ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

دسته: برق ، الکترونیک و مخابرات
بازدید: 102 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 2090 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 127

روش نور دهی از پشت برای اعمالی از قبیل تشخیص ترك ، مك و وجود اشیاء خارجی در قطعات شفاف ایده آل می باشد تشخیص ترك الستخوان در تصاویر اشعه X واندازه گیری میزان تنش انرژی و حرارتی از یك ساختمان توسط پرتو مادون قرمز از جمله مثالهای این روش نور پردازی می باشند

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی 

آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

1-1كلیات

تكنولوژی ماشین بینایی وتصویر بر داری دیجیتالی شامل فرایند هایی است كه نیازمند بكارگیری علوم مختلف مهندسی نرم افزار كامپیوتر می باشد این فرایند را می توان به  چند دسته اصلی تقسیم نمود :

1-        ایجاد تصویر به شكل دیجیتالی

2-        بكارگیری تكنیكهای كامپیوتری جهت پردازش ویا اصلاح داده های تصویری

3-        بررسی و استفاده از نتایج پردازش شده برای اهدافی چون هدایت ربات یا كنترل نمودن تجهیزات خود كار ، كنترل كیفیت یك فرایند تولیدی ، یا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزیه و تحلیل آماری در یك سیستم تولیدی كامپیوتری (MAC)

ابتدا می بایست آشنایی كلی ، با هر یك از اجزاء سیستم پیدا كرد و از اثرات هر بخش بر روی بخش دیگر مسطح بود . ماشین بینایی و تصویر بر داری دیجیتالی از موضوعاتی است كه در آینده نزدیك تلاش و تحقیق بسیاری از متخصصان را بخود اختصاص خواهد بود.

در طی سه دهه گذشته تكنولوژی بینایی یا كامپیوتری بطور پراكنده در صنایع فضایی نظامی و بطور محدود در صنعت بكار برده شده است . جدید بودن تكنولوژی ، نبودن سیستم مقرون به صرفه  در بازار و نبودن متخصصین این رشته باعث شده است تا این تكنولوژی بطور گسترده استفاده نشود .

تا مدتی قبل دوربین ها و سنسورهای استفاده شده معمولا بصورت سفارشی ومخصوص ساخته می شدند تا بتوانند برا ی منظورخاصی مورد استفاده قرار گیرند همچنین فرایند ساخت مدارهای مجتمع بسیار بزرگ آنقدر پیشرفت نكرده بود تا سنسورهای حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود .

استفاده از سنسورهای ذكر شده مستلزم این بود كه نرم افزار ویژه ای برای آن تهیه شود و معمولا این نرم افزارها نیز نیاز به كامپیوتر هایی با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه این مطالب مهندسین مجبور بودند كه آموزشهای لازم را پس از فراغت از تحصیل فرا گیرند . زیرا درس ماشین بینایی در سطح آموزشهای متداول مهندسی در دانشگاهها وبه شكل كلاسیك ارائه نمی شد .

تكنولوژی ماشین بینایی در دهه آینده تاثیر مهمی بر تمامی كارهای صنعتی خواهد گذاشت كه دلیل آن پیشرفتهای تكنولوژی اخیر در زمینه های مرتبط با ماشین بینایی است واین پیشرفتها در حدی است كه استفاده از این تكنولوژی هم اكنون حیاتی می باشد .

2-1-بینایی واتوماسیون كارخانه

وظایف اساسی كه می تواند توسط سیستمهای ماشین بینایی انجام گیرد شامل سه دسته اصلی است.

1-        كنترل

2-        بازرسی

3-        ورود داده

كنترل در ساده ترین شكل آن مرتبط با تعیین موقعیت و ایجاد دستورات مناسب می باشد تا یك مكانیزم را تحریك نموده ویا عمل خاصی صورت گیرد . هدایت نقاله های هدایت شونده خود كار (AGVS) در عملیات انتقال مواد در یك كارخانه هدایت مشعل جوشكاری در امتداد یك شمایر یا لبه یا انتخاب یك سطح بخصوص برای انجام عملیات رنگ پاشی توسط ربات ، مثلهایی از بكار گیری ، ماشین بینایی در كنترل می باشند . كاربردهای ماشین بینایی در بازرسی مرتبط با تعیین برخی پارامترها می باشد . ابعاد مكانیكی وهمچنین شكل آن ، كیفیت سطوح ، تعداد سوراخها در یك قطعه ، وجود یاعدم وجود یك ویژگی یا یك قطعه در محل خاصی از جمله پارامترهایی هستند كه توسط ماشین بینایی ممكن است ، بازرسی می شوند عمل اندازه گیری توسط ماشین بینایی كم و بیش مشابه بكار‌گیری روشهای سنتی استفاده از قیدها و سنجه های مخصوص و مقایسه ابعاد می باشد . سایر عملیات بازرسی بجز موارد اندازه گیری شامل مواردی چون كنترل وجود بر چسب بر روی محصول بررسی رنگ قطعه ، وجود مواد خارجی در محصولات غذایی نیز با تكنیكهای خاصی انجام می گیرد . كار بازرسی ممكن است حتی شامل مشخص نمودن خواص یا ویژگیهایی الكتریكی یك محصول گردد . با مشاهده خروجی اندازه گیرهای الكتریكی می توان صحت عملكرد محصولات الكتریكی را بازرسی نمود . هر چند كه در چنین مواردی چنانچه سیستم بینایی كار دیگری بجز مورد ذكر شده انجام ندهد معمولا روش ساده تر و مقرون به صرفه ترین بدین صورت خواهد بود كه كار بازرسی فوق توسط یك ریز پردازنده و ابزارهای مربوط انجام گیرد .

اطلاعات مربوط به كیفیت محصول ویا مواد وهمچنین تعقیب فرایند تولید را می توان توسط ماشین بینایی گرفته ودر بانك اطلاعاتی سیستم تولید كامپیوتری جامع بطور خود كار وارد نمود . این روش ورود اطلاعات بسیار دقیق و قابل اعتماد است كه دلیل آن حذف نیروی انسانی از چرخه مزبور می باشد . علاوه بر این ورود اطلاعات بسیار مقرون به صرفه خواهد بود چرا كه اطلاعات بلافاصله پس از بازرسی وبه عنوان بخشی از آن جمع آوری و منتقل می شوند .

میزان پیچیدگی سیستم های بینایی متفاوت می باشد این سیستم ها ممكن است منحصر به یك سیستم باركدینگ معمولی كه برای مشخص نمودن محصول جهت كنترل موجودی بكار می رود تشكیل شده باشد یا ممكن است متشكل از یك سیستم بینایی صنعتی كامل برای اهدافی چون كنترل كیفیت محصول باشد .

3-1 سرعت واكنش

زمان مورد نیاز برای تصمیم گیری توسط ماشین بینایی بستگی به اندازه ماتریس تصویر یا زمان پردازش لازم در كارت تصویر گیر و نوع دوربین دارد . دوربیهایی نوع لاچكی كه با استاندارد Rs-170 كار می كنند تعداد 30 تصویر در ثانیه تولید می كنند كه این تصاویر بر روی مونیتورهای موجود در بازار قابل نمایش هستند . چنانچه از استاندارد Rs-170 استفاده نشود می توان تعداد تصاویر در ثانیه را پنج تا ده برابر افزایش داد . دوربینهای حالت جامد می توانند در زمان بسیار كوتاه معادل ( میكرو ثانیه تصویر گیری كنند زمان لازم جهت خواندن سیگنال تصویر از سنسور دوربین بستگی به اندازه ماتریس سنسور سرعت پردازش و پهنای باند سیستم دارد. با استفاده از تكنیكهای پردازش موازی می توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهای موازی كاهش داد .

زمان واكنش سیستم بینایی انسان در حدود 6% ثانیه یا 16/1 ثانیه می باشد این موضوع توسط این حقیقت تائید می شود كه وقتی تصاویر ، با سرعت 30 عدد در ثانیه یك صحنه متحرك را نشان می دهند چشم انسان قادر به تشخیص انقطاع بین تصاویر نیست .

سیستم های ماشین بینایی مورد استفاده در صنعت كه برای كنترل بر چسب روی بطریها بكار می رود می توانند با سرعتی معادل 900 بطری در دقیقه یا در صورت یك بطری در 7% ثانیه كار كنند . البته می توان با گرفتن تصاویری كه بیش از یك بطری را در بر می گیرد سرعت كنترل را بیش از این نیز افزایش داد . سرعت چشم انسان برای انجام كار مشابه حداكثر 60 بطری در دقیقه می باشد كه این سرعت در اثر خستگی و شرایط نامساعد محیطی كاهش نیز می یابد .

بطور خلاصه تصویر گیری توسط ماشین بینایی تقریبا 10 برابر سرعت بینایی انسان می باشد این نسبت با پیشرفت تكنولوژی در علوم الكترونیك رو به افزایش می باشد در حالیكه سرعت چشم انسان مقدار مشخصی است سرعت انجام فرایند كامل توسط ماشین بینایی در حدود 15 برابر چشم انسان می باشد .

4-1 واكنش طیف موج

چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رویت كه طیف محدودی است می تواند اشیاء را ببیند . دامن دید از طول موج بنفش در 390 میكرون تا طول موج قرمز در 790 میلی میكرون می باشد
 واكنش سیستم ماشین بینایی در مقایسه با چشم انسان بسیار وسیع تر بوده و دامنه از پرتو گاما و X در منطقه طول موج كوتاه شروع شده وتا طول موج مادون قرمز در قسمت طول موجهای طویلی ختم می شود .

توانایی چشم انسان در تشخیص رنگها و پیچیده بوده ودر هنگام تشخیص رنگ مولفه های آن بطور مجزا در نظر گرفته نمی شوند . در عوض میانگین ، انرژی در طول موجهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته ورنگ دیده شده یكی از طول موجهای مابین آنها می باشد .

ماشین بینایی برای شناسایی رنگها نیازمند سه دسته اطلاعات است كه همان مولفه های رنگ یعنی طول موجهای قرمز یا سبز و آبی می باشد ایجاد رنگ بر روی مانیتور نیز با تحریك هر یك از مولفه ها به مقدار معین بوده بطوریكه نهایتا رنگ مورد نظر ایجاد شود .

ذخیره سازی تصاویر رنگی به حافظه ای معادل سه برابر تصاویر غیر رنگی نیاز دارد .

همچنین حجم پردازش تصاویر رنگی كه حاوی اجزاء B,G,R می باشند در مقایسه با تصاویر یك رنگ بیشتر می باشد .

بطور خلاصه طیف طول موج قابل رویت توسط ماشین بینایی بسیاروسیعتر از طیف قابل رویت توسط چشم انسان می باشد همچنین امكان تلفیق و استفاده از طول موجهای مختلف یك تصویر توسط ماشین بینایی وجود دارد یكنواختی و دقت ماشین بینایی در مورد تصاویر رنگی بیش از چشم انسان می باشد .

5-1مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی

ماشین	انسان
محدود به تنظیمات اولیه ،نیازمند داده های عددی	بسیار تطبیق پذیر وانعطاف پذیر در مقابل نوع كار و ورود اطلاعات	انعطاف پذیری
قادر به اندازه گیری ابعادی می باشد مثال : طول یك قطعه برحسب تعداد پیكسل	قادر به تخمین نسبتا دقیق موارد توصیفی مثل : تشخیص میوه بد از روی رنگ و شكل آن	توانایی
اندازه گیری مقدار هر یك از R,B	بیان توصیفی از رنگ	رنگ
حساس به فركانس و سطح روشنایی	قابلیت تطبیق ، باشرایط نوری ،خواص فیزیكی	حالت

