کاربردهای پردازش تصویر در رباتیک (ادراک و کنترل پیشرفته)
فعالیت در کارخانه‌ها، بیمارستان‌ها، زمین‌های کشاورزی و ... بدون استفاده از ربات‌ها در آینده امکان‌پذیر نخواهد بود. کاربردهای فراوان پردازش تصویر در رباتیک موجب شده است تا این دو در کنار هم کارهای خارق‌العاده‌ای انجام دهند. ما در این مقاله تلاش کردیم تا موارد مختلف و بخش‌های متنوع این دو در کنار هم را بررسی کنیم. با ما همراه باشید.
چرا از پردازش تصویر در رباتیک استفاده کنیم؟
برای درک این موضوع در ربات‌ها باید ابتدا بدانید که ربات‌های پیشرفته به چه صورتی کار می‌کنند. در گذشته رفتار ربات‌ها و کارهایی که انجام می‌دادند بر اساس یک سری فعالیت مشخص در محل کاملاً مشخص تعریف می‌شد. به این صورت که اگر قطعه یا بخش مورد نظر درست در مقابل ربات قرار نمی‌گرفت، محصول هم درست از خط تولید خارج نمی‌شد. با این تفاسیر یکی از جهش‌های این نوع از ربات‌ها، بینایی ربات یا Robot Vision بود که درک محیطی برای آنها ایجاد می‌کرد تا در شرایط جدید امکان تطبیق حرکت آنها وجود داشته باشد.
پس در این مرحله با اضافه کردن پردازش تصویر و تشخیص بهتر محیط ربات‌ها می‌توانستند کارهای سخت‌تر را دقیق‌تر انجام دهند. حال یکی از سوالات اصلی نحوه‌ی دقیق عملکرد پردازش تصویر و کارایی‌های آن در ربات‌هاست.
تکنیک‌های پایه پردازش تصویر در سیستم‌های رباتیک
روش‌ها و تکنیک‌های مختلفی از پردازش تصویر در ربات‌ها استفاده می‌شوند. ما سعی می‌کنیم با توضیح کلی در مورد این روش‌ها، مثال‌هایی از آن برای انواع ربات‌ها معرفی کنیم.
۱- افزایش کیفیت تصویر:
در این راهکار با افزایش هرچه بیشتر تصویر، ربات می‌تواند به راحتی تفسیر دقیقی از محیط داشته باشد. به طور مثال با افزایش رزولوشن و کنتراست تصویر، تشخیص اشیا در آن برای ربات‌ها بسیار ساده تر می‌شود.
۲- بازسازی و بازیابی تصویر:
از این راهکار برای ترمیم و بازیابی تصاویر آسیب دیده استفاده می‌شود. به این ترتیب به ربات‌ها می‌توان در تشخیص و ادراک محیطی آنها کمک کرد. به طور مثال با کاهش نویزهای تصویر، ربات‌ها درک بهتر و دقیق‌تری از محیط خواهند داشت.
۳- تقسیم بندی تصویر:
در این روش، فرآیند تقسیم تصویر به بخش‌های متعدد انجام می‌گیرد و از این طریق بخش‌های مشخص شده برای یک شی یا فعالیت مشخص در نظر گرفته می‌شود. به طور مثال ربات‌هایی که فعالیت متفاوتی در بخش‌های مختلف دارند می‌توانند بخش‌های مختلف تصاویر ورودی را به آن فعالیت اختصاص داده و متمرکزتر کارها را پیش ببرند. این تقسیم بندی همچنین می‌تواند به بازسازی و ساخت ۳بعدی فضا کمک کند که برای ربات‌های متحرک و جهت‌یابی آنها در محیط می‌تواند بسیار کارا باشد.
این تکنیک‌ها فقط بخشی از تکنیک‌های پایه‌ی پردازش تصویر است. اگر نیاز به داده‌های دقیق‌تری از این تکنولوژی دارید می‌توانید تمامی این اطلاعات را در مقاله پردازش تصویر مطالعه کنید.
تکنیک‌های پیشرفته در ربات‌ها
با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده‌تر و دقیق‌تر در پردازش تصویر، می‌توانید فضاهای جدیدی را در رباتیک ایجاد کرده و ربات‌ها با استفاده از آنها می‌توانند در محیط‌های پیچیده بهتر فعالیت کنند.
۱- تشخیص اشیا:
این قابلیت، توانایی یک ربات برای شناسایی و طبقه‌بندی اشیا مختلف است. معمولاً این روش به کمک تکنیک‌های یادگیری ماشین مانند یادگیری عمیق صورت می‌گیرد و به ربات این قابلیت را می‌دهد تا از طریق داده‌های آموزشی، اشیا مختلف را به کمک پردازش تصویر شناسایی کنند. برای این مورد مثال‌های متفاوتی وجود دارد اما یکی از بهترین آنها دستگاه سورتینگ هوشمند (دسته‌بندی هوشمند) است که با شناسایی انواع محصولات می‌تواند آنها را با دقت بالایی سورت یا مرتب و دسته‌بندی کند.
۲- تشخیص چهره:
منظور از این توانایی، امکان تشخیص هویت فرد توسط ربات در حین کار است. از این توانایی می‌توان در مسائل امنیتی و همچنین کمک شخصی استفاده کرد. با این روش ربات می‌تواند افراد را به سرعت شناسایی کرده و به کسانی که لازم است پاسخگو باشد. همچنین می‌تواند در بخش‌های امنیتی به حفظ امنیت کمک کرده و به کمک آنها ترددها کنترل شود.
۳- درک صحنه (Scene understanding):
در حال حاضر بسیاری از محصولات حوزه رباتیک توانایی درک بالایی در محیط دارند. این ویژگی شامل درک و تفسیر درست از فضای حاضر در آن است. به طور مثال ربات می‌تواند متوجه این موضوع شود که در یک خانه است یا در یک کارگاه، در خیابان است یا در فروشگاه. این مسئله کمک می‌کند تا توانایی انجام کارهای بیشتری را داشته باشد. این مورد به ربات کمک می‌کند تا در مسیرهای ناآشنا مسیریابی کرده و قدم بردارد و محیط‌های جدید را به بهترین نحو عمل کند.
به طور کلی تکنیک‌های پیشرفته در رباتیک برای درک درست ربات از اطراف خود بسیار حیاتی و ضروری است. این تکنیک‌ها کمک می‌کند تا ربات وظایفی مانند ناوبری، امنیت، کمک شخصی، دستکاری کردن و ... را به نحو دقیق‌تر و مستقل‌تر انجام دهند.
تکنیک‌های کنترلی در ربات‌ها
دسته‌ی دیگری از تکنیک‌ها به ربات کمک می‌کنند تا وظایف خود را با دقت بالاتری انجام دهند و کنترل دقیق‌تری روی حرکات خود داشته باشند. این تکنیک‌ها شامل موارد مختلفی مانند موارد زیر است.
۱- کنترل مبتنی بر تصویر (Image-based control):
این تکنیک یکی از کاربردهای اصلی پردازش تصویر در رباتیک است. این تکنیک به این صورت است که ربات بر اساس اطلاعات بصری دریافت شده از دوربین‌های خود کنترل می‌شود. به طور مثال در کارخانه‌ها بر اساس نحوه‌ای که محصول روبه‌روی ربات قرار می‌گیرد، نحوه‌ی رفتار ربات بر اساس آن تنظیم می‌شود. یا در وضعیت دیگری ربات می‌تواند بر اساس داده‌های تصویر ورودی محصول را به دقت از قسمت مشخصی از آن بگیرد و در نقطه‌ی مشخصی قرار دهد. به این ترتیب می‌تواند کارهای پیچیده‌تری را با توجه به پردازش تصاویر ورودی انجام دهد.
۲- سرویس دهی بصری (Visual servoing):
این تکنیک به این صورت است که ربات بر اساس تفاوت‌های موجود بین تصویر فعلی و تصویر مورد نظر عمل می‌کند. در واقع در این روش تشخیص تفاوت‌ها نسبت به یک نمونه‌ی استاندارد مدنظر است. به طور مثال در صنایع می‌توان یک محصول استاندارد ایجاد کرد و خطاها و مشکلات بقیه‌ی محصولات را در نسبت با آن توسط ربات‌ها تشخیص داد. البته این مورد کاربردهای متنوع دیگری هم در تشخیص نابهنجاری‌ها دارد.
۳- مکان سنجی بصری (Visual odometry):
این تکنیک به ربات کمک می‌کند تا بتواند بدون داشتن سنسورها بتواند محل خود را بر اساس تصاویر تخمین بزند. این تکنیک یکی از مهمترین موارد برای ربات‌هایی است که نیاز به حرکت در محیط دارند. با استفاده از آن ربات می‌تواند به طور کامل در محیط‌های مختلف بدون نیاز به سنسورها قدم بردارد.
به طور کلی این قبیل تکنیک‌ها به شما کمک می‌کند تا با استفاده از پردازش تصویر بتوانید کنترل ربات‌ها را به دست بگیرید. این تکنیک‌ها بسیار در صنایع پرکاربرد هستند و می‌توانند بسیاری از این صنعت‌ها را متحول کنند.
موارد استفاده از پردازش تصویر در رباتیک
در موارد مختلفی استفاده از این تکنولوژی می‌تواند کاربرد داشته باشد. از صنایع و کارخانه‌ها گرفته تا صنعت پزشکی می‌توانند از ربات‌هایی با فناوری پردازش تصویر استفاده کنند. ما در اینجا چند حوزه را بررسی می‌کنیم.
ربات‌های صنعتی:
در حال حاضر در کشورهای پیشرفته بیشتر ربات‌های صنعتی از پردازش تصویر استفاده می‌کنند. در آینده نزدیک احتمالاً بیشتر این ربات‌ها در سراسر دنیا به پردازش تصویر مجهز شوند. این مورد کمک می‌کند تا صنایع کارهای خود را اتوماسیون کرده و همچنین تا حد زیادی خطا را کاهش خواهند داد.
نظارت و امنیت:
یکی از کارهای اصلی که می‌توان انجام داد ایجاد ربات‌هایی برای امنیت و نظارت است. در حال حاضر پردازش تصویر به طور کلی برای امنیت استفاده می‌شود و محصولاتی مانند پلاک خوان و تشخیص هویت افراد را در اختیار قرار داده است اما ربات‌های امنیتی می‌توانند کمک جدی‌تری بکنند. شما می‌تواند با کمک این ربات‌ها محیط را به طور کامل ایمن سازی کرده و موارد مشکوک را پیگیری کنید.
ربات‌های جراح:
در سال‌های اخیر در مورد این نوع از ربات‌ها در سراسر دنیا از جمله ایران، مانند ربات سینا، شنیده‌اید. بسیاری از این موارد کاملاً توسط پزشک مدیریت می‌شوند و امکان خطا در آنها وجود دارد اما قطعاً در موارد جدیدتر شاهد نقش عمده پردازش تصویر در آنها خواهیم بود. در این موارد ربات به کمک فهم دقیق از تصاویر می‌تواند به پزشک کمک کند و تا حد ممکن خطاها را کاهش دهد. البته احتمالاً در مواردی که خطر جانی نداشته باشد، ممکن است ربات‌های خودکار را هم مشاهده کنیم که کارهای عمومی یک پزشک را انجام می‌دهد.
کشاورزی هوشمند:
در زمینه‌ی کشاورزی ربات‌ها می‌توانند بسیاری از فعالیت‌های مختلف را انجام دهند. بسیاری از فعالیت‌ها از ابتدای کاشت تا بسته‌بندی می‌تواند به کمک پردازش تصویر و ربات‌ها انجام گیرد.
ربات ورزشی:
یکی از مواردی که برای ورزشکاران می‌تواند جذاب باشد حریف‌های تمرینی یا همراه برای تمرین است. ربات می‌تواند با دقت بالایی به شما کمک کند تا ضعف‌های خود را بشناسید و با تمرین بیشتر خود را تقویت کنید.
آینده رباتیک با استفاده از پردازش تصویر
در بخش‌های مختلفی افراد سعی دارند ربات‌های مبتنی بر پردازش تصویر بیشتر و دقیق‌تر ایجاد کنند. در آینده نزدیک احتمالاً شاهد این خواهیم بود که بسیاری از صنایع بدون این تکنولوژی کار نخواهند کرد. همچنین بسیاری از جراحی‌ها بدون این ربات‌ها انجام نخواهد گرفت، کشاورزی بدون آنها پیش نخواهد رفت و امنیت بدون کمک آنها تامین نخواهد شد. همان طور که می‌توان این تصور را داشت که هوش مصنوعی در سال‌های آینده کارهای بزرگی انجام خواهد داد، می‌توان برای پردازش تصویر که یکی از فناوری‌های آن است هم چنین نتیجه‌ای گرفت.
نکات نهایی
در صورتی که در صنایع مختلف فعالیت می‌کنید، بهتر است زمینه‌های کاربردی رباتیک و پردازش تصویر را در صنعت خود پیدا کنید. ما تلاش کردیم تا در بخش‌های مختلف اطلاعات کاملی را در این زمینه در اختیار شما بگذاریم. با این حال در صورتی که به طور خاص در مورد کار خود نیاز به مشاوره دارید، می‌توانید از طریق فرم مشاوره با ما در ارتباط باشید.
۸ نمونه عملی کاربرد بینایی ماشین در صنعت
کاربرد حرفه‌ای بینایی ماشین در رباتیک
کاربرد پردازش تصویر در صنایع غذایی
سامانه فنس مجازی
نرم افزار کنترل و مدیریت تردد ارباب رجوع و مهمان دیدبان
نرم افزار پلاک خوان هوشمند خودرو دیدبان
نظرات