मशीन दृष्टि

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1983 से अर्ली ऑटोमैटिक्स (अब ओमरोन का हिस्सा ) मशीन विजन सिस्टम ऑटोविज़न II को एक ट्रेड शो में प्रदर्शित किया जा रहा है। तिपाई पर कैमरा स्क्रीन पर दिखाई गई बैकलिट छवि बनाने के लिए एक प्रकाश तालिका पर नीचे की ओर इशारा कर रहा है, जिसे बाद में ब्लॉब निष्कर्षण के अधीन किया जाता है ।

मशीन विजन ( एमवी ) आमतौर पर उद्योग में स्वचालित निरीक्षण, प्रक्रिया नियंत्रण और रोबोट मार्गदर्शन जैसे अनुप्रयोगों के लिए इमेजिंग- आधारित स्वचालित निरीक्षण और विश्लेषण प्रदान करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक और विधियां है। मशीन विजन कई तकनीकों, सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर उत्पादों, एकीकृत प्रणालियों, कार्यों, विधियों और विशेषज्ञता को संदर्भित करता है। सिस्टम इंजीनियरिंग अनुशासन के रूप में मशीन विजन को कंप्यूटर विज़न से अलग माना जा सकता है , जो कंप्यूटर साइंस का एक रूप है. यह मौजूदा तकनीकों को नए तरीकों से एकीकृत करने और वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल करने के लिए उन्हें लागू करने का प्रयास करता है। यह शब्द औद्योगिक स्वचालन वातावरण में इन कार्यों के लिए प्रचलित है, लेकिन इन कार्यों के लिए सुरक्षा और वाहन मार्गदर्शन जैसे अन्य वातावरणों में भी इसका उपयोग किया जाता है।

समग्र मशीन विज़न प्रक्रिया में आवश्यकताओं और परियोजना के विवरण की योजना बनाना और फिर एक समाधान तैयार करना शामिल है। रन-टाइम के दौरान, प्रक्रिया इमेजिंग के साथ शुरू होती है, इसके बाद छवि का स्वचालित विश्लेषण और आवश्यक जानकारी का निष्कर्षण होता है।

परिभाषा

"मशीन विज़न" शब्द की परिभाषाएँ अलग-अलग हैं, लेकिन सभी में छवि प्रसंस्करण के विपरीत, स्वचालित आधार पर एक छवि से जानकारी निकालने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक और विधियाँ शामिल हैं , जहाँ आउटपुट एक और छवि है। निकाली गई जानकारी एक साधारण गुड-पार्ट/बैड-पार्ट सिग्नल हो सकती है, या छवि में प्रत्येक ऑब्जेक्ट की पहचान, स्थिति और अभिविन्यास जैसे डेटा का एक जटिल सेट हो सकता है। सुरक्षा निगरानी और वाहन मार्गदर्शन के लिए सूचना का उपयोग स्वचालित निरीक्षण और रोबोट और उद्योग में प्रक्रिया मार्गदर्शन जैसे अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। [१] [२] [३] इस क्षेत्र में बड़ी संख्या में प्रौद्योगिकियां, सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर उत्पाद, एकीकृत सिस्टम, क्रियाएं, विधियां और विशेषज्ञता शामिल हैं। [३] [४] औद्योगिक स्वचालन अनुप्रयोगों में इन कार्यों के लिए मशीनी दृष्टि व्यावहारिक रूप से एकमात्र शब्द है; सुरक्षा और वाहन मार्गदर्शन जैसे अन्य वातावरणों में इन कार्यों के लिए यह शब्द कम सार्वभौमिक है। एक सिस्टम इंजीनियरिंग अनुशासन के रूप में मशीन विजन को कंप्यूटर विज़न से अलग माना जा सकता है , जो बुनियादी कंप्यूटर विज्ञान का एक रूप है ; मशीन विजन मौजूदा तकनीकों को नए तरीकों से एकीकृत करने और वास्तविक दुनिया की समस्याओं को हल करने के लिए उन्हें इस तरह से लागू करने का प्रयास करता है जो औद्योगिक स्वचालन और इसी तरह के अनुप्रयोग क्षेत्रों की आवश्यकताओं को पूरा करता है। [३] : [५] इस शब्द का प्रयोग व्यापक अर्थों में व्यापार शो और व्यापार समूहों जैसे कि स्वचालित इमेजिंग एसोसिएशन और यूरोपीय मशीन विजन एसोसिएशन द्वारा भी किया जाता है। यह व्यापक परिभाषा उन उत्पादों और अनुप्रयोगों को भी शामिल करती है जो अक्सर छवि प्रसंस्करण से जुड़े होते हैं। [४] मशीन विजन के लिए प्राथमिक उपयोग स्वचालित निरीक्षण और औद्योगिक रोबोट / प्रक्रिया मार्गदर्शन हैं। [६] [७] : ६-१० [८] मशीन विजन की शब्दावली देखें ।

इमेजिंग आधारित स्वचालित निरीक्षण और छँटाई

मशीन दृष्टि के लिए प्राथमिक उपयोग इमेजिंग-आधारित स्वचालित निरीक्षण और छँटाई और रोबोट मार्गदर्शन हैं।; [६] [७] : ६-१० इस खंड में पूर्व को "स्वचालित निरीक्षण" के रूप में संक्षिप्त किया गया है। समग्र प्रक्रिया में आवश्यकताओं और परियोजना के विवरण की योजना बनाना और फिर समाधान तैयार करना शामिल है। [९] [१०] यह खंड समाधान के संचालन के दौरान होने वाली तकनीकी प्रक्रिया का वर्णन करता है।

संचालन के तरीके और क्रम

ऑपरेशन के स्वचालित निरीक्षण अनुक्रम में पहला कदम एक छवि का अधिग्रहण है , आमतौर पर कैमरे, लेंस और प्रकाश व्यवस्था का उपयोग करके जिसे बाद के प्रसंस्करण के लिए आवश्यक भेदभाव प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। [११] [१२] उनमें विकसित एमवी सॉफ्टवेयर पैकेज और प्रोग्राम फिर आवश्यक जानकारी निकालने के लिए विभिन्न डिजिटल इमेज प्रोसेसिंग तकनीकों को नियोजित करते हैं, और अक्सर निकाली गई जानकारी के आधार पर निर्णय लेते हैं (जैसे पास / असफल)। [13]

उपकरण

एक स्वचालित निरीक्षण प्रणाली के घटकों में आमतौर पर प्रकाश व्यवस्था, एक कैमरा या अन्य इमेजर, एक प्रोसेसर, सॉफ्टवेयर और आउटपुट डिवाइस शामिल होते हैं। [७] : ११-१३

इमेजिंग

इमेजिंग डिवाइस (जैसे कैमरा) या तो मुख्य इमेज प्रोसेसिंग यूनिट से अलग हो सकता है या इसके साथ संयुक्त हो सकता है, इस स्थिति में संयोजन को आमतौर पर स्मार्ट कैमरा या स्मार्ट सेंसर कहा जाता है । [१४] [१५] पूर्ण प्रोसेसिंग फ़ंक्शन को उसी बाड़े में शामिल करना, जैसा कि कैमरा को अक्सर एम्बेडेड प्रोसेसिंग के रूप में संदर्भित किया जाता है। [१६] अलग होने पर, कनेक्शन को एनालॉग या मानकीकृत डिजिटल इंटरफेस ( कैमरा लिंक , कोएक्सप्रेस ) का उपयोग करके कंप्यूटर के भीतर विशेष इंटरमीडिएट हार्डवेयर, एक कस्टम प्रोसेसिंग उपकरण, या एक फ्रेम ग्रैबर से जोड़ा जा सकता है । [१७] [१८] [१९] [२०]एमवी कार्यान्वयन फायरवायर , यूएसबी या गिगाबिट ईथरनेट इंटरफेस के माध्यम से कंप्यूटर से सीधे कनेक्शन (बिना फ्रेमग्रैबर के) में सक्षम डिजिटल कैमरों का भी उपयोग करते हैं । [20] [21]

जबकि एमवी में पारंपरिक (2डी दृश्य प्रकाश) इमेजिंग का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है, विकल्पों में मल्टीस्पेक्ट्रल इमेजिंग , हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग , विभिन्न इन्फ्रारेड बैंड इमेजिंग, [२२] लाइन स्कैन इमेजिंग, सतहों की ३डी इमेजिंग और एक्स-रे इमेजिंग शामिल हैं। [६] एमवी २डी दृश्य प्रकाश इमेजिंग के भीतर मुख्य अंतर मोनोक्रोमैटिक बनाम रंग, फ्रेम दर , रिज़ॉल्यूशन हैं, और इमेजिंग प्रक्रिया पूरी छवि पर एक साथ है या नहीं, यह चलती प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त बनाती है। [23]

यद्यपि मशीन दृष्टि अनुप्रयोगों के विशाल बहुमत को द्वि-आयामी इमेजिंग का उपयोग करके हल किया जाता है, 3 डी इमेजिंग का उपयोग करने वाले मशीन दृष्टि अनुप्रयोग उद्योग के भीतर एक बढ़ती हुई जगह हैं। [२४] [२५] ३डी इमेजिंग के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि स्कैनिंग आधारित त्रिभुज है जो इमेजिंग प्रक्रिया के दौरान उत्पाद या छवि की गति का उपयोग करती है। एक लेज़र को किसी वस्तु की सतहों पर प्रक्षेपित किया जाता है। मशीन विजन में इसे स्कैनिंग गति के साथ पूरा किया जाता है, या तो वर्कपीस को स्थानांतरित करके, या कैमरा और लेजर इमेजिंग सिस्टम को स्थानांतरित करके। रेखा को कैमरे द्वारा एक अलग कोण से देखा जाता है; रेखा का विचलन आकार भिन्नताओं का प्रतिनिधित्व करता है। एकाधिक स्कैन से लाइनें एक गहराई के नक्शे या बिंदु बादल में इकट्ठी की जाती हैं । [26] स्टीरियोस्कोपिक दृष्टि का उपयोग विशेष मामलों में किया जाता है जिसमें एक जोड़ी कैमरों के दोनों दृश्यों में मौजूद अनूठी विशेषताएं शामिल होती हैं। [२६] मशीन विजन के लिए इस्तेमाल की जाने वाली अन्य ३डी विधियां उड़ान का समय और ग्रिड आधारित हैं। [२६] [२४] एक तरीका ग्रिड सरणी आधारित सिस्टम है जो माइक्रोसॉफ्ट किनेक्ट सिस्टम द्वारा २०१२ में नियोजित छद्म यादृच्छिक संरचित प्रकाश प्रणाली का उपयोग करता है। [२७] [२८]

इमेज प्रोसेसिंग

एक छवि प्राप्त करने के बाद, इसे संसाधित किया जाता है। [१९] केंद्रीय प्रसंस्करण कार्य आम तौर पर एक सीपीयू , एक जीपीयू , एक एफपीजीए या इनके संयोजन द्वारा किया जाता है । [१६] गहन शिक्षण प्रशिक्षण और अनुमान उच्च प्रसंस्करण प्रदर्शन आवश्यकताओं को लागू करते हैं। [29] प्रसंस्करण के कई चरणों का आमतौर पर एक क्रम में उपयोग किया जाता है जो वांछित परिणाम के रूप में समाप्त होता है। एक विशिष्ट क्रम ऐसे उपकरणों से शुरू हो सकता है जैसे फिल्टर जो छवि को संशोधित करते हैं, उसके बाद वस्तुओं का निष्कर्षण, फिर उन वस्तुओं से डेटा का निष्कर्षण (जैसे माप, कोड पढ़ना), उसके बाद उस डेटा को संप्रेषित करना, या लक्ष्य मूल्यों के साथ इसकी तुलना करना। "पास/असफल" परिणाम बनाएं और संवाद करें। मशीन दृष्टि छवि प्रसंस्करण विधियों में शामिल हैं;

  • सिलाई / पंजीकरण : आसन्न 2डी या 3डी छवियों का संयोजन। [ उद्धरण वांछित ]
  • फ़िल्टरिंग (जैसे रूपात्मक फ़िल्टरिंग ) [30]
  • थ्रेसहोल्डिंग: थ्रेसहोल्डिंग एक ग्रे मान को सेट करने या निर्धारित करने के साथ शुरू होता है जो निम्नलिखित चरणों के लिए उपयोगी होगा। तब मान का उपयोग छवि के कुछ हिस्सों को अलग करने के लिए किया जाता है, और कभी-कभी छवि के प्रत्येक भाग को केवल काले और सफेद रंग में बदलने के लिए उपयोग किया जाता है, चाहे वह उस ग्रेस्केल मान से नीचे या ऊपर हो। [31]
  • पिक्सेल गिनती: प्रकाश या अंधेरे पिक्सेल की संख्या की गणना करता है [ उद्धरण वांछित ]
  • विभाजन : एक छवि के प्रतिनिधित्व को सरल और/या बदलने के लिए एक डिजिटल छवि को कई खंडों में विभाजित करना जो अधिक सार्थक और विश्लेषण करने में आसान हो। [३२] [३३]
  • एज डिटेक्शन : ऑब्जेक्ट किनारों को ढूंढना [34]
  • रंग विश्लेषण: रंग का उपयोग करके भागों, उत्पादों और वस्तुओं की पहचान करें, रंग से गुणवत्ता का आकलन करें और रंग का उपयोग करके सुविधाओं को अलग करें । [6]
  • ब्लॉब डिटेक्शन और एक्सट्रैक्शन : इमेज लैंडमार्क के रूप में कनेक्टेड पिक्सल (जैसे ग्रे ऑब्जेक्ट में ब्लैक होल) के असतत ब्लॉब्स के लिए एक इमेज का निरीक्षण करना। [35]
  • न्यूरल नेट / डीप लर्निंग / मशीन लर्निंग प्रोसेसिंग: वेटेड और सेल्फ-ट्रेनिंग मल्टी-वेरिएबल डिसीजन मेकिंग [३६] सर्का २०१ ९ में मशीन विजन क्षमताओं का काफी विस्तार करने के लिए डीप लर्निंग और मशीन लर्निंग का उपयोग करते हुए इसका एक बड़ा विस्तार है।
  • टेम्पलेट मिलान सहित पैटर्न पहचान । विशिष्ट पैटर्न ढूँढना, मिलान करना और/या गिनना। इसमें किसी वस्तु का स्थान शामिल हो सकता है जिसे घुमाया जा सकता है, किसी अन्य वस्तु द्वारा आंशिक रूप से छिपाया जा सकता है, या आकार में भिन्न हो सकता है। [37]
  • बारकोड , डेटा मैट्रिक्स और " 2डी बारकोड " पढ़ना [38]
  • ऑप्टिकल कैरेक्टर रिकग्निशन : सीरियल नंबर जैसे टेक्स्ट का ऑटोमेटेड रीडिंग [39]
  • गेजिंग/मेट्रोलॉजी : वस्तु आयामों का मापन (जैसे पिक्सल , इंच या मिलीमीटर में ) [40]
  • "पास या असफल" या "गो/नो गो" परिणाम निर्धारित करने के लिए लक्ष्य मानों के विरुद्ध तुलना। उदाहरण के लिए, कोड या बार कोड सत्यापन के साथ, पठन मान की तुलना संग्रहीत लक्ष्य मान से की जाती है। मापन के लिए, माप की तुलना उचित मान और सहनशीलता से की जाती है। अल्फा-नंबरिक कोड के सत्यापन के लिए, OCR'd मान की तुलना उचित या लक्ष्य मान से की जाती है। दोषों के निरीक्षण के लिए, दोषों के मापा आकार की तुलना गुणवत्ता मानकों द्वारा अनुमत अधिकतम से की जा सकती है। [38]

आउटपुट

स्वचालित निरीक्षण प्रणालियों से एक सामान्य आउटपुट पास/असफल निर्णय है। [१३] ये निर्णय बदले में उन तंत्रों को ट्रिगर कर सकते हैं जो विफल वस्तुओं को अस्वीकार करते हैं या अलार्म बजाते हैं। अन्य सामान्य आउटपुट में रोबोट मार्गदर्शन प्रणाली के लिए ऑब्जेक्ट स्थिति और अभिविन्यास जानकारी शामिल है। [६] इसके अतिरिक्त, आउटपुट प्रकारों में संख्यात्मक माप डेटा, कोड और वर्णों से पढ़ा गया डेटा, वस्तुओं की गणना और वर्गीकरण, प्रक्रिया या परिणामों का प्रदर्शन, संग्रहीत छवियां, स्वचालित अंतरिक्ष निगरानी एमवी सिस्टम से अलार्म और प्रक्रिया नियंत्रण संकेत शामिल हैं। [९] [१२] इसमें यूजर इंटरफेस, मल्टी-कंपोनेंट सिस्टम के एकीकरण के लिए इंटरफेस और स्वचालित डेटा इंटरचेंज भी शामिल हैं। [41]

इमेजिंग आधारित रोबोट मार्गदर्शन

मशीन विजन आमतौर पर रोबोट को स्थान और अभिविन्यास की जानकारी प्रदान करता है ताकि रोबोट उत्पाद को ठीक से समझ सके। इस क्षमता का उपयोग गति को निर्देशित करने के लिए भी किया जाता है जो रोबोट की तुलना में सरल है, जैसे कि 1 या 2 अक्ष गति नियंत्रक। [६] समग्र प्रक्रिया में आवश्यकताओं और परियोजना के विवरण की योजना बनाना और फिर एक समाधान तैयार करना शामिल है। यह खंड समाधान के संचालन के दौरान होने वाली तकनीकी प्रक्रिया का वर्णन करता है। अंतिम परिणाम के रूप में स्थिति और अभिविन्यास जानकारी प्रदान करने पर ध्यान देने के अलावा कई प्रक्रिया चरण स्वचालित निरीक्षण के समान हैं। [6]

बाजार

हाल ही में २००६ में, एक उद्योग सलाहकार ने बताया कि एमवी ने उत्तरी अमेरिका में १.५ अरब डॉलर के बाजार का प्रतिनिधित्व किया। [४२] हालांकि, एक एमवी व्यापार पत्रिका के प्रधान संपादक ने जोर देकर कहा कि "मशीन दृष्टि एक उद्योग नहीं है" बल्कि "उन प्रौद्योगिकियों और उत्पादों का एकीकरण जो सेवाओं या अनुप्रयोगों को प्रदान करते हैं जो मोटर वाहन या जैसे सच्चे उद्योगों को लाभ पहुंचाते हैं। उपभोक्ता वस्तुओं का निर्माण, कृषि और रक्षा।" [४]

यह भी देखें

  • मशीन दृष्टि शब्दावली
  • फ़ीचर डिटेक्शन (कंप्यूटर विजन)
  • अग्रभूमि का पता लगाना
  • विजन प्रोसेसिंग यूनिट
  • ऑप्टिकल छँटाई

संदर्भ

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