ماشین	انسان
حساس به خواص فیزیكی سطح جسم ، قابلیت بیان سطح خاكستری به صورت عددی دقیق و مشخص ،براحتی قادر به تشخیص 256 سطح خاكستری می باشد	سطح اجسام و فاصله تا جسم ، محدودیت در توانایی تشخیص مقدار سطوح خاكستری بستگی به بیننده دارد و ممكن است در یك زمان متفاوت از زمان دیگر باشد مقدار سطوح خاكستری قابل تشخیص بین 7 تا 10 می باشد	حساسیت
بسیار بالا كه البته بستگی به پردازشگر مورد استفاده و پهنای بانددارد سرعت واكنش در حدود    ثانیه بوده وسرعتهای بالاتر نیز از نظر تكنیكی قابل دسترسی است.	سرعت واكنش كند و حداكثر در حدود 10/1ثانیه می باشد	واكنش
صحنه های دو بعدی براحتی قابل تشخیص می باشد ودر صحنه های سه بعدی براحتی مقدور نیست و نیازمند به 2 دوربین بوده وسرعت نیز كم است .	صحنه های سه بعدی براحتی قابل درك می باشد	دو و سه بعدی
اطلاعات اخذ شده بطور خودكار و مداوم وارد بانك اطلاعاتی می شود ، انتقال ورود و اطلاعات دقیق و كم هزینه می باشد.	اطلاعات اخذ شده می بایستی بطور دستی انتقال داده شود هزینه انتقال و ورود اطلاعات زیاد بوده و میزان خطا زیاد می باشد .	خروج داده ها
می تواند به هر دو صورت خطی و لگاریتمی دریافت كند . محدوده طیف از طول موجهای پائین پرتو تا طول موجهای بالای مادون قرمز می باشد .	براساس مقیاس لگاریتمی است و متاثر از رنگ زمینه می باشد محدود به طیف قابل رویت از 300 تا 700میلی میكرون	دریافت داده ها طول موج

6-1 سیستم بینایی چیست ؟

1-6-1 كلیات سیستم

یك سیستم ماشین بینایی شامل تمام اجزاء لازم بمنظور تهیه ، تعریف دیجیتالی یك تصویر تغییر واصلاح داده ها وارائه نمایش داده های تصویری دیجیتالی به دنیای بیرون می باشد چنین سیستمی چنانچه در یك محیط صنعتی بكار گرفته شود ، ممكن است به دلیل اینكه متصل به سایر تجهیزات خط تولید می باشد بسیار پیچیده بنظر می رسد ولی اگر چنانچه با توجه به نقش و وظیفه سیستم بینایی اجزاء اصلی تشكیل دهنده آن بیان شوند ، مشخص خواهد شد كه پیچیدگی زیادی در سیستم وجود ندارد اجزاء اصلی سیستم شامل سه قسمت اصلی است :

1-          قسمت تصویر برداری

2-          پردازش

3-          نمایش یا وسایل خروجی اطلاعات

2-6-1 تصویر گیری

تصویر گیری در ماشین بینایی یعنی تبدیل اطلاعات تصویری یك شئی فیزیكی و خواص ظاهری آن بصورت داده های عددی است بگونه ای كه این تصویر می تواند از توسط پردازشگر پردازش شود تصویر گیری ممكن است شامل چهار فرایند زیر باشد :

1-   نور پردازی

2-   تشكیل تصویر یا متمركز كردن آن

3-   تبدیل تصویر به سیگنالهای الكتریكی

4-   قالب بندی كردن سیگنال خروجی تصویر

3-6-1 نور پردازی

نور پردازی یك عامل كلیدی وتاثیر گذ ار بر روی كیفیت تصویر تشكیل شده است كه به عنوان ورودی ماشین بینایی مورد استفاده قرار می گیرد ممكن است تا 30 درصد حجم كار و تلاش طراحی اجزاء یك سیستم ماشین بینایی را بخود اختصاص دهد .

بسیاری از سیستم های ماشین بینایی كه در گذشته در صنعت بكار رفته اند از نور قابل رویت استفاده كرده اند كه علت آن از یك طرف در دسترس بودن آن واز طرف دیگر خود كار نمودن عمل بازرسی كه قبلا توسط كارگر انجام می شده است می باشد بازرسی توسط كارگر براساس توانایی چشم ودر محدوده طول موج نور قابل رویت می باشد چهار نوع لامپ از لامپهایی كه نور قابل رویت تولید می كنند واغلب در صنعت استفاده شده اند عبارتند از : لامپهای التهابی فلورسنت بخار جیوه وبخار سدیم استفاده از نور غیر قابل رویت شبیه اشعه ایكس ماوراء بنفش و مادون قرمز بدلیل نیاز به انجام بررسی های ویژه كه توسط نور قابل رویت انجام پذیر نیست ، روبه افزایش است روشهای نور پردازی جهت كار بردهای صنعتی ماشین بینایی شامل چهار دسته زیر است :

