بینایی ماشین یا Machine vision یعنی استفاده از ماشین برای انجام خودکار وظایفی که سیستم بینایی انسان می‌تواند انجام دهد. یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای درک سیستم این بینایی این است که آن را مانند یک “چشم” در نظر بگیرید. این سیستم از یک ورودی دیجیتال برای تعیین عملکرد استفاده میکند. کسب‌وکارها از سیستم این نوع بینایی به روش‌های مختلفی برای بهبود کیفیت، کارایی و عملیات استفاده می‌کنند. یکی از عوامل محرک توسعه بینایی ماشین حجم داده‌ای است که برای آموزش و بهبود این فناوری استفاده می‌شود. این داده‌ها قدرت محاسباتی مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل را تامین می‌کنند. درنتیجه بینایی ماشین حوزه‌ای از هوش مصنوعی است که کامپیوترها و سیستم‌ها را قادر می‌سازد تا اطلاعات را از تصاویر و فیلم‌ها و دیگر ورودی‌های بصری استخراج کنند و بر اساس آن اقداماتی را انجام دهند.
بینایی ماشین چیست؟
Machine vision یکی از زیر شاخه‌های هوش مصنوعی است که از مبانی علوم رایانه، تکنیک‌های پردازش تصویر، مهندسی اپتیک و مهندسی مکانیک استفاده میکند و با اتوماسیون صنعتی ارتباط تنگاتنگی دارد. این تکنولوژی مبتنی بر پردازش دو بعدی می‌باشد و به کامپیوتر قابلیت مشاهده و تجزیه و تحلیل محیط را می‌دهد. بینایی ماشین یکی از مباحث میان رشته‌ای است که با علوم مختلفی مانند: صنایع، مکانیک، برق و الکترونیک و علوم رایانه همپوشانی دارد. ماشین ویژن از اطلاعات استخراج شده از تصاویر استفاده کرده و از آن برای هدایت خودکار عملیات ساخت و تولید استفاده میکند. سیستم‌ها و اجزای بینایی ماشین کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند که می‌توانند برای اتوماتیک سازی کارهای تکراری و پیش پا افتاده‌ای که برای انسان خسته کننده است، استفاده می‌شود.
Machine vision اطلاعات بصری از محیط اطراف را از دوربین‌ها دریافت میکند. سپس با استفاده از ترکیب سخت افزار و نرم افزار تصاویر را پردازش کرده و اطلاعات را برای استفاده در برنامه‌های مختلف آماده می کند. فناوری بینایی ماشین اغلب از اپتیک‌های تخصصی برای بدست آوردن تصاویر استفاده میکند. این رویکرد اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های خاصی از تصویر پردازش و اندازه گیری شود. به عنوان مثال، برنامه بینایی ماشین به عنوان بخشی از یک سیستم تولید می‌تواند برای تجزیه و تحلیل مشخصه خاصی استفاده شود. این پردازش تعیین میکند که آیا قطعه با معیارهای کیفی مطابقت دارد یا خیر.
کاربردهای بی شمار بینایی ماشین
یکی از مهم‌ترین و پر استفاده‌ترین کاربردهای Machine vision در بازبینی و بررسی کالاهای صنعتی از جمله اتومبیل‌ها، موارد خوراکی و دارویی می‌باشد. این فناوری برای انجام وظایفی خاص از جمله تشخیص چهره، بازسازی اشیا سه بعدی، نقشه برداری و مدل سازی، وسایل نقلیه خودران، کشاورزی، تولید، بیمه، سیستم‌های امنیتی، واقعیت افزوده و تشخیص پزشکی استفاده می‌شوند. صنایع مختلف از این سیستم برای بازبینی تصاویری که به سرعت و دقت بالا و نظارت 24 ساعته نیاز دارند، استفاده می‌شود.
یکی از موارد مهم کاربرد بینایی ماشین در رباتیک این است که ربات‌های مجهز به این تکنولوژی قدرت و دقت لازم برای کنترل کیفی را در خطوط تولید دارند. امروزه کنترل کیفی در مدیریت فرایندهای صنعتی کارخانه‌ها، امری بسیار حساس محسوب می‌شود. منظور از کنترل کیفی، نظارت و ارزیابی هوشمند عملکرد سیستم‌ها و ماشین آلات است که به پیاده سازی تکنولوژی بینایی در علم رباتیک منجر می‌شود. کاربرد اولیه این فناوری در رباتیک، بازرسی و مرتب سازی مبتنی بر تصویر است. به کمک بینایی ماشین خطوط هوشمند ربات‌های کنترل کیفی برای بررسی و آنالیز خودکار قطعات ایجاد شده‌اند. بدین ترتیب بر اساس کنترل کیفی قطعات در خطوط تولید، ربات‌های مجهز به این فناوری در نهایت قادر به هدایت و کنترل کیفی کل خطوط تولید محصولات در کارخانه‌ها خواهند بود.
