آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

مقاله دانلود مقاله آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی تحقیق مقاله مقاله ماشین بینایی و پردازش تصویر مقالات بینایی ماشین دانلود مقاله بینایی ماشین مقاله درمورد بینایی ماشین مقالات کنفرانس بینایی ماشین دانلود مقالات بینایی ماشین دانلود رایگان مقاله بینایی ماشین مقاله در مورد بینایی ماشین تحقیق در مورد بینایی ماشین مقاله ای در مورد بینایی ماشین

پیشگفتار:
با ساخت وسایل الکترو مغنا طیسی نظیر انواع الکتروموتورها، بوبین ها ،رله ها وغیریه ،انسان قادر شد با بهره گیری از الکترونیک  ، کنترل ابزارهای مکانیکی را در دست گیرد و سر انجام با پیدایش میکرو پروسسورها و با توجه به توانایی آنها در پردازش اطلاعات و اعمال کنترلی و همچنین قابلیت مهم برنامه پذیر بودن آنها تحول شگرفی در ساخت تجهیزات الکترونیکی و صنