بینایی ماشین با پایتون (Python)
مردم از زبان پایتون برای ایجاد برنامههای کاربردی در وب، تلفن همراه، نوشتن بازی، مدیریت سیستم، آموزش و یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل دادهها استفاده میکنند.
پایتون یک زبان همه کاره است و توسعه دهندگان آن اغلب به دلایل تجاری و شخصی از آن استفاده میکنند. طبق یک مطالعه در سال 2018 که توسط بنیاد غیرانتفاعی Python Software و JetBRains یک شرکت انتفاعی که ابزارهایی برای توسعهدهندگان نرمافزار میسازد، صورت گرفت؛ مردم از این زبان برای ایجاد برنامههای کاربردی در وب، تلفن همراه، نوشتن بازی، مدیریت سیستم، آموزش و یادگیری ماشین و تجزیه و تحلیل دادهها استفاده میکنند.
پایتون چیست؟
پایتون یک زبان برنامهنویسی بک اند است. یعنی زبانی که برای کارهای پشت صحنه استفاده میشود. این زبان برای مبتدیان بسیار عالی است. برای همین بسیاری از کسانی که شغل اصلی آنها برنامهنویسی نیست از آن برای انجام کارهای کامپیوتری مانند حسابداری و پژوهش استفاده میکنند. Python یک زبان برنامهنویسی پرمخاطب و قابل دسترس است. برای استفاده از آن لازم نیست اصول برنامهنویسی را بدانید. از این زبان میتوان برای نوشتن اسکریپت، وب اسکرپینگ (جمع آوری داده از وب) و ایجاد مجموعه دادهها استفاده کرد. برای همین این زبان در میان جوامع علمی و برای محاسبات علمی محبوب است. کتابخانههایی وجود دارد که کدهای پروژههای مختلف در پایتون را به اشتراک میگذارد. این زبان به خوبی مستند و نگهداری میشود. چیزی که پایتون را برای یک مبتدی جذاب میسازد.
بینایی ماشین چیست؟
بینایی ماشین یا بینایی کامپیوتری مدلسازی و تکرار بینایی انسان با استفاده از نرم افزار و سخت افزار کامپیوتری است. این رشته به مطالعۀ چگونگی بازسازی، تقطیع و درک سه بعدی از تصاویر دو بعدی بر حسب ویژگیهای ساختار موجود در صحنه میپردازد. بینایی ماشین دارای سه سطح دید است:
- پایین: شامل پردازش تصویر برای استخراج ویژگیهای آن
- متوسط: شامل تشخیص شی و تفسیر صحنۀ سه بعدی
- بالا: شامل توصیف مفهومی یک صحنه مانند تشخیص فعالیت، قصد و رفتار از یک صحنه برای بینایی ماشین با پایتون میتوانید از کتابخانۀ محبوب OpenCV استفاده کنید. این کتابخانه از توابع برنامهنویسی که عمدتاً با هدف بینایی کامپیوتری بلادرنگ انجام میشود، ساخته شده است.
ماشین ها چگونه به تصاویر نگاه می کنند؟
ماشینها آنطور که انسان به تصاویر نگاه میکند، آن را نمیبینند. تصاویر برای یک ماشین چیزی جز پیکسل نیستند. تصویر در یک ماتریس دو بعدی نشان داده میشود که در آن محور X عرض و محور Y ارتفاع یک تصویر است. ماتریس متشکل از مقادیر پیکسل است. هر پیکسل محدودهای از 0 تا 255 دارد. معمولاً مقدار پیکسل برابر 0 به معنی رنگ سیاه است و مقدار پیکسل 255 به معنی رنگ سفید است.
بینایی ماشین چطور کار میکند؟
بینایی ماشینی در درجۀ اول بر تکنیکهای تشخیص الگو برای خودآموزی و درک دادههای بصری متکی است. دسترسی گسترده به دادهها و تمایل شرکتها در به اشتراک گذاشتن آنها این امکان را برای کارشناسان یادگیری عمیق فراهم کرده است تا از این دادهها برای انجام فرآیند دقیقتر و سریعتر استفاده کنند.
قبلاً از الگوریتمهای یادگیری ماشین برای برنامههای بینایی کامپیوتر استفاده میشد. در حال حاضر روشهای یادگیری عمیق راه حل بهتری برای این حوزه هستند. به عنوان مثال، تکنیکهای یادگیری ماشین در گذشته به دادههای بسیار و نظارت انسانی نیاز داشت تا از جهت دقت و امکان نتایج، اطمینان حاصل شود. در مقابل، یادگیری عمیق بر شبکههای وابسته به اعصاب متصل است و از نمونهها برای حل مشکل استفاده میکند. در واقع ماشین با استفاده از دادههای برچسب گذاری شده برای تشخیص الگوهای رایج در نمونهها، خود به یادگیری میپردازد. پایتون با کدگذاری برای اشیا، بینایی ماشین را ممکن میسازد. پایتون توانسته است در زمینۀ بینایی ماشین نسبت به سایر زبانهای برنامهنویسی سبقت بگیرد. در حال حاضر این زبان یکی از رایجترین و کاملترین زبانهای برنامهنویسی در زمینۀ یادگیری ماشین است که از پشتیبانی خوبی نیز بهرهمند است. به همین دلیل بسیاری از توسعه دهندگان از پایتون برای بینایی ماشین استفاده میکنند.
بینایی کامپیوتر و بازار جهانی
در یک پیشبینی برآورد شده است که بازار جهانیِ دوربینهای صنعتی و اتوماسیون به 5.5 میلیارد دلار در سال 2026 خواهد رسید. اکنون 86% فروش بازار بر بینایی صنعتی متمرکز شده است. توسعۀ روشهای تصویربرداری چون فناوری سه بعدی و تصویربرداری چند طیفی در دوربینهای صنعتی باعث تنوع در کاربرد بینایی ماشین در صنعت شده است. بنابراین نفوذ فناوریهای جدید افزایش مییابد. این فناوری در توسعۀ کلی تولید لوازم الکترونیکی مصرفی، خودروسازی و صنایع تولیدی استفاده میشود و باعث ارتقای این بخشها خواهد شد. دقت تولید را بهبود و پیشرفت اتوماسیون را سرعت میبخشد و همچنین باعث ارتقای بینایی ماشین نیز خواهد شد. یکی از دلایل توجه به این بخش همهگیری کووید 19 بود که باعث تسلط تجارت الکترونیک و گسترش اتوماسیون شد. از صنعت بینایی ماشین میتوان در بازرسی، شمارش، تعیین موقعیت و بسیاری موارد دیگر استفاده کرد. وسایل نقلیۀ خودران که میتوانند محیط اطراف خود را پردازش و بدون دخالت انسان عمل کنند، تنها برای خودروهای سواری قابل استفاده نیستند، بلکه میتوانند به جای انسان در بخشهای مختلف کارخانهها، کامیونهای تدارکات و انواع ابزارهای متحرک دیگر کار کنند.
دوربین های جدید بر پایۀ پایتون
شرکت باسلر مجموعۀ نرم افزاری جدیدی برای دوربینهای خود تهیه کرده است که از زبان برنامهنویسی پایتون استفاده میکند. باسلر برای اولین بار یک دوربین API را در یک پروژه منبع باز در دسترس قرار میدهد. این به معنای حداکثر انعطافپذیری برای کاربرانی است که از دوربینهای باسلر استفاده میکنند. آنها میتوانند بر اساس نیازهای خود آن را تغییر دهند. API یا Application Programming Interface یک سرور است که شما میتوانید از آن برای بازیابی و ارسال دادهها با استفاده از کد استفاده کنید. APIها بیشتر برای بازیابی دادهها استفاده میشوند. بدین منظور باسلر از یک رابط پوششی به نام pypylon برای مجموعه نرم افزاری دوربین قدرتمند باسلر پایلون Basler pylon استفاده کرده است. در نتیجه برنامهنویسان جدید و مجرب پایتون به راحتی میتوانند برنامۀ خود را توسعه دهند و دوربینهای باسلر را بدون راهاندازی یک محیط توسعۀ پیچیده آزمایش کنند. این به طور قابل توجهی روند ارزیابی دوربین را سرعت میبخشد و بهرهوری برنامهنویس را افزایش و هزینۀ کل پروژه را کاهش میدهد.
پایتون یک زبان برنامهنویسی پویا، شیگرا و چند منظوره است است که برای درک، یادگیری و استفادۀ سریع طراحی شده است. سینتکس پایتون به برنامهنویسان کمک میکند تا در مقایسه با جاوا، کدنویسی را در مراحل کمتری انجام دهند. کتابخانۀ گسترده Python که از کتابخانههای پردازش تصاویر منبع باز (به عنوان مثال OpenCV) است، ابزارهای تجزیه و تحلیل دادهها، چارچوبهای وب و ابزارهای آزمایش، محیط این سیستم را به یکی از بزرگترین جوامع برنامهنویسی تبدیل کرده است.