بینایی ماشین چگونه کار میکند؟
بینایی در ماشین برای دریافت سیگنال‌هایی است که تشکیل دهنده تصویر شی هستند از حسگرها استفاده می‌کنند. این سیگنال‌ها توسط کامپیوتر یا سایر وسایل پردازش سیگنال تجزیه و تحلیل می‌شوند. بینایی ماشین به عنوان یک ابزار مهندسی در شبکه‌های کامپیوتری برای کنترل بازوهای روبات یا خارج کردن تجهیزات معیوب به کار می‌رود. به بیان ساده‌تر، برای پردازش یک تصویر کامپیوتر باید کارهای متفاوت و زیادی را انجام دهد.
آینده Machine vision
با انجام تحقیقات بیشتر جهت بهبود این فناوری می‌توان ادعا کرد که به زودی Machine vision طیف وسیعی از زمینه‌های زندگی بشر را پوشش خواهد داد. در همین راستا، آموزش مدل‌های بینایی ماشین گسترش یافته است و محتویات بیشتری از تصاویر قابل استخراج می‌باشد. این حوزه در صورت ادغام با سایر فناوری‌های هوش مصنوعی می‌تواند توسعه و تدوین برنامه‌های قوی‌تری را به همراه داشته باشد. به عنوان مثال، ترکیب این سیستم با فناوری پردازش گفتار به یاری افراد نابینا یا کم‌بینا آمده و با توصیف آنچه در محیط پیرامون اتفاق می‌افتد، به آن‌ها کمک میکند تا محیط اطراف خود را درک کنند.
با توجه به قابلیت‌های سیستم‌های بینایی کامپیوتری امروزی، بسیاری از مزایا و کاربردهای این فناوری همچنان ناشناخته باقی مانده است. اما چیزی که مسلم است که آینده بینایی کامپیوتر در کنار فناوری‌های دیگر راه را برای سیستم‌های ابری هموار میکند. با این حال، چالش‌های بسباری جهت دستیابی به این امر وجود دارد که بزرگ‌ترین آن‌ها ابهام در مورد اتفاقات جعبه سیاه هوش مصنوعی است. با وجود اینکه بینایی کامپیوتر مانند سایر برنامه‌ها مانند یادگیری عمیق عملکرد قابل قبولی را ارائه می‌دهد، اما همچنان طرز کار آن غیر قابل شناسایی است که امیدواریم در آینده نزدیک این مورد نیز حل گردد.
هدف استفاده از بینایی ماشین در رباتیک چیست؟
هدف سیستم بینایی در ماشین به عنوان شاخه‌ای از فناوری نوین این است که امکان تماشای محیط اطراف را برای رایانه‌ها و ربات‌ها فراهم کند. این تکنولوژی جهان سه بعدی را از طریق پردازش تصاویر دو بعدی تفسیر میکند. ربات‌ها برای شناخت بصری از محیط و جهت یابی به این فناوری نیاز دارند.
مجهز شدن ربات‌ها به بینایی ماشین دقت بالاتر و جهت یابی بهتری را برای آن‌ها به ارمغان می‌آورد و هرچه دقت و جهت یابی ربات‌ها دقیق‌تر و بهتر باشد، درک آن‌ها از محیط پیرامون آسان‌تر خواهد بود. در نتیجه ربات‌ها با ارتقای سطح دقت و جهت یابی خود در اجرای ماموریت‌ها و بررسی قطعات مورد نظر موفق‌تر عمل می‌کنند. ضمن اینکه جهت‌یابی دقیق باعث می‌شود ربات سریع‌تر در موقعیت مناسب قرار بگیرد و وظایف پیچیده‌تر را در کمترین زمان به انجام برساند. قابلیت جهت‌یابی به کمک سیستم بینایی به اپراتورهای رباتیک کمک میکند تا ربات‌ها را آسان‌تر کنترل کنند.
نتیجه گیری
در نهایت با توسعه روز افزون بینایی ماشین در حوزه‌های صنعتی و علمی مختلف شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در فرایند تولید محصولات و ارائه خدمات برتر خواهیم بود. برخی الگوریتم‌های این فناوری با تقلید از بینایی انسان تا حدودی به نمونه‌های زیستی خود نزدیک شده است. با این حال، الگوریتم‌های کمی در ارتباط با تحلیل و شناسایی ویژگی‌های مرتبط با تصاویر توسعه یافته‌اند.
