק רב יותר ולבצע משימות מורכבות יותר מהר.

ראיית המכונה הופכת חשובה יותר ויותר ביישומי רובוטיקה, ועל פי הדיווח שנערך לאחרונה על ידי האגודה לקידום האוטומציה (A3), שוק הרובוטיקה וחזון המכונות השיג צמיחה משמעותית ברבעון השני של 2021 לעומת 2020. תעשייתי רובוטים כבר נמצאים בשימוש נרחב, ועם הופעתם של רובוטים שיתופיים והתפתחות מהירה של ראיית מכונות תלת מימד, הם ישמשו לעתים קרובות יותר בשילוב.

ראיית מכונה מגלמת יכולת טכנולוגית, כמו גם יכולות אחרות כמו אוטומציה, למידת מכונות, למידה עמוקה ורשתות עצביות. זוהי יכולת שניתן לשלב בטכנולוגיות ותהליכים אחרים לטובת הענף ולשפר את היעילות העסקית. לרובוטים כיום יש חזון מכונה מובנה יותר ויותר, המאפשר להם לבצע משימות מורכבות יותר. משימות אלה לא היו אפשריות מבלי שראיית מכונה יגירה לרובוט בדיוק היכן נמצא פריט. Vision Machine הוא המפתח לפתיחת המלא של הפוטנציאל האוטומטי, הוספת אינטליגנציה רבה יותר לאוטומציה חכמה.