آموزش نورپردازی در بینایی ماشین و پردازش تصویر

متخصصان بینایی ماشین بر این باور هستند که انتخاب منبع نور یا lighting ، چالش برانگیزترین قسمت در سیستم های بینایی ماشین است. اگر لایت به درستی انتخاب شود فرایند برنامه نویسی خیلی ساده خواهد شد و با انتخاب نادرست لایت خیلی اوقات قادر به حل مسئله نیستیم.

متاسفانه اهمیت انتخاب لایت درست در کشور ما چندان درک نشده است. تحلیل و آنالیز بسیاری از پروژه های داخلی نشان می دهد که مشکل اساسی آنها در انتخاب لایت بوده است. در واقع آنها شروع به طراحی سیستمی می کنند بدون اینکه آنالیزهای کافی و لازم برای انتخاب لایت را انجام داده باشد. همین امر باعث می شود هم کدنویسی آنها پیچیده تر شود هم مسئله زمان بندی آنها و در نهایت شکست بخورند. به هر حال مسئله ی انتخاب نور در اجسام مات و غیر براق و همچنین اجسام مسطح آسان تر انجام می گیرد. در این مقاله نکات اساسی نورپردازی در سیستم های بینایی ماشین را به شما آموزش خواهیم داد.

برای ثبت نام در “دوره آموزشی بینایی ماشین با نرم افزار هالکن ” اینجا کلیک کنید.

1- آموزش انواع منابع نور در بینایی ماشین

در پردازش تصویر منبع های مختلف و گوناگونی به کار برده می شود ما در مقاله معرفی 5 منبع نور مهم در  بینایی ماشین و پردازش تصویر  انواع مختلف لایت های پرکاربرد را شرح داده ایم. مطالعه این مقاله می تواند بر دانش تخصصی شما را در انتخاب منابع ها کمک کند. در تصویر زیر تعدادی از این منابع نور نمایش داده شده اند. مثلا اگر به دنبال نورپردازی فلزات باشید منبع نور گنبدی عالی است. برای اجسام گرد مثل واشر، رینگ لایت می تواند یک گزینه خوب باشد. چنانچه دنبال بررسی یک جسم شفاف هستید Back Light گزینه مناسبی است. برای روشن کردن یک سطح مات غیر براق می توانید از منبع نور صفحه ای یا لایت خطی استفاده نمایید.

2- آموزش روشهای نور پردازی

شناخت تکنیک های نورپردازی یکی از قدم های اساسی در انتخاب نور در سیستم های بینایی ماشین است. ما در مقاله تکنیک های نور پردازی در سیستم های بینایی ماشین انواع روشهای نور پردازی در بینایی ماشین را توضیح داده ایم. بسته به اینکه به دنبال چه چیزی در تصویر هستید می توانید تکنیک نورپردازی مورد نظر خود را انتخاب نمایید.

به عنوان نمونه تصویر زیر را در نظر بگیرید. تصویر برد چاپی با تکنیک های مختلف نورپردازی گرفته شده است. اگر هدف شما در بررسی برد چاپی پیدا کردن سوراخ ها، شمارش پایه ها و یا بررسی مرز بیرونی آن باشد می توانید از تکنیک نورپردازی از پشت استفاده نمایید. در حالی که برای خواندن اعداد روی برد چاپی نور پردازی به شیوه میدان تاریک می تواند کنتراست خوبی ایجاد کند. در نورپردازی از جلو، با رینگ لایت بازتاب شدیدی روی سطح ایجاد شده و مرز برد چاپی با پس زمینه قابل تشخیص نیست. با دقت در تصاویر می توانید به جزییات بیشتری دست پیدا کنید.

3- نورپردازی در سیستم های مشابه بینایی ماشین را بررسی کنید.

یکی از روشهای اینکه بتوانید لایت مورد نظر خود را انتخاب کنید این است که از نمونه های مشابه کمک بگیرید. به عنوان نمونه فرض کنید می خواهیم در یک خط تولید وجود درب بطری را چک کنیم. کافی است با عبارت “inspection Bottle Cap ” در گوگل به جستجوی نمونه های مشابه بپردازیم. تصویر زیر یکی از نتایج عکس های گوگل برای جست و جوی عبارت ذکر شده است. چنانچه با تکنیک های نورپردازی آشنا باشید با دقت در تصویر متوجه می شویم که تصویر با Back Light گرفته شده است. شما به همین سادگی می توانید یک قدم به انتخاب آنچه می خواهید نزدیک شوید. برای جستجوی دقیق تر سری به سایت های خارجی بزنید و اطلاعات کامل تری از آن پیدا کنید.

دقت کنید که در برخی موارد نمونه مشابه یا وجود ندارد یا اگر وجود دارد اطلاعات آن قابل دسترسی نیست. بدیهی است شرکت های تخصصی در زمینه ی سیستم های ویژن سعی دارند به گونه ای محصول خود را معرفی کنند که نتوان آن را مهندسی معکوس نمود .

4-  انواع روشهای نورپردازی در بینایی ماشین را تست کنید.

انتخاب منبع نور در سیستم بینایی ماشین هم نیازمند تجربه است هم تست. در بسیاری از شرکت های تخصصی پردازش تصویر در دنیا یک اتاقی به نام اتاق تست وجود دارد که در آن انواع نورها وجود دارد. بدین ترتیب متخصصان نورپردازی در سیستم های بینایی ماشین انواع لایت ها را برای گرفتن یک تصویر خوب تست می کنند و نتایج را ذخیره برای مقایسه ذخیره می کنند. علاوه بر آن این شرکت ها یک آرشیو کامل از تست های خود را نگهداری می کنند این آرشیو یک منبع خوب برای انتخاب لایت در اختیار آنها قرار می دهد. به عنوان نمونه:

به هر حال مسئله انتخاب نور در اجسام مات و غیر براق و همچنین اجسام مسطح آسان تر انجام می گیرد.

5- از سایت های سازنده لایت های ویژن استفاده نمایید.

می توانید به سایت های سازنده حرفه ای لایت سری بزنید و در آنها دانش خود در زمینه نور پردازی سیستم های بینایی ماشین را بیشتر کنید. به عنوان مثال تصویر خواندن بارکد از روی بسته بندی متعلق به یک سایت تخصصی سازنده لایت است. اگر به قسمت Application در این سایت سری بزنید تصویر های مشابه زیادی در صنایع خودرویی ، دارویی ، بسته بندی و… ارائه داده است. دیدن این عکس ها به شما در شناخت عکس مطلوب برای پردازش و نامطلوب کمک زیادی می کند.

6- تاثیر نورپردازی روی تصویر را بررسی کنید.

ممکن است از منظر چشم انسان عکس برای پردازش خیلی خوب بنظر برسد اما از لحاظ الگوریتم نه؛ بنابراین به چشمان خود اعتماد نکنید. همچنین چشمان انسان کنتراست را به درستی تشخیص نمی دهد، پس عکس خوب عکسی است که الگوریتم پردازش تصویر به خوبی روی آن جواب دهد نه اینکه به نظر چشم  انسان عکس خوبی بیاید.

7- انتخاب منبع نور بینایی ماشین

مسئله انتخاب لایت این نیست که محصول فقط روشن شود. قضیه این است که لایت را طوری انتخاب کنیم که به راحتی با برنامه نویسی محصول سالم و خراب را تشخیص دهیم. تجربه ما نشان داده است که یکی از دلایل موفق نشدن بسیاری از پروژه هایی که شرکت های داخلی انجام میدهند انتخاب نادرست لایت است.

بگذارید کمی قضیه را بشکافم فرض کنید در یک سیستم ویژن ممکن است از هر 1000 محصول به طور آماری فقط 3 محصول خراب باشند و ما به دنبال تشخیص آن باشیم. این بدان معنی است که 997 محصول سالم خواهیم داشته و 3 محصول خراب. از طرفی برای تولید کننده هم پیدا کردن هر 3 محصول خراب بشدت اهمیت دارد. پس ما باید به گونه ای لایت انتخاب کنیم که بتوانیم با برنامه نویسی 997 محصول سالم را از 3 محصول خراب به راحتی تشخیص دهیم. بنابراین درصد خطای برنامه تقریبا باید صفر باشد.

8- مقایسه انواع روشهای نور پردازی

وقتی با فلزات ، اجسام درخشنده و یا عیب های خاص در محصولات مواجه می شویم فرآیند انتخاب یک لایت گاهی خیلی زمان بر می شود و ممکن است در این راه گامهای زیادی از جمله ، تحقیق ، تست ، برنامه نویسی و… انجام داده باشیم. بنابراین نیاز است تا تمامی موارد را یادداشت نماییم تا در نهایت بتوانیم از روی آنها تصمیم گیری نماییم. وقتی با انواع نورهای مختلف تست می کنید حتما عکس ها را ذخیره نمایید.

به عنوان نمونه ما در تیم ویژن سیستم با هدف جدا کردن درب بطری از پس زمینه تصاویر زیر را با نورپردازی در حالت های مختلف ذخیره کرده ایم تا تک تک تصاویر را برای گرفتن بهترین جواب مورد آنالیز قرار دهیم.

دقت کنید نور پردازی فقط بخشی از نتایجی است که باید آن را برای انجام یک پروژه یادداشت نمایید. در فرآیند انجام پروژه همه چیز باید ثبت گردد از مشاهدات در موقع بازدید ، از محل پروژه گرفته تا نحوه آنالیز و انتخاب دوربین ، لایت ، پردازنده و…

ممکن است نتیجه تمام آنالیزهای ما این باشد که نمی توانیم مسئله را حل کنیم ، اینجا کار کمی مشکل می شود چرا که در بسیاری از موارد توجیه اینکه این پروژه از حوزه دانش ما خارج است برای سرمایه داران شرکت ها و افراد غیر فنی که از منافع مالی پروژه سود می برند مشکل است.

