کاربرد پردازش تصویر در Vision Robot یا بینش ربات ها

پردازش، توصیف و رمزگشایی داده‌های استخراج شده از تصاویر برای هدایت بازوی رباتیک، بازرسی پویا، شناسایی و قابلیت تشخیص موقعیت قطعه و … بینایی رباتیک (Robotic Vision) یا پردازش تصویر در رباتیک نامیده می‌شود. ربات‌ها از طریق الگوریتم‌های مختلف برنامه‌ریزی می‌شوند و یا روی ربات ثابت یا در یک مکان ثابت یک دوربین تعبیه می‌شود تا از هر قطعه کاری که می‌تواند با آن ارتباط برقرار کند و مسیری که ربات طی می‌کند، تصاویری اخذ شود.

سیستم‌های هدایتی مبتنی بر بینایی رباتیک
بینایی رباتیک یکی از جدیدترین پیشرفت‌ها در رباتیک و اتوماسیون است. در اصل، بینایی رباتیک یک فن‌آوری پیچیده است که به یک ربات، معمولاً یک ربات مستقل، در تشخیص بهتر اقلام، ناوبری، یافتن اشیا، بازرسی و برخورد با قطعات قبل از اجرای یک برنامه کمک می‌کند.

الگوریتم‌های بینایی رباتیک
بینایی رباتیک معمولاً از الگوریتم‌های پیچیده، برای تنظیم سنسورها در درجات مختلفی از پیچیدگی و پیاده‌سازی استفاده می‌کند. درک و بینایی ربات‌ها به طور مداوم در حال تکامل و پیشرفت است، درست همانطور که فن‌آوری روزبه‌روز در حال پیچیده‌تر و پیشرفته‌تر شدن می‌باشد.

مزایای پردازش تصویر در رباتیک

این فن‌آوری پیشرفته اما ساده، هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده و راه حلی ساده برای اشکالات اتوماسیون و نیازهای روباتیک ارائه می‌دهد. فن‌آوری بینایی رباتیک باعث می‌شود، ربات‌هایی که در کنا‌ر هم کار می‌کنند با هم برخورد نخواهند کرد. کارکنان و نیروی انسانی نیز ایمن‌تر خواهند بود، بنابراین ربات‌ها قادر خواهند بود هر کارگری را که در مسیرشان قرار گرفته است، ببینند.

مکانیسم بینایی رباتیک و تصویربرداری
تصویربرداری رباتیک شامل اسکن یا خواندن با استفاده از فن‌آوری بینایی است. این فرآیند اساساً اشیاء دو بعدی مانند خطوط و بارکدها و تصویربرداری سه بعدی و اشعه‌ ایکس را برای اهداف بازرسی اسکن می‌کند.

مکانیسم بینایی رباتیک و پردازش تصویر
ربات پس از شناسایی موجودیت تصویر یا تصویربرداری، به پردازش و استخراج اطلاعات از آن می‌پردازند. این پردازش شامل شناسایی لبه تصویر، تشخیص وجود وقفه، شمارش پیکسل، دستکاری اشیا بر‌اساس نیاز، تشخیص الگو و پردازش آن بر اساس برنامه‌نویسی است.

مراحل پردازش تصویر در سیستم بینایی رباتیک

هر سیستم بینایی رباتیک تحت شش مرحله پردازش تصویر زیر کار می‌کند:

خواندن تصویر: فرآیندی که یک تصویر بصری ایجاد می کند.
پیش پردازش: کاهش نویز، بهبود جزئیات
بخش‌بندی: جداسازی یک شی یا ناحیه مورد علاقه از تصویر
توضیحات: محاسبه ویژگی‌ها برای تمایز اشیاء
شناسایی: فرآیند شناسایی اشیاء
تفسیر: اعطای معنا به گروهی از اشیاء

بلوک دیاگرام سیستم بینایی رباتیک و برنامه های کاربردی
ربات‌ها بدون سیستم بینایی ساکن، محدود به اجرای مسیرهای از پیش تعیین‌شده‌ و تنظیمات بسیار دقیق هستند. هدف اساسی یک سیستم بینایی رباتیک این است که اجازه دهد تغییرات جزئی از مسیرهای از پیش برنامه‌ریزی شده و در عین حال ادامه خروجی را فراهم کند.

ربات‌ها ممکن است متغیرهایی را در محیط کار خود در نظر بگیرند. اگر دارای سیستم تشخیص صدا باشند، دیگر لازم نیست قطعات به یک ترتیب نشان داده شوند. هنگام انجام عملیات بازرسی در فرآیند، خود ربات از این‌که ماموریت را به درستی انجام می‌دهد، اطمینان حاصل می‌کند. زمانی که روبات‌های صنعتی به سیستم‌های بینایی پیچیده‌ مجهز شوند، پویاتر می‌شوند. البته انگیزه اولیه برای استفاده از سیستم‌های بینایی رباتیک انعطاف‌پذیری در شرایط مختلف است.