1-   نور پردازی از پشت

2-   نور پردازی از مقابل

3-   نور پردازی دارای ساختار

4-   نور پردازی لحظه ای

نور پیرامون محیط كار كه منابعی بجز منبع اصلی نور پردازی سیستم ماشین بینایی بر مجموع میزان نور تابیده شده برجسم اثر گذاشته وبطور كلی بصورت نویز در داده های تصویری ظاهر می شود .

برای كم كردن تاثیر نور پیرامونی می توان از پرده نوری یا دیواره های محافظ استفاده نمود تا از ورود آن به لنز دوربین جلوگیری شود .

1-3-6-1 نور پردازی از پشت :

وقتیكه شی مورد بررسی بین دوربین و منبع نور قرار می گیرد نور پردازی را اصطلاحا نور پردازی از پشت می گویند در این روش سایه ای از جسم تشكیل می شود و مرز جسم كاملا مشخص می باشد .

مزیت نور پردازی از پشت ایجاد تصاویر با كنتر است بالاو تفكیك آسان مرز جسم می باشد كنتر است بالاباعث كم شدن پردازش های بعدی شده همچنین از حساسیت سیستم به تغییرات نوردهی منبع نور می كاهد در مورد نور پردازی اجسامی كه مسطح نیستند ممكن است لازم باشد تا با استفاده از عدسی های مناسب نور به جسم تابانده شود .

روش نور دهی از پشت برای اعمالی از قبیل تشخیص ترك ، مك و وجود اشیاء خارجی در قطعات شفاف ایده آل می باشد . تشخیص ترك الستخوان در تصاویر اشعه X واندازه گیری میزان تنش انرژی و حرارتی از یك ساختمان توسط پرتو مادون قرمز از جمله مثالهای این روش نور پردازی می باشند .

اساسا تصویر حاصل از روش نور دهی از پشت تك رنگ است با توجه به اینكه لب های تصویر بگونه ای بر روی صفحه سنسور تشكیل تصویر می دهند كه ممكن است یك پیكسل كامل را پر نكنند .

بنابراین این پیكسلها دارای مقادیر حدود سطحی بین سیاه و سفید مطلق خواهند بود به عنوان مثال مقدار عددی پیكسل كه 50 درصد آن توسط جسم پوشیده شده است در یك سیستم دارای 16 سطح خاكستری معادل عدد 7 خواهد بود و بطور كلی مقدار عددی هر پیكسل كه نشانگر مرزهای قطعه باشد متناسب با مقدار پوشش آن خواهد بود شی نشان داده شده در صفحه بعد در قسمت مرزها ، فقط بخشی از مساحت پیكسلها را پوششی می دهد كه مقادیر عددی پیكسلها یا همان سطح خاكستری بدست آمده برای پیكسلها در ماتریس تصویر نشان داده شده است شایان ذكر است كه مقدار عددی پیكسلها وهمچنین مقدار كاهش یافته آن نمی تواند هیچگونه اطلاعاتی در خصوص شكل قطعه ارادئه دهد و بایستی اطلاعات مربوط به اینكه چه شكلی در مقابل دوربین قرار گرفته است با مقادیر عددی پیكسلها توام گردد.
(شکل2-1)

2-3-6-1نور پردازی از مقابل :

در روش نور پردازی از مقابل نور منعكس شده از سطح جسم به دوربین وارد می شود . در این روش دوربین ومنبع نور در یك طرف شئی قرار می گیرند با استفاده از این روش می توان اطلاعاتی درباره سطح جسم یا برجستگی و فرورفتگیهای آن وهمچنین ابعاد جسم بدست آورد . 

قیمت فایل فقط 6,900 تومان

برچسب ها : ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی , طرح توجیهی ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی , دانلود ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی , برق , تصویر برداری , تصویر برداری دیجیتالی , ماشین بینایی , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه , تصویر گیری , آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی , واكنش طیف موج , بینا