در دهه 1990، پیشرفت تراشه‌های کوچکتر و فناوری بهتر برد مدار، بیانگر نقطه هزینه‌ای بود که امکان تولد دوربین هوشمند را فراهم ساخت. اکنون سازندگان می‌توانند یک پردازنده، تصویرگر و I/O را در یک بسته کوچک قرار دهند. در حالی که انقلاب دوربین‌های هوشمند، بازار بینایی را بسیار گسترش داد اما با این حال جایگزین مناسبی برای همه سیستم‌های مبتنی بر رایانه شخصی نشد.
سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی معمولا از یک رایانه شخصی با سیستم عامل ویندوز تشکیل شده است که برای ورود تصاویر به دوربین‌ها، یک فریم گیر یا کارت اترنت به رابط رایانه متصل می‌شود. همچنین یک بسته نرم‌افزاری روی رایانه شخصی، تصاویر را تجزیه و تحلیل و داده‌هایی مانند اطلاعات عبور را به سیستم دیگری ارسال می‌کند.
از آن‌جایی‌که هسته سخت‌افزار پشت سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی در طی 20 سال گذشته تغییرات بسیار اندکی داشته است اما با این حال اکنون تغییرات در قدرت محاسباتی اجازه می‌دهد تا نرم‌افزارهای قدرتمندتری ارائه شوند. در ادامه چند نمونه از آن‌چه که قدرت محاسباتی سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی می‌تواند انجام دهد ذکر شده است.
سیستم‌های بینایی مبتنی بر رایانه معمولا از یک رایانه شخصی با سیستم عامل ویندوز تشکیل شده است که برای ورود تصاویر به دوربین‌ها، یک فریم گیر یا کارت اترنت به رابط رایانه متصل می‌شود.
دوربین‌های متعدد #
بینایی مبتنی بر رایانه می‌تواند مقرون به صرفه و استفاده از آن برای چندین برنامه دوربین آسان‌تر باشد. برنامه‌های کاربردی دوربین چندگانه شامل بازرسی کلی برای یافتن وجود قطعات می‌باشد که در یک مثال ساده می‌توان به بازرسی برای وجود گل میخ در زیربدنه یک ماشین در فروشگاه خودرو اشاره داشت.
چنین برنامه‌ای ممکن است بین 12 تا 18 دوربین نیاز داشته باشد. با این حال استفاده از دید مبتنی بر رایانه با همه دوربین‌های متصل به یک رابط نسبت به دوربین‌های هوشمند منفرد بسیار مقرون به صرفه و مدیریت آسان‌تری دارد. این قضیه برای بازرسی مهره در قطعات بزرگ خودرو نیز صادق است. بررسی عرض و تشخیص شکاف روی مهره‌های چسب معمولاً به چندین دوربین برای صرفه‌جویی در زمان بازرسی نیاز دارد.
چندین دوربین که با هم کار می‌کنند نیز در برنامه‌های دید سه بعدی مفید هستند. 3D یعنی دادن مکان X، Y و Z به یک قطعه و همچنین چرخش حول همان سه محور تعریف می‌شود. برای یافتن موقعیت سه بعدی قطعات بزرگ مهر شده یا کل بدنه خودرو معمولاً به چهار دوربین نیاز است. نرم‌افزار در یک سیستم مبتنی بر رایانه شخصی در جهت یافتن رابطه بین ویژگی‌های هدف برای محاسبه موقعیت سه بعدی از الگوریتم‌هایی استفاده می‌کند. مقادیر موقعیت سه بعدی به یک ربات یا PLC ارسال می‌شود تا کار روی هدف انجام گیرد.
سازندگان بزرگ تراشه‌های CPU همیشه در تلاش هستند تا تراشه‌های رایانه شخصی را سریع‌تر بسازند. به همین دلیل، سیستم‌های بینایی مبتنی بر کامپیوتر، پردازنده‌های سریع‌تری نسبت به دوربین‌های هوشمند دارند. این به دید مبتنی بر رایانه اجازه می‌دهد تا از الگوریتم‌های پیشرفته برای برنامه‌های کاربردی دشوار مانند OCR (تشخیص کاراکتر نوری) در کاربردهای فلزی حکاکی شده استفاده کند. این نوع برنامه‌ها می‌توانند به درستی روشن شوند و معمولاً دارای کاراکترهای متناقض هستند. دید مبتنی بر رایانه به ابزارهای قدرتمند این امکان را می‌دهد که این نوع برنامه‌ها را بسیار بهتر از ابزارهای مبتنی بر آستانه حل کنند.
همچنین قدرت بینایی مبتنی بر رایانه شخصی می‌تواند وضوح‌های بزرگ را مدیریت کند. دوربین های GigE و firewire با وضوح 5 مگاپیکسل و بالاتر در دسترس هستند. وضوح در این محدوده در دوربین‌های هوشمند موجود نیست.
رایانه شخصی برای برنامه‌نویسی و برای تجسم بیشتر برنامه‌های بینایی مورد نیاز است. با دید مبتنی بر رایانه، کاربر همیشه به ابزارهای برنامه نویسی و اشکال زدایی سیستم دسترسی دارد. حفاظت از رمز عبور ممکن است برای اجازه دسترسی به افراد خاص مورد استفاده قرار گیرد. بسیاری از سیستم‌های بینایی مبتنی بر رایانه شخصی دارای تجسم یا HMI (رابط ماشین انسانی) برای ارائه بازخوردی هستند که اکثر اپراتورها می‌توانند آن را درک کنند.
ارتباطات در رایانه شخصی #
رایانه شخصی تقریبا می‌تواند به عنوان دروازه‌ای برای برقراری ارتباط با هر دستگاهی عمل کند. سیستم‌های بینایی معمولاً باید با یک PLC یا ربات ارتباط برقرار کنند. رایانه شخصی دارای گزینه‌های ارتباطی مانند سریال و اترنت داخلی است. علاوه بر این تا حدودی می‌توان کارت‌های PLC برای هر ارتباط صنعتی استاندارد را به راحتی به آن اضافه کرد. اگر نرم‌افزار ویژن درایور برای کارت PLC خاصی نداشته باشد، ممکن است از فناوری‌هایی مانند OPC برای پیوند دادن آن‌ها به یکدیگر استفاده شود.
سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی #
در جایی که الزامات برنامه از نظر قدرت پردازش، تعداد و انواع دوربین‌ها فراتر از یک سیستم دید فشرده است، یا در جایی که پردازنده‌های اختصاصی FPGA مورد نیاز است، سیستم های بینایی اغلب بر اساس یک رایانه صنعتی در یک رک 19 اینچی یا یک پنل فشرده نصب می‌شود. Open bus مونتاژ سیستم‌های سفارشی و نصب کارت‌های رابط اضافی را امکان پذیر می‌کند. انتخاب گسترده‌ای از رابط‌های کاربری گرافیکی با استفاده از کتابخانه‌های برنامه نویسی برای گسترش و توسعه برنامه‌های کاربردی سفارشی تا جایی ممکن است که نرم‌افزار کاربر اجازه دهد.
یک راه حل مبتنی بر سیستم‌های کامپیوتری بالاترین درجه انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهد، با این حال باید مراقب انتخاب سیستم عامل مناسب و اجزای انتخاب شده باشیم. دوربین‌های مدرن سرعت داده بالایی تولید می‌کنند و راه‌حل‌های نرم‌افزاری نیاز به قدرت محاسباتی بسیار بالایی دارند، از این رو رسیدن به یک راه‌حلی که موفقیت ما را تضمین کند امری ضروری است. انجام موارد اضافی از جمله منبع‌یابی همه اجزا به طور جداگانه ریسک را افزایش داده و زمان قابل توجهی را از بین می‌برد.
STEMMER IMAGING به طور منحصر به فردی با سرویس یکپارچه‌سازی پیشرفته ما قرار گرفته است، جایی که ما اطمینان حاصل می‌کنیم که همه اجزا به طور دقیق با هم پیکربندی، آزمایش و تایید شده اند و این امر مزیت خطر کمتر یک سیستم بینایی فشرده همراه با انعطاف پذیری و قدرت پردازش یک سیستم مبتنی بر رایانه را به مشتری می‌دهد.
سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی را می‌توان از طیف وسیعی از اجزای بینایی ما پیکربندی کرد و طیف وسیعی از پلتفرم‌های سیستم‌های رایانه‌ای ما را می‌توان در رایانه‌های بینایی دریافت کرد. سیستم‌های فشرده یا دوربین‌های هوشمند اغلب به علت کاربردهای استاندارد، کاهش پیچیدگی، سازگاری اثبات شده و هزینه کمتر انتخاب بهتری هستند.
سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی متشکل از یک کامپیوتر صنعتی است که تمام دستگاه‌های جانبی مانند دوربین‌ها و نورپردازی را مدیریت و با آن ارتباط برقرار می‌کند و اطلاعات را به سرعت از طریق نرم افزار تجزیه و تحلیل می‌کند. این راه حل قدرت محاسباتی و انعطاف پذیری بالایی را فراهم می‌کند، اما اندازه و هزینه می‌تواند قابل توجه باشد. سیستم‌های مبتنی بر کامپیوتر برای کاربردهای بسیار پیچیده توصیه می‌شوند، درست در جایی که وظایف بازرسی چندگانه باید با سخت‌افزار و سرعت و کارایی بالا انجام شوند.
مزایا و معایب سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی
- راه حل‌های مبتنی بر سیستم‌های PC بالاترین درجه انعطاف را ارائه می‌دهند.
- عملکرد و قدرت محاسباتی بالایی دارند.
- فضای قابل توجهی را اشغال می‌کنند و بسیار گران هستند.
- برای برنامه‌های پیچیده‌ای که نیاز به انجام چندین کار بازرسی با سرعت بالا دارند، توصیه می‌شود.
کامپیوترهای بینایی ماشین #
در این بخش برخی از ویژگی‌های مهم سیستم را که هنگام تعیین رایانه شخصی و تأمین سیستم بینایی کاربرد دارند، بیان می‌کنیم.
از آن‌جایی‌که تا چندین سال پیش رایانه‌های شخصی فشرده و جاسازی شده عملکرد مورد نیاز برای ایجاد یک سیستم بینایی ماشین را نداشتند نتیجه می‌گیریم، برای تبدیل رایانه شخصی به بینایی ماشین وجود رک 19 اینچی به همراه اجزا با کارایی بالا درجه سرور در نصب الزامی است.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مفاهیم بینایی ماشین فشرده، به مقاله زیر مراجعه کنید.
در سال‌های اخیر شاهد کاهش قابل توجهی از نسبت توان به عملکرد بوده‌ایم. رایانه‌های شخصی بدون فن، کابل یا قطعات متحرک داخلی می‌توانند عملکردی با مشخصات محیطی بالا ارائه دهند. آن‌ها هم برای محیط‌های سخت مانند کارخانه و هم برای قدرت پردازش مورد نیاز برای تصویربرداری مناسب هستند. همان‌طور که در اکثر بازارها گزینه‌های بسیار متنوعی برای خرید وجود دارد و همیشه در ازای پرداخت، چیزی دریافت می‌کنید. بارها و بارها ثابت شده است که مشخص کردن رایانه‌های شخصی اداری در یک سیستم بینایی ماشین صنعتی، یک اقتصاد غلط است.
اخیراً، پلتفرم‌های غیراینتل در برنامه‌های تعبیه‌شده مانند شبکه، خودرو و تلفن‌های همراه رشد چشم‌گیری داشته است. این پردازنده های ARM اکنون در حال مهاجرت به بازار بینایی ماشین در برنامه‌های کاربردی با حجم بالا و مصرف کم هستند. اکنون ما شاهد دوربین‌های بینایی ماشین هستیم که از رابط MIPI تعبیه شده پشتیبانی می‌کنند و فروشندگان نرم‌افزار بینایی ماشین به این پلتفرم‌ها منتقل می‌شوند. STEMMER IMAGING این تغییر را پذیرفته و خدمات پشتیبانی و ماژول‌های نرم‌افزاری را برای کاهش قابل توجه زمان عرضه به بازار ارائه می‌کند.
برای تبدیل رایانه شخصی به بینایی ماشین وجود رک 19 اینچی به همراه اجزا با کارایی بالا درجه سرور در نصب الزامی است.
الزامات ضروری برای سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی #
انتخاب اجزای مناسب می‌تواند تفاوت بزرگی در عملکرد یک سیستم بینایی و قابلیت اطمینان در مدت زمان طولانی ایجاد کند، به خصوص که انتظار می‌رود یک سیستم بینایی حجم بسیار زیادی از داده‌ها (تصاویر) را به صورت متوالی مدیریت کند. از آن‌جایی‌که اغلب رایانه‌های خانگی خارج از قفسه هرگز با توان عملیاتی بالایی از داده‌ها تست استرس نشده‌اند، نتیجه می‌گیریم که همه سیستم‌های رایانه شخصی برای این کارها مناسب نیستند.
مزایای سیستم مبتنی بر کامپیوتر #
همان‌طور که قبلاً ذکر شد، سیستم‌های بینایی ماشین مبتنی بر رایانه شخصی عموماً قدرت پردازش بیشتری دارند و می توانند عملیات پیچیده را با سرعت نسبتاً بالا انجام دهند. این طیف وسیع از قابلیت‌ها باعث شده تا سیستم‌های PC متغیرهای غیرمنتظره را در وظایف خاص جبران کنند.
به عنوان مثال، محصولات روی خط مونتاژ تمایل به انباشتن تغییرات جزئی در یک دوره زمانی را دارند که گاهی اوقات اندازه‌گیری آن ماه‌ها طول می‌کشد. از آن‌جا که انحرافات به تدریج رخ می‌دهند، ممکن است توسط سیستمی با قدرت پردازش محدود قابل تشخیص نباشند، اما یک شبکه بینایی کامپیوتری پیچیده می‌تواند تغییر را درک کرده و علامت‌گذاری کند.
برخلاف دوربین‌های هوشمند، اکثر رایانه‌های شخصی قابل ارتقا هستند و می‌توانند اجزای آن را با سهولت نسبی تعویض کنند. این تطبیق‌پذیری سیستم رایانه شخصی را بسیار قابل تنظیم می‌کند، زیرا می‌تواند سخت‌افزارهای جدیدتر یا مخصوص برنامه کاربردی را برای تخصص در یک کار خاص نصب کند، یا طیف کلی عملکردهای آن را گسترش دهد. به عنوان مثال، یک سیستم بینایی مبتنی بر PC می‌تواند در ابتدا برای شناسایی و اندازه‌گیری اجزای یک خط مونتاژ استفاده شود. سپس می‌توان وظایف آن را از طریق نصب یک بسته نرم‌افزاری و سخت‌افزاری برای کنترل یک بازوی روباتیک که هرگونه محصول معیوب را از خط حذف می‌کند، گسترش داد.
معایب سیستم مبتنی بر کامپیوتر #
از آن‌جایی که رایانه شخصی معمولاً به پردازش تصویر اختصاص دارد، چندین مؤلفه جانبی اغلب برای گرفتن فریم، انتقال داده، نورپردازی و گاهی اوقات ذخیره سازی ضروری هستند. این قالب چند واحدی می‌تواند حجیم یا بیش از حد پیچیده شود و معمولاً برای هر جزء در سیستم به رابط نیاز دارد. ادغام چنین شبکه‌ای در فرآیند تولید یا سیستم بینایی موجود می‌تواند یک کار چالش برانگیز باشد و ممکن است برای نصب به دانش کامپیوتر پیشرفته نیاز باشد.
پیکربندی چند جزئی نیز می‌تواند بسیار شکننده باشد. از آن‌جایی که دستگاه‌های متعددی باید به طور هم‌زمان کار کنند، یک واحد خراب می‌تواند بر بقیه سیستم تأثیر منفی بگذارد یا حتی تا زمانی که خطا تصحیح شود، آن را ناکارآمد کند. خود رایانه‌های شخصی نسبت به دوربین‌های هوشمند دوام کمتری دارند و در مدت زمان کوتاه‌تری علائم فرسودگی بیشتری از خود نشان می‌دهند.
منابع #
اگر به اطلاعات بیشتری درباره بینایی ماشین مبنی بر رایانه شخصی نیاز دارید؛ شما می توانید با خواندن این مقاله تخصصی اطلاعات مفیدی را بدست آورید.
https://www.automate.org/industry-insights/why-pc-based-machine-vision