کاربردهای بینایی رباتیک
ربات‌های با دید رباتیک می‌توانند فعالیت‌های مختلفی را انجام دهند، از جمله:

اندازه‌گیری
اسکن و خواندن بارکد
بازرسی قطعات موتور
بازرسی بسته‌بندی
ارزیابی قوام چوب
بررسی سطح
بررسی تجهیزات الکترونیکی در حین تولید ماژول‌ها و قطعات
بازرسی برای تشخیص عیوب
بازرسی برای تشخیص لجستی و جانمایی
تفاوت بینایی ماشین و بینایی رباتیک

بینایی رباتیک یا Robotic Vision ارتباط نزدیکی با بینایی ماشین Machine Vision دارد. وقتی صحبت از بینایی کامپیوتر Computer Vision به میان می‌آید، آن‌ها اشتراکات زیادی دارند. اگر می خواهید رابطه بین بینایی رباتیک و بینایی کامپیوتری را درک کنید، شجره نامه‌ای را تصور کنید که در آن بینایی کامپیوتر والد است. بنابراین، آن‌ها از نزدیک مرتبط هستند اما یکسان نیستند.

یک تمایز مهم نیز وجود دارد، بینایی رباتیک شامل تکنیک‌هایی بینایی ماشین است، اما آن‌ها همیشه به یک چیز اشاره نمی‌کنند و ممکن است مفاهیم متفاوتی داشته باشند. برخی از برنامه‌های بینایی ماشین ریشه در رباتیک دارند، که در آن شرایط می‌توان به جای هم استفاده کرد. اما برخی از آ‌ن‌ها به رباتیک یا بینایی رباتیک مربوط نیستند.

دید و بینایی ربات‌ها حوزه تحقیق جداگانه خود را دارند. این شامل تکنیک‌ها و الگوریتم‌های خاص رباتیک، مانند سینماتیک، کالیبراسیون چارچوب مرجع، و توانایی تاثیر فیزیکی بر محیط است. برای مقایسه، بینایی کامپیوتر مجموعه وسیع‌تری از موضوعات مانند مکاترونیک، حمل و نقل هوشمند و تدارکات، مهندسی زیست پزشکی و غیره را مطالعه می‌کند.

بینایی رباتیک و پردازش تصویر دیجیتال
در حالی که بینایی رباتیک و پردازش تصویر در شجره‌نامه پسرعمو هستند، اما اهداف آن‌ها بسیار متفاوت است. روش‌های تبدیل تصویر عمدتاً برای افزایش دقت تصویر، تبدیل آن به فرمت متفاوت (مانند هیستوگرام)، یا پیش پردازش و آماده‌سازی اولیه استفاده می‌شوند. از سوی دیگر، بینایی رباتیک بیشتر به حذف جزئیات از تصاویر برای استخراج اطلاعات معنادار است. علاوه بر این، بینایی رباتیک تنها یک حوزه فنی نیست. این یک رشته با مجموعه‌ای از حوزه‌ها و اصطلاحات خاص خود را دارد. بر خلاف علم کامپیوتر خالص، روش‌ها و الگوریتم‌های بینایی رباتیک باید عناصر رباتیک، مانند سینماتیک، کالیبراسیون چارچوب مرجع، و ظرفیت رباتیک برای تاثیرگذاری فیزیکی بر محیط را ادغام کنند.

سیستم‌های دو بعدی بینایی رباتیک

اسکن‌های ناحیه، که شامل گرفتن عکس‌های فوری دوبعدی با وضوح‌های مختلف است، توسط اکثر دوربین‌های بازرسی انجام می‌شود. اسکن خطی شکلی از بینایی ماشین دوبعدی است که یک تصویر دو بعدی را خط به خط می‌خواند.

اسکن خط یا ناحیه (line/area scan)
سیستم‌های اسکن خطی در بسیاری از کاربردها نسبت به سیستم‌های اسکن میدانی مزایای مشخصی دارند. برای مثال، بازرسی بخش‌های دایره‌ای یا استوانه‌ای می‌تواند ضرورتاً از دوربین‌های اسکن چند ناحیه‌ای را برای پوشاندن کل سطح مؤلفه و چرخاندن قسمت جلوی یک دوربین اسکن خطی استفاده کند، از سوی دیگر، تصویر را باز می‌کند و کل سطح را می‌گیرد.

در جایی که دوربین از طریق غلتک‌های روی نوار نقاله برای دیدن انتهای یک بخش استفاده می‌شود، سیستم‌های اسکن خطی راحت‌تر در فضاهای باریک قرار می‌گیرند. به طور کلی، دوربین‌های اسکن خطی وضوح بسیار بالاتری نسبت به دوربین‌های معمولی دارند. از آن‌جایی که سیستم‌های اسکن خطی برای ایجاد تصویر به قطعات متحرک متکی هستند، برای جابه‌جایی دائمی کالاها ایده‌آل هستند.

سیستم‌های بینایی رباتیک سه‌بعدی
بسیاری از دوربین‌ها با یک یا چند سنسور جابه‌جایی لیزری معمولاً در سیستم های بینایی رباتیک سه بعدی استفاده می‌شوند. در سیستم‌های هدایت و بینایی رباتیک، دید سه بعدی چند دوربینی توانایی جهت‌یابی را به ربات ارائه می‌دهد که این سیستم‌ها شامل دوربین‌های متعددی است که در موقعیت‌های مختلف نصب می‌شوند.

سنسورها و بینایی رباتیک
کاربرد سنسورها در بینایی رباتیک شامل دستگاه‌های چند جزئی با تعداد زیادی قطعات متحرک هستند. پیشرفت‌های زیادی در این زمینه صورت گرفته است. دوربین‌های هوشمند کاربرد زیادی در سیستم‌های تشخیصی در بینایی رباتیک دارند. از سوی دیگر، سنسورهای بینایی رباتیک معمولاً در صنعت برای ردیابی عملیات و اطمینان از ایمنی محصول استفاده می‌شوند.