یادگیری و موارد استفاده بینایی ماشین

بینایی ماشین چیست؟

می‌خواهیم تعریف این فناوری را با یک تصویرسازی شروع کنیم؛ اگر انیمیشن وال-ای را دیده‌ باشید، در آن ربات کوچک و دوست داشتنی وجود دارد که با زندگی در برهوت سیاره‌ زمین، از زباله‌های باقی مانده برج می‌سازد. در واقع وال-ای تا قبل از شروع سفر اکتشافی خود، هر روز طبق برنامه به سراغ زباله‌ها میرفت، آن‌ها را مشاهده و بررسی می‌کرد و چیزهای قابل توجه را برای خودش برمی‌داشت اما بقیه را مکعبی از زباله می‌ساخت.

پس می‌توان گفت وال-ای به کمک تکنولوژی بینایی ماشین اطراف و اجسام را نگاه می‌کرد به کمک همین دانش، اشیایی دوست داشتنی خود را برداشته و بقیه را نابود می‌کرد. وقتی بیایید کمی دقیق شویم و نگاه زودگذر به کلکسیون اشیا وال-ای داشته باشیم، درمی‌یابیم چیزهایی که هر روز نمی‌تواند مشابه آن را پیدا کند، وسایل مورد علاقه‌ او هستند و به‌گونه‌ای این ربات کوچک و دو ست داشتنی به دنبال وسایلی «متفاوت» و «کمیاب» بود. حال می‌توان گفت که بینایی ماشین، توانایی کامپیوتر برای دیدن است که امکان جست‌وجو، تجزیه و تحلیل خودکار محیط پیرامون را برای سیستم‌های هوشمند فراهم می‌کندو همچنین با بررسی خودکار اطراف، کنترل فرآیندها و راهنمای رباتیک از طریق پردازش تصویر را ممکن می‌شود.

یادگیری و موارد استفاده بینایی ماشین

بینایی ماشین (Computer Vision) یکی از شاخه‌های مهم هوش مصنوعی و یادگیری ماشین است که به سیستم‌ها این امکان را می‌دهد تا اطلاعات بصری را تحلیل کرده و از آن‌ها یاد بگیرند. یادگیری بینایی ماشین شامل آموزش مدل‌های کامپیوتری برای شناسایی و تفسیر تصاویر و ویدئوها است. این فناوری با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده و شبکه‌های عصبی عمیق، به سیستم‌ها اجازه می‌دهد تا ویژگی‌ها و الگوهای موجود در داده‌های بصری را شناسایی کنند.

موارد استفاده بینایی ماشین بسیار گسترده و متنوع است. یکی از کاربردهای اصلی آن در صنعت خودروسازی است، جایی که از بینایی ماشین برای تشخیص موانع و کنترل خودکار خودروها استفاده می‌شود. همچنین در پزشکی، این فناوری به شبیه‌سازی و تحلیل تصاویر پزشکی مانند تصاویر رادیولوژی و ام‌آرآی کمک می‌کند و به پزشکان در تشخیص زودهنگام بیماری‌ها کمک می‌کند. در تجارت الکترونیک، بینایی ماشین به بهبود جستجو و فیلتر کردن محصولات بر اساس تصاویر و تجزیه و تحلیل رفتار مشتریان کمک می‌کند.

علاوه بر این، بینایی ماشین در امنیت و نظارت نیز کاربردهای زیادی دارد. سیستم‌های شناسایی چهره و آنالیز ویدئو به افزایش امنیت عمومی و جلوگیری از جرائم کمک می‌کنند. در کشاورزی، فناوری بینایی ماشین برای تشخیص بیماری‌ها و پیش‌بینی بازده محصول استفاده می‌شود که به بهبود کیفیت و بهره‌وری محصولات کمک می‌کند.

مجتمع فنی تهران، به عنوان یکی از مراکز پیشرو در آموزش فناوری‌های نوین، دوره‌ بینایی ماشین و پردازش تصویر برگزار می‌کند. این دوره‌ها شامل آموزش‌های جامع در زمینه مفاهیم پایه، تکنیک‌های پیشرفته و کاربردهای عملی بینایی ماشین هستند. با شرکت در این دوره‌ها، می‌توانید مهارت‌های لازم برای تحلیل و پردازش تصاویر را کسب کرده و در پروژه‌های فناوری‌های پیشرفته به کار بگیرید.

یادگیری بینایی ماشین و شناخت موارد استفاده آن به شما این امکان را می‌دهد تا در دنیای مدرن فناوری اطلاعات و هوش مصنوعی به روز باشید و در صنایع مختلف به ایجاد راه‌حل‌های نوآورانه و مؤثر بپردازید. با استفاده از دوره‌های آموزشی معتبر مانند دوره‌های بینایی ماشین مجتمع فنی تهران، می‌توانید به یک متخصص در این زمینه تبدیل شوید و به فرصت‌های شغفی جدید دست یابید.

نحوه کار کردن بینایی ماشین

دوباره برمی‌گردیم به سراغ ربات جذاب و کوچکمان وال-ای تا متوجه شویم ربات مورد بحث ما از کجا می‌فهمد که وسایل کمیاب و متفاوت چه هستند؟

برای رسیدن به پاسخ این سوال، می‌خواهیم یک درک کلی از نحوه چگونه کار کردن این تکنولوژی داشتیم. در واقع بینایی ماشین با استفاده از دوربین‌ها، اطلاعات بصری محیط اطراف را دریافت می‌کند. سپس با ترکیبی از فناوری‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، تصاویر را پردازش کرده و اطلاعات را برای استفاده در برنامه‌های مختلف آماده می‌کند. پس به طورکلی فناوری دید ماشین با استفاده از ابزارهای زیر به تجزیه وتحلیل محیط اطراف می‌پردازد:

• در ابتدا نورپردازی انجام می‌شود، به عبارت ساده‌تر نور، شی یا صحنه را روشن می‌کند تا ویژگی‌های آن قابل مشاهده باشد.
• بعد از آن، با لنزهای استفاده شده در این تکنولوژی، تصویر را گرفته و با عنوان نور به سنسور دوربین می‌رساند.
• حال برد تصویربرداری، قاب گیر یا سنسور این دستگاه‌ها، در کنار هم برای پردازش تصویر از دوربین و تبدیل آن به فرمت دیجیتال به صورت پیکسلی کار می‌کنند. در واقع حسگرهای تصویر، نور را با استفاده از فناوری نیمه هادی اکسید فلزی-تکمیلی یا یک دستگاه متصل به شارژ، به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند .
• در ادامه روند کار پردازنده نرم افزار با استفاده از الگوریتم‌های خود، تصویر دیجیتال را پردازش کرده و اطلاعات مورد نیاز را استخراج می کند.
• در نهایت سیستم‌های دوربین‌ بینایی ماشین و سیستم پردازش، تکنولوژی بینایی ماشین را قادر می‌سازند تا با سایر عناصر بزرگ‌تر سیستم ارتباط برقرار کنند تا تجزیه و تحلیل تصاویر به خوبی انجام گیرد. البته بد نیست بدانید که این سیستم برای برقراری ارتباط معمولا از سیگنال ورودی/خروجی مجزا یا اتصال سریال استفاده می‌کنند.

مثالی برای درک بهتر درباره نحوه کار کردن بینایی ماشین:

برای درک بهتر این موضوع بیایید با نحوه پردازش بینایی چشم خود آشنا شویم؛ در حقیقت چون دانش بینایی ماشین توسط خود انسان‌ها طراحی شده، می‌توان آن را تاحد زیادی شبیه به فرآیند بینایی انسان در نظر گرفت.

در بینایی ماشین هم این اتفاقات با کمی اغراق رخ خواهد داد؛ یعنی نور بازتاب شده از شی توسط دوربین‌ها دریافت و به سیگنال دیجیتال تبدیل می‌شود. در ادامه این سیگنال دیجیتالی به پردازنده رفته و عمل پردازش تصویر شروع می‌شود تا عملیات مقایسه با اطلاعات قبلی انجام گیرد. اگر در این مقایسه اطلاعات مشابهی وجود داشت که هویت شی تشخیص و اعلام می‌شود، در غیر این صورت باید دست به دامن تکنولوژی یادگیری ماشین شد که توضیح آن در این مبحث نمی‌گنجد.

وال-ای چطور تفاوت گیاه از زباله‌ها را متوجه شد؟

حالا که می‌دانیم سیستم تصویر، قطعات را بررسی  و با کمک جزئیات آن، هویت اشیا را تشخیص می‌دهد و نسبت به عملکرد سیستم مجهز به بینایی ماشین آشنایی پیدا کردیم، می‌توانیم پاسخ این سوال را بدانیم که فعالیت و انجام کار وال-ای بیچاره، سال‌های سال تفکیک زباله‌ها بوده است، پس با خصوصیات آن‌ها به خوبی است. 

به عبارت بهتر، هر زباله‌ای مثل قوطی نوشابه، کاغذ یا وسایل الکترونیکی خراب که ازبین برود، بارها به چشم وال-ای خورده و در حافظه‌اش به عنوان زباله ثبت شده است. پس هر بار که ربات کوچک ما با زباله‌ای تکراری روبه‌رو شود، با الگوی آموزش داده تشخیص زباله، آن‌ها را نابود می‌کند و از روزهای تکراری، وال-ای با چیزی مواجه می‌شود که تاکنون مشابه آن را ندیده. در اینجا ربات کوچک تصویر گیاه را ثبت کرده تا آن را با الگوی زباله‌ها و هر وسیله دیگری که تاکنون دیده، مقایسه می‌کند و در اینجاست که وال‌ای قصه ما بدون پاسخ می‌ماند زیر در حافظه‌ی او هیچ خاطره یا اطلاعاتی مربوط به گیاه ثبت نشده است.

کاربرد بینایی ماشین:

کاربردهای بینایی ماشین در طیف وسیعی از صنایع برای انجام وظایف مختلف صورت می‌گیرد که می‌توان موارد زیر را معرفی کرد: 

• تجزیه و تحلیل اجزای الکترونیکی بینایی ماشین در ساخت بردهای مدار برای کارهایی چون بازرسی خمیر لحیم‌کاری و قرار دادن قطعات
• تشخیص نوری کاراکتر OCR به رایانه برای استخراج متن چاپ شده یا دست نویس از تصاویر 
• تشخیص شی در صنعت خودروسازی و تعیین موقعیت اشیا مانند قرار دادن برچسب روی مکان مناسب بطری قرص.
• الگو شناسی و تجزیه و تحلیل تصویربرداری پزشکی بر اساس فناوری‌هایی چون تصویربرداری رزونانس مغناطیسی، اسکن خون و اسکن مغز 
• بازرسی مواد، کنترل کیفیت و بررسی عیوب و آلاینده‌ها در طیف وسیعی از مواد و 
•  تجزیه و تحلیل ارزها برای شناسایی اسکناس‌های تقلبی

معرفی هوش مصنوعی در عملکرد بهتر بینایی ماشین

هوش مصنوعی در بینایی ماشین برای تسریع فرآیند تصمیم‌گیری استفاده می شود و این تکنولوژی را قادر ساخته تا حجم زیادی از تصاویر و اطلاعات را مورد پردازش قرار دهد که قبلا جمع‌آوری آنها بسیار دشوار بود. نمونه‌هایی از نحوه استفاده هوش مصنوعی در بینایی ماشین به شرح زیر است:

•  تشخیص کاراکترها، به سطحی از تشخیص تفاوت‌های ظریف و تیزبین نیاز دارد که هوش مصنوعی می‌تواند به آن کمک کند.
• هوش مصنوعی به تشخیص اشیا و بازرسی مواد در تولید کمک می کند تا سیستم‌های بینایی ماشین، تغییرات قابل قبول در شکل و بافت یک شی یا ماده را درک کنند.
• بینایی ماشین همراه با هوش مصنوعی و یادگیری عمیق، نقش ربات‌ها را در انجام کارهای خط تولید مانند انتخاب، مرتب‌سازی، قرار دادن و انجام اسکن خط، گسترش می‌دهد. با ترکیب این فناوری‌ها، ربات این قدرت را دارد تا در محیط هایی چون سوپرمارکت‌ها ، بیمارستان‌ها و رستوران‌ها استفاده شود.
• فناوری بینایی ماشین توالی فرآیندها در برنامه‌های مختلف را ممکن می‌سازد تا شبکه شوند. این فناوری همچنین همکاری بین ربات‌ها و انسان‌ها را کارآمدتر و ایمن‌تر می‌کند.

تفاوت بین بینایی ماشین و بینایی کامپیوتر 

در برخی موارد، دو اصطلاح بینایی ماشین و بینایی کامپیوتر را به‌جای یکدیگر استفاده می‌کنند که علی‌رغم باورها، بین این دو واژه تفاوت است. از جمله تفاوت بین بینایی ماشین و بینایی کامپیوتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاربرد بینایی کامپیوتری علمی و تحقیقاتی است، در صورتی که بینایی ماشین کاربردی عملی و اجرایی دارد.
• در بینایی کامپیوتری نیازی به سخت‌افزار اختصاصی نیست اما در بینایی ماشین، نیاز به نرم‌افزارهای تخصصی وجود دارد.
• بینایی ماشین از راه‌حل‌های غیر الگوریتمی نیز بهره می‌برد اما بینایی کامپیوتری تاکید زیادی بر روش‌ها و راه‌حل‌های الگوریتمی دارد.
• خروجی بینایی ماشین سیگنال‌هایی ساده به منظور کنترل تجهیزات است، درحالی که خروجی بینایی کامپیوتری سیگنال‌هایی پیچیده در اختیار انسان می‌گذارد.

با این تفاسیر می‌توان اینطور در نظر گرفت که بینایی ماشین به عنوان چشم دستگاه کار می‌کند درصورتی که بینایی کامپیوتر به عنوان مغز دستگاه معرفی می‌شود و تصاویر دریافتی از چشم را پردازش می‌کند. پس عملا بدون بینایی کامپیوتر، بینایی ماشین اصلا معنی و مفهومی ندارد.

آشنایی با کاربرد‌های مهم بینایی ماشین

تا اینجا با مباحث جالبی در خصوص بینایی ماشین دریافتیم و به طورکلی کاربرد این تکنولوژی در صنایع مختلف را بررسی کردیم اما در این بخش می‌خواهیم کمی بیشتر و دقیق‌تر این موضوع را بررسی کنیم. پس یکبار دیگر می‌گوییم، مهم‌ترین کاربردهای بینایی ماشین به شرح زیر است:

یکی از کاربردهای مهم و فراگیر بینایی ماشین، تشخیص پلاک است. در واقع با آموزش پلاک‌های هر کشور به سیستم پردازشی بینایی ماشین و جستجوی شباهت میان آن‌ها و تصاویر ورودی دوربین، می‌توان پلاک موجود در تصویر را خواند. از این سیستم‌ در پارکینگ‌های هوشمند، ورودی و خروجی سازمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ جهت کنترل تردد نیز استفاده قرار می‌شود. 

ماشین‌هایی جدید و مجهز به سیستم‌ بینایی ماشینی برای افزایش سطح ایمنی در رانندگی ساخته شده‌اند تا به راننده در حفظ هوشیاری و دقت کمک کند. سیستم‌های تشخیص مانع، هشدار دهنده تابلوهای راهنمایی و رانندگی و هشدار دهنده خارج شدن از خطوط جاده، نمونه‌هایی از این سیستم‌ها هستند.

با استفاده از بینایی ماشین و قدرت آن‌ها در استخراج مشخصات مکانی نقاط تصویر، می‌توان از آن به عنوان سیستم‌های تشخیص حجم برای محل‌های دفن زباله پسماند یا نخاله ساختمانی، معادن و کارخانجات تولید مصالح ساختمانی، استفاده کرد. 

یکی از زیباترین کاربردهای بینایی ماشین، در بحث مباحث باستان شناسی و تهیه تصاویر از دوران باستان، دست‌نوشته‌ها، نقاشی‌ها و غار نگاری‌های قدیمی با استفاده از این تکنولوژی جهت بازسازی مجازی این بناهای تاریخی است. علاوه‌بر آن می‌توان با پردازش نقاشی‌ها و غار‌نگاری‌ها، شکل آنها را شبیه‌سازی کرد به همان صورتی که در ابتدا بوده اند.

در پایان…..

ما سعی کردیم شناخت بینایی ماشین یا دید ماشینی را با ربات کوچک و دوست‌داشتنی وال-ای برای شما بهتر ارائه دهیم تا کاربرد این تکنولوژی را خیلی راحت درک کنید. همچنین با معرفی کاربردهای آن در زمینه‌های مختلف، به شگفتی این فناوری وابسته به هوش مصنوعی پی بردیم و متوجه شدیم که در آینده‌ای نه چندان دور، استفاده از بینایی ماشین نسبت به قبل افزایش می‌یابد. اگر بازهم در این خصوص سوالی دارید، می‌توانید در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید. راستی اگر علاقه‌مند به دنیای هوش مصنوعی هستید، دوره‌های درسمن را در این خصوص از دست ندهید.

سوالات متداول

•  آیا بینایی ماشین بخشی از هوش مصنوعی است؟

بهتر است اینطور بگوییم که بینایی ماشین از آخرین فناوری‌های هوش مصنوعی استفاده می‌کند تا به تجهیزات صنعتی، توانایی دیدن، تجزیه و تحلیل وظایف در تولید هوشمند، کنترل کیفیت و ایمنی کارگران را بدهد.

• چرا تکنولوژی بینایی ماشین مهم است؟

بینایی ماشین با کاهش مشارکت انسان در فرآیند تولید، مزایای ایمنی و عملیاتی بیشتری را به همراه دارد . علاوه‌بر این، از انتقال آلودگی توسط انسان به اتاق‌های مهمی که تمیزی و بهداشت در آن از اهمین بالایی برخوردار است، جلوگیری و از نیروهای انسانی در برابر محیط های خطرناک محافظت می‌کند.