9- مشاوره تخصصی بگیرید

برای گرفتن مشاوره ابتدا فرد مورد نظر خود را پیدا کنید. اما فقط کسانی می توانند به خوبی به شما مشاوره دهند که تجربه کار در زمینه سیستم های ویژن را داشته باشند. اجازه دهید مطلب را بیشتر برای شما توضیح دهم. برخی از برنامه نویسان پردازش تصویر تصور می کنند که مشاوره عکاسان می تواند مفید باشد در صورتی که دانش عکاسی و عکاسی صنعتی نهایتا 10 درصدی دانشی است که برای انتخاب لایت نیاز است و کلید 90 درصد دیگر در دست کسانی است که علاوه بر کسب دانش تخصصی در حوزه لایت های سیستم های ویژن ، سالها با انتخاب لایت در حوزه های گوناگون دست و پنجه نرم کرده اند. خلاصه کلام آنکه Lighting در دنیا یک فیلد تخصصی است. یعنی همانطور که برنامه نویسی پردازش تصویر یک فیلد تخصصی است، نور پردازی آن هم یک فیلد تخصصی است.

10- اهمیت محیط نصب لایت در نور پردازی سیستم های بینایی ماشین

هنگام بازدید از یک پروژه سوالات زیر را از خود بپرسید.

1- آیا فضای کافی برای نصب تجهیزات وجود دارد؟

در برخی موارد نداشتن فضای کافی می تواند مشکل ساز باشد. هر کدام از منابع نور بسته به ابعاد و فاصله کاریشان نیاز به فضای خاص خودشان را دارند. ممکن است به دلیل نداشتن فضای کافی نتوانیم از برخی لایت ها استفاده کنیم. به هر صورت در مرحله طراحی فضای کافی را در نظر داشته باشید.

2- آیا در محیط گرد و غبار و آلودگی وجود دارد؟

اگر در محیط آلودگی وجود داشته باشد نیاز است تجهیزات در معرض آلودگی به صورت دوره ای تمیز شوند طول دوره بستگی به میزان آلودگی دارد. البته لازم به ذکر است در برخی از سیستم های ویژن این فرآینده به صورت اتوماتیک تعبیه شده است. به هر حال در مرحله اول بایستی میزان آلودگی را تشخیص دهید.

3- آیا آلودگی نوری داریم؟

گاهی نور محیطی کار ما را خراب می کند. مثلا در یکی از پروژه ها ما به موردی بر خوردیم که میزان خطای دستگاه زیاد شده بود . از طرفی تمام بررسی های ما نشان از صحت عملکرد دستگاه می داد. بالاخره متوجه شدیم که وجود نویز ناشی از روشنایی مورد استفاده در طول شب موجب این خطا شده است.

برای جلوگیری از آلودگی نور در سیستم های بینایی ماشین و پردازش تصویر از یک Dark room (جعبه تاریک) استفاده می کنیم.

نکته: برای اینکه بفهمیم یک منبع نور نویز دارد یا خیر کافی است که با استفاده از دوربین گوشی خود آن منبع نور را ببینیم . اگر روشنایی در تصویر ثابت بود یعنی نویز نداریم ولی اگر در تصویر حرکات نور قابل مشاهده بود و اصطلاحا تصویر “پِرپِر” می کرد یعنی منبع نورمان نویز دارد.

مطالب تکمیلی در آموزش نورپردازی در بینایی ماشین

و بالاخره سخن آخر اینکه ممکن است تمام تحلیل های بالا را انجام دهید اما نتوانید به یک تصویر مناسب برای حل پروژه دست پیدا کنید. در این صورت دو حالت ممکن است:

حالت اول : مسئله قابل حل است و نیاز به تست های بیشتری دارد.

شاید شما همه چیز را بررسی نکرده باشید. ممکن است نیاز باشد تا پس زمینه تصویر برداری را تغییر دهید. ممکن است نیاز باشد تا همزمان از نور جلو و پشت با هم استفاده کنید. یا دوربین و لنز بایستی تغییر کنند و یا ممکن است حل مسئله شما نیاز به پردازش سه بعدی داشته باشد .

حالت دوم : مسئله قابل حل نیست.

ممکن است نتیجه تمام آنالیز های شما دلالت بر این موضوع کند که مسئله قابل حل نیست. از این دست مسائل در دنیایی بینایی ماشین فراوان هستند. مثلا یکی از تولید کنندگان ظروف شیشه ای در داخل می خواست شکستگی های ریز روی شیشه را تشخیص دهد ما بعد از بررسی و تست های اولیه لایت متوجه شدیم که تقریبا تمام محصولات این تولید کننده دارای عیوب زیادی از قبیل گره، موج و.. است اما تولید کننده فقط به دنبال پیدا کردن شکستگی های ریز بود. نتایج آنالیز ها تصویرها به ما نشان داد که ایراداتی از قبیل موج گره و … باعث می شود که در برخی تصاویر شکستگی قابل دیدن نباشد و نمی توان فقط شکستی را دید.

معرفی 5 منبع نور مهم در بینایی ماشین و پردازش تصویر

آموزش روش های نورپردازی در بینایی ماشین و پردازش تصویر

سیستم بینایی ماشین چیست و چگونه کار می کند؟