Машинное зрение

Машинное зрение — это применение компьютерного зрения для промышленности и производства. В то время как компьютерное зрение — это общий набор методов, позволяющих компьютерам видеть, областью интереса машинного зрения, как инженерного направления, являются цифровые устройства ввода-вывода и компьютерные сети, предназначенные для контроля производственного оборудования, таких как роботы-манипуляторы или аппараты для извлечения бракованной продукции. Машинное зрение является подразделом инженерии, связанное с вычислительной техникой, оптикой, машиностроением и промышленной автоматизацией. Одним из наиболее распространенных приложений машинного зрения — инспекции промышленных товаров, таких как полупроводниковые чипы, автомобили, продукты питания и лекарственные препараты. Люди, работавшие на сборочных линиях, осматривали части продукции, делая выводы о качестве исполнения. Системы машинного зрения для этих целей используют цифровые и интеллектуальные камеры, а также программное обеспечение обрабатывающее изображениедля выполнения аналогичных проверок.

Системы машинного зрения запрограммированы для выполнения узкоспециализированных задач, таких  как подсчет объектов на конвейере, чтение серийных номеров или поиск  поверхностных дефектов. Польза системы  визуальной инспекции на основе машинного  зрения заключается в высокой  скорости работы с увеличением оборота, возможности 24-часовой работы и точности повторяемых измерений. Так же преимущество машин перед людьми заключается  в отсутствии утомляемости, болезней или невнимательности. Тем не менее, люди обладают тонким восприятием в  течение короткого периода и  большей гибкостью в классификации  и адаптации к поиску новых  дефектов.

Компьютеры не могут «видеть» таким же образом, как это делает человек. Фотокамеры не эквивалентны системе  зрения человека, и в то время  как люди могут опираться на догадки  и предположения, системы машинного  зрения должны «видеть» путем изучения отдельных пикселей изображения, обрабатывая  их и пытаясь сделать выводы с  помощью базы знаний и набора функций  таких, как устройство распознавания  образов. Хотя некоторые алгоритмы  машинного зрения были разработаны, чтобы имитировать зрительное восприятие человека, большое количество уникальных методов были разработаны для  обработки изображений и определения  соответствующих свойств изображения.

 

 

Хотя машинное зрение — процесс применения компьютерного зрения для промышленного применения, полезно перечислить часто использовались аппаратные и программные компоненты. Типовое решение системы машинного зрения включает в себя несколько следующих компонентов:

1. Одна или несколько цифровых или аналоговых камер (черно-белые или цветные) с подходящей оптикой для получения изображений
2. Программное обеспечение для изготовления изображений для обработки. Для аналоговых камер это оцифровщик изображений
3. Процессор (современный ПК c многоядерным процессором или встроенный процессор, например — ЦСП)
4. Программное обеспечение машинного зрения, которое предоставляет инструменты для разработки отдельных приложений программного обеспечения.
5. Оборудование ввода-вывода или каналы связи для доклада о полученных результатах
6. Умная камера: одно устройство, которое включает в себя все вышеперечисленные пункты.
7. Очень специализированные источники света (светодиоды, люминесцентные и галогенные лампы и т. д.)
8. Специфичные приложения программного обеспечения для обработки изображений и обнаружения соответствующих свойств.
9. Датчик для синхронизации частей обнаружения (часто оптический или магнитный датчик) для захвата и обработки изображений.
10. Приводы определенной формы используемые для сортировки или отбрасывания бракованных деталей.

Датчик синхронизации определяет, когда деталь, которая часто движется по конвейеру, находится в положении, подлежащем инспекции. Датчик запускает  камеру, чтобы сделать снимок детали, когда она проходит под камерой  и часто синхронизируется с импульсом  освещения, чтобы сделать четкое изображение. Освещение, используемое для подсветки деталей предназначено для выделения особенностей, представляющих интерес, и скрытия или сведения к минимуму появление особенностей, которые не представляют интереса (например, тени или отражения). Для этой цели часто используются светодиодные панели подходящих размеров и расположения.

Изображение с камеры попадает в  захватчик кадров или в память компьютера в системах, где захватчик  кадров не используется. Захватчик кадров — это устройство оцифровки (как часть умной камеры или в виде отдельной платы в компьютере), которое преобразует выходные данные с камеры в цифровой формат (как правило, это двумерный массив чисел, соответствующих уровню интенсивности света определенной точки в области зрения, называемых пикселями) и размещает изображения в памяти компьютера, так чтобы оно могло быть обработано с помощью программного обеспечения для машинного зрения.

Программное обеспечение, как правило, совершает несколько шагов для  обработки изображений. Часто изображение  для начала обрабатывается с целью  уменьшения шума или конвертации  множества оттенков серого в простое  сочетание черного и белого (бинаризации). После первоначальной обработки  программа будет считать, производить  измерения и/или определять объекты, размеры, дефекты и другие характеристики изображения. В качестве последнего шага, программа пропускает или забраковывает  деталь в соответствии с заданными критериям. Если деталь идет с браком, программное обеспечение подает сигнал механическому устройству для отклонения детали; другой вариант развития событий, система может остановить производственную линию и предупредить человека работника для решения этой проблемы и сообщить, что привело к неудаче.

Хотя большинство систем машинного  зрения полагаются на «черно-белые» камеры, использование цветных камер  становится все более распространенным явлением. Кроме того, все чаще системы  машинного зрения используют цифровые камеры прямого подключения, а не камеры с отдельным захватчиком  кадров, что сокращает расходы  и упрощает систему.

«Умные» камеры со встроенными процессорами, захватывают все большую долю рынка машинного зрения. Использование  встроенных (и часто оптимизированных) процессоров устраняет необходимость  в карте захватчика кадров и во внешнем компьютере, что позволяет  снизить стоимость и сложность  системы, обеспечивая вычислительную мощность для каждой камеры. «Умные»  камеры, как правило, дешевле, чем  системы, состоящих из камеры, питания  и/или внешнего компьютера, в то время  как повышение мощности встроенного  процессора и ЦСП часто позволяет достигнуть сопоставимой или более высокой производительности и больших возможностей, чем обычные ПК-системы.

 

 

рименение машинного зрения разнообразно, оно охватывает различные области деятельности, включая, но не ограничиваясь следующими:

• Крупное промышленное производство
• Ускоренное производство уникальных продуктов
• Системы безопасности в промышленных условиях
• Контроль предварительно изготовленных объектов (например, контроль качества, исследование допущенных ошибок)
• Системы визуального контроля и управления (учет, считывание штрих-кодов)
• Контроль автоматизированных транспортных средств
• Контроль качества и инспекция продуктов питания

В автомобильной промышленности системы  машинного зрения используются в  качестве руководства для промышленных роботов, а также для проверки поверхности окрашенного автомобиля, сварных швов, блоков цилиндров и  многих других компонентов на наличие  дефектов.

 

 

Машинное зрение относится к  инженерным автоматизированным системам визуализации в промышленности и  на производстве, и в этом качестве машинное зрение связано с самыми разными областями компьютерных наук: компьютерное зрение, оборудование для управления, базы данных, сетевые  системы и машинное обучение.

Не стоит путать машинное и компьютерное зрения. Компьютерное зрение является более общей областью исследований, тогда как машинное зрение является инженерной дисциплиной связанной  с производственными задачами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стереодиспле́й — название для устройства визуального отображения информации (дисплея), позволяющего создавать у зрителя иллюзию наличия реального объёма у демонстрируемых объектов и иллюзию частичного либо полного погружения в сцену, за счёт стереоскопического эффекта.

Стереоскопия всего лишь один из способов формирования объёмного изображения, так что не совсем правильно отождествлять  понятия «стереодисплей» и «трёхмерный дисплей». Стереодисплей является трёхмерным дисплеем, но не всякий трёхмерный дисплей является стереоскопическим (само определение «трёхмерный» в отношении средств вывода графической информации связано с употреблением СМИ термина «3D» в отношении как стереоскопических технологий, так и (псевдо)трёхмерной (объёмной) компьютерной графики, несмотря на различие сути терминов «объёмность» и «стереоскопичность»). Единственным методом, "по-настоящему" дающему 3D изображение являетсяголограмма. Голограмма требует применения лазера, и создание даже одной голограммы - достаточно длительный процесс. Но микроструктуру голограммы (6000 линий на миллиметр), невозможно пока ни записать ни воспроизвести имеющимися методами. Поток данных для передачи данных с 1 мм² голограммы (минимальный размер зрачка) соответствует примерно потоку телевидения сверхвысокой чёткости 8K UHDTV, что само по себе уже проблема. Учитывая цветность, поток данных становится, как минимум, 3 раза больше.

 

Стереоскопические дисплеи 

Стереоскопические дисплеи делятся  на два типа:

• Автостереоскопические дисплеи — дисплеи, не нуждающиеся в дополнительных аксессуарах для головы или глаз (таких как стереоочки или шлемы виртуальной реальности), и способные самостоятельно формировать стереоэффект путём направления нужного пучка света в нужный глаз. Как правило, для этого применяются микролинзы Френеля, выполняющие роль светоделителей, и специальные барьерные сетки, так чтобы каждый глаз зрителя видел только тот столбец пикселей, который предназначен для него (у данного метода имеются множественные недостатки. В частности, выход зрителя из нужного ракурса или выход из ограниченной «зоны безопасного просмотра» приводит к разрушению эффекта стерео, а разрешение изображения по горизонтали автоматически уменьшается вдвое). 
  Производители стереодисплеев продолжают разрабатывать технологии, позволяющие уменьшить эти недостатки. Philips и NewSight^[1] разработали свои технологии многоракурсных дисплеев — WOWvx^[2] и MultiView^[3]. Компания SeeReal Technologies, в свою очередь, встраивает в свои дисплеи подвижный светоделитель и детектор положения головы зрителя, перестраивая изображение под нужный угол зрения.^[4]
• Дисплеи, требующие использования вспомогательных устройств (очков) для создания зрительного стереоэффекта. В свою очередь вспомогательные очки делятся на две категории — пассивные и активные:
• Пассивные. Очки не требуют управляющего сигнала и элементов питания в отличии от активной системы. Для разделения ракурсов используется поляризованный свет. Подобные устройства делятся на два типа:
• Поляризационные очки с линейной поляризацией. Применяются также в кинотеатрах IMAX.На специальном экране формируются одновременно оба изображения для левого и правого глаза. Пропускают разные изображения для разных глаз. Снижение яркости изображения для поляризационных очков составляет примерно 50 %, разрешение остается тем же (для систем с двумя ЖК-панелями: Planar^[5], StereoPixel^[6]) или снижается вдвое (Zalman^[7]).
• Поляризационная система (экран+очки) с круговой поляризацией. На экране монитора каждая строка изображения поляризует проходящий свет по-часовой стрелке или против (циркулярная или круговая поляризация). Очки имеют такой же круговой поляризатор на каждом стекле. Таким образом создаётся чересстрочное изображение для каждого глаза отдельно. Снижения яркости нет даже при сильных наклонах головы.^[8] Главный разработчик - LG.
• Активные — затворные очки^[9][10] (жидкокристаллические или поляризационные) с линейной поляризацией, синхронизированные с дисплеем и поочерёдно затемняющиеся с той же частотой, с которой дисплей выводит изображения (кадры) для каждого глаза. За счёт эффекта инерции зрения в мозгу зрителя формируется цельное изображение (желательно иметь дисплей с частотой с удвоенной частотой развёртки 120 Гц, так, чтобы для каждого глаза частота обновления изображения составляла 60 Гц). Снижение яркости изображения для затворных составляет примерно 80 % (наклон головы 30^о), перекрёстные искажения больше чем у пассивной системы.^[11] Разрешение для каждого глаза остаётся тем же. Главный разработчик - Samsung.

 

Объёмные дисплеи.

Термин «3D-дисплей» употребляется  и в отношении т. н. объёмных или воксельных дисплеев, где объёмное изображение формируется (при помощи различных физических механизмов) из светящихся точек в пределах некоторого объёма. Такие дисплеи вместо пикселов оперируют вокселами. Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые расположены одна над другой, одной качающейся плоскости, или же вращающихся плоских, или криволинейных панелей^[15][16]. Дисплеи на основе качающихся плоскостей и вращающихся панелей используют эффект зрительной инерции для достижения 3D-эффекта. За цикл своего движения движущаяся (качающаяся или вращающаяся) поверхность весь объём, в котором располагается изображение, зритель же воспринимает все положения поверхности как одновременные, в результате и видит вместо одной поверхности сплошное тело.

Сейчас получают распространение  подобные дисплеи низкого разрешения на основе светодиодов (в том числе трёхцветных (RGB), позволяющих получить до 16 млн цветовых оттенков), как простейших, разрешением 3х3х3 (монохром), так и значительного размера и разрешения. Самый большой подобный дисплей находится в здании ж/д станции Цюриха(Швейцария) — его размеры 5х5х1 метр, состоит из 25 000 светящихся сфер (16 млн цветовых оттенков каждый) с частотой обновления 25 Гц.

 

Компания Sony признала наличие неприятных побочных эффектов от 3D-фильмов и игр (головокружение, тошнота и др.), и рекомендовала ограничить такие развлечения для детей, особенно до шести лет^[20]. Ранее аналогичное предупреждение выпустила компания Samsung. Перечисляется гораздо больше возможных неприятностей от стереокино — включая ухудшение зрения, мышечный тик, головную боль и дезориентацию. Рекомендуется не ставить 3D-телевизоры вблизи лестниц и балконов, чтобы не сломать шею после просмотра. А также не рекомендуется смотреть 3D, будучи в состоянии опьянения, либо беременности.

 

 

 

 

Погружение (виртуальная  реальность)

Погруже́ние — это состояние сознания, часто искусственное, при котором самоосведомлённость субъекта о своём физическом состоянии уменьшается или теряется совсем.^[1] Это психическое состояние часто сопровождается ощущением бесконечности пространства, сверхсосредоточенностью, искажённым чувством времени, а также лёгкостью действий.^[2] Термин широко применяется для описания погружения в виртуальную реальность, искусства инсталляции и видеоигр, но при этом неясно, используется ли это слово единообразно. Этот термин относится также к часто используемым модным словам,^[3] поэтому смысл его довольно нечёткий, но он несёт в себе оттенок чего-то захватывающего.