Машины харааны систем нь хэмжилт, таних, шүүлтийг дуусгахын тулд хүний нүдийг солих машин ашигладаг техникийн систем юм. Энэ бол компьютерийн шинжлэх ухааны чухал салбаруудын нэг юм. Уг систем нь оптик, механик, электроник, компьютерийн программ хангамж, техник хангамж зэрэг олон салбарыг хамарсан технологиудыг нэгтгэсэн бөгөөд дүрс боловсруулалт, хээ таних, хиймэл оюун ухаан, дохио боловсруулах, оптик-механик интеграци зэрэг олон салбарыг хамардаг.
Дүрс боловсруулах, хэв маягийг таних зэрэг гол технологиуд хурдацтай хөгжихийн хэрээр машины харааны хэрэглээний гүн, өргөн цар хүрээ ч мөн өргөжиж байна.
Сүүлийн жилүүдэд ухаалаг үйлдвэрлэл, үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын ачаар машины харааны технологи нь илүү өндөр нарийвчлал, оюун ухаан руу хөгжиж байна. Уламжлалт хоёр хэмжээст дүрс боловсруулалттай харьцуулахад үйлдвэрлэлийн харааны салбарын судалгаа, хэрэглээ нь аажмаар 3D харааны хяналтын технологид шилжиж, гагнуурын үзлэг, эд анги ангилах, металл хуудас хэмжих зэрэг хувилбаруудад өргөн цар хүрээтэй хэрэглэгдэж байна.
Машины харааны үзлэг нь 'хоёр хэмжээст таних'-аас 'гурван хэмжээст ойлголт' руу шилжиж байна гэж хэлж болно.
Системийн бүтцийн үүднээс авч үзвэл, машины харааны иж бүрэн систем нь ихэвчлэн гэрэлтүүлгийн систем, үйлдвэрлэлийн линз, камерын систем, зураг боловсруулах системийг агуулдаг. Практик хэрэглээний хувьд тогтвортой, үр ашигтай харааны хяналтын шийдлийг бий болгохын тулд системийн ажиллагааны хурд болон дүрс боловсруулах үр ашиг, камерын төрөл (өнгөт эсвэл хар цагаан), хяналтын зорилт нь хэмжээ хэмжих эсвэл согог тодорхойлох эсэх, шаардлагатай харах хүрээ, нарийвчлал, дүрсний тодосгогч зэрэг үндсэн хүчин зүйлсийг цогцоор нь авч үзэх шаардлагатай.
Харааны системийн бүтэц
Техник хангамжийн системийн дизайн
Машины харааны системийн техник хангамжийн хэсэг нь үйлдвэрлэлийн линз, үйлдвэрлэлийн камер, зураг авах карт, оролт/гаралтын нэгж, хяналтын төхөөрөмжөөс бүрддэг.
Харааны системийн ерөнхий гүйцэтгэл нь зөвхөн камерын пикселийн чанар, техник хангамжийн чанараас хамаардаггүй, харин хамгийн чухал нь янз бүрийн техник хангамжийн модулиудын зохистой нийцэл, хамтын ажиллагаа юм. Жишээлбэл, линз ба камерын нягтрал, зураг авах карт болон өгөгдлийн интерфейсийн нийцтэй байдал нь системийн дүрслэлийн чанар, үйл ажиллагааны тогтвортой байдалд шууд нөлөөлнө.
Тиймээс өндөр гүйцэтгэлтэй харааны систем нь техник хангамжийн сонголт, системийн бүтэц, хэрэглээний хувилбаруудыг цогцоор нь авч үзэхээс салшгүй юм.
Програм хангамжийн системийн дизайн
Харааны системийн програм хангамжийн дизайн нь бүхэл бүтэн системийн үндсэн холбоосуудын нэг бөгөөд техникийн өндөр төвөгтэй байдаг. Програм хангамжийг боловсруулах явцад бид зөвхөн програмын бүтэц, үйл ажиллагааны үр ашгийг оновчтой болгоход анхаарлаа хандуулахаас гадна алгоритмын нарийвчлал, бодит байдал, тогтвортой гүйцэтгэлд анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй.
Програм хангамжийн системийг бүтээж дууссаны дараа гэрэлтүүлгийн өөрчлөлт, дэвсгэр хөндлөнгийн оролцоо, зорилтот ялгаа зэрэг гадны нарийн төвөгтэй орчинд тогтвортой, найдвартай илрүүлэх гүйцэтгэлийг хангахын тулд түүний бат бөх чанарыг бүрэн туршиж, тасралтгүй оновчтой болгох шаардлагатай.
Робот харааны хэрэглээний программуудад систем нь ихэвчлэн хоёр хэсгээс бүрддэг: зураг авах модуль ба хараа боловсруулах модуль.
Тэдгээрийн дотроос зураг авах модуль нь гэрэлтүүлгийн систем, харааны мэдрэгч, аналог-тоон хувиргагч (A/D), фрэймийн санах ой гэх мэт зүйлсийг багтаасан бөгөөд хүрээлэн буй орчны хоёр хэмжээст дүрсний мэдээллийг цуглуулахад ашиглагддаг.
Робот харааны систем нь харааны мэдрэгчээр дамжуулан зургийн өгөгдлийг олж авч, дараа нь харааны процессороор дүн шинжилгээ хийж, тодорхойлж, ойлгож, боловсруулалтын үр дүнг гүйцэтгэх удирдлагын заавар болгон хувиргадаг бөгөөд ингэснээр робот зорилтот объектыг үнэн зөв тодорхойлж, орон зайн байрлалыг нь тодорхойлох, ингэснээр байршил тогтоох, шүүрэх, угсрах зэрэг ажлуудыг гүйцэтгэх боломжтой болно.
Өндөр нарийвчлалтай контактгүй хэмжилтийн шийдэл
Спектрийн төвлөрсөн мэдрэгч нь тусгай оптик системээр дамжуулан өөр өөр фокусын байрлалд янз бүрийн долгионы урттай монохромат гэрлийг төвлөрүүлж, цагаан гэрлийн тархалтын зарчим дээр суурилдаг. Систем нь хэмжсэн объектын гадаргуугаас ойсон гэрлийн долгионы уртын мэдээлэлд үндэслэн объект болон мэдрэгчийн хоорондох зайг нарийн тооцоолох боломжтой.
Энэхүү хэмжилтийн арга нь туссан гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй, бараг бүх материалд тохиромжтой бөгөөд өндөр нарийвчлалтай, өндөр тогтвортой контактгүй хэмжилтийг хийж чадна. Нэг удаагийн сканнер нь хэмжсэн объектын гадаргуугийн 3D топографийг бүрэн буюу хэсэгчлэн олж авах боломжтой бөгөөд энэ нь өндөр нарийвчлал, хурдан хурд, хүчтэй тогтвортой байдал зэрэг чухал давуу талтай юм.
Лазер илрүүлэх уламжлалт аргуудтай харьцуулахад спектрийн төвлөрөл технологи нь тунгалаг объект, өндөр тусгалтай толь, хүчтэй гэрэл шингээх материалыг илрүүлэхэд онцгой сайн ажилладаг. Энэ нь 3С электроник, хагас дамжуулагч, литийн батерейны шинэ эрчим хүч, нарийн техник хангамж зэрэг салбаруудад онлайн илрүүлэх хувилбарт өргөн хэрэглэгддэг.
Аж үйлдвэрийн түвшний 3D хэмжилтийн шийдэл
Лазер гурвалжин нь мод, резин, дугуй, автомашины эд анги, металл, ширэм зэрэг үйлдвэрүүдэд өргөн хэрэглэгддэг гурван хэмжээст хэмжилтийн боловсронгуй арга юм. Энэ нь замын гадаргуу гэх мэт томоохон хэмжээний шалгалтын хувилбаруудад тохиромжтой.
Энэхүү технологи нь объектын гадаргуу дээр бүтэцлэгдсэн лазерын гэрлийг тусгах замаар 3D цэгийн үүлний өгөгдлийг үүсгэдэг бөгөөд камер нь лазер шугамын профайлыг цуглуулж, өндрийн мэдээллийг тооцоолдог. Практик хэрэглээнд хэмжсэн объект нь ихэвчлэн мэдрэгчийн доор хөдөлдөг бөгөөд олон тооны контурын хэсгүүдийг тасралтгүй цуглуулж, нэгтгэж, эцэст нь гурван хэмжээст дүрсийг бүрдүүлдэг.
Лазер ба камерын хоорондох суурилуулалтын өнцөг нь хэмжилтийн нарийвчлал, системийн тогтвортой байдалд чухал нөлөө үзүүлдэг. Өнцгийг нэмэгдүүлэх нь өндрийн нарийвчлалыг сайжруулахад тусалдаг бол өнцгийг багасгах нь ерөнхий тогтвортой байдлыг сайжруулахад тусалдаг. Энэ технологи нь боловсорч гүйцсэн програм хангамжийн алгоритмуудтай хослуулан үр дүнтэй, найдвартай 3D өгөгдөл боловсруулах, дүн шинжилгээ хийх боломжтой болсон.
3D стерео харааны камерын шийдэл
3D стерео харааны камер нь хүний нүдтэй төстэй дуран харах зарчим дээр суурилдаг. Энэ нь хоёр камераар дамжуулан өөр өөр өнцгөөс зураг авч, объектын гүний өгөгдлийг тооцоолохын тулд параллакс мэдээллийг ашигладаг.
Аж үйлдвэрийн бодит хэрэглээнд хэмжсэн объектын гадаргуугийн шинж чанарын мэдээллийг сайжруулахын тулд санамсаргүй бүтэцтэй проекцийг ихэвчлэн нэгтгэж, улмаар дүрсний тохирох нарийвчлалыг сайжруулдаг. Энэхүү технологи нь роботын удирдамж, угсралтын байрлал тогтоох, системийн дибаг хийх зэрэг хувилбаруудад өргөн хэрэглэгдэж ирсэн бөгөөд динамик илрүүлэлт, уян хатан үйлдвэрлэлийн орчинд сайн дасан зохицох чадварыг харуулсан.
Орон зайн байршлыг хурдан тогтоох
ToF камер нь хэт улаан туяаны импульс ялгаруулах замаар зорилтот зайг тооцоолж, туссан гэрлийн мэдрэгч рүү буцах хугацааг хэмждэг.
Эрт үеийн ToF технологи нь нарийвчлал, хэмжилтийн нарийвчлалаар хязгаарлагдаж байсан тул үйлдвэрлэлийн түвшний илрүүлэх шаардлагыг хангахад хүндрэлтэй байсан. Технологийн дэвшлийг дагаад мегапикселийн ToF камерууд гарч ирсэн бөгөөд 3D объект илрүүлэх, роботыг ачиж буулгах, тавиураар ачиж буулгах гэх мэт хэрэглээнд аажмаар хэрэгжиж байна.
ToF технологи нь зорилтот таних болон орон зайн байрлал тогтооход илүү тохиромжтой бөгөөд өндөр нарийвчлалтай хэмжээст хэмжилтийн хувилбаруудад тохиромжгүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
3D харааны програм хангамжийн үүрэг
байдаг 3D машины харааны системд дүрс боловсруулах, дүн шинжилгээ хийх програм хангамж нь системийн 'тархи'-тай тэнцэнэ.
Уламжлалт харааны хяналт нь дүрмийн програмчлалд ихээхэн тулгуурладаг бөгөөд шинж чанарыг харьцуулах, босго үнэлгээ хийх замаар шалгалтын ажлыг дуусгадаг. Хэрэглээний хувилбаруудын нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдсээр байгаа тул гүнзгий суралцах болон хиймэл мэдрэлийн сүлжээ (ANN) аажмаар үндсэн шийдэл болж байна.
Хиймэл мэдрэлийн сүлжээнүүд нь хоорондоо холбогдсон олон тооны 'нейрон'-оос бүрддэг бөгөөд тэдгээрийн холболтын жинг сургалтын өгөгдлийн дагуу тасралтгүй тохируулах боломжтой бөгөөд ингэснээр бие даасан суралцах, шинж чанарыг задлах боломжийг олгодог. Гүнзгий сургалтын хүрээнд систем нь зургийн нарийн төвөгтэй функцуудыг гараар тодорхойлох шаардлагагүй. Аж үйлдвэрийн нарийн төвөгтэй орчинд дасан зохицох чадвар, бат бөх чанарыг харуулахын тулд онцлог шинж чанарыг задлах, ангилах, дүгнэх ажлыг автоматаар дуусгахын тулд зөвхөн анхны зургийн өгөгдлийг оруулах шаардлагатай.
3D дүрслэлийн технологи, цэгийн үүл боловсруулах алгоритмууд болон хиймэл оюун ухааны тасралтгүй төлөвшлийн ачаар машины харааны хяналт нь илүү өндөр нарийвчлал, илүү хүчтэй оюун ухаан, илүү өргөн хэрэглээний хувилбаруудад хөгжиж байна.
Zhixiang Vision-ийн 3D машины хараа, гүнзгий суралцах хосолсон арга нь үйлдвэрлэлийн хяналтын хил хязгаарыг үргэлжлүүлэн өргөжүүлж, ухаалаг үйлдвэрлэл, автоматжуулалтын шинэчлэлд илүү найдвартай техникийн дэмжлэг үзүүлэх болно. Машины харааны салбар нь ирээдүйн хүлээлтээр дүүрэн байдаг тул бид хүлээж, харцгаая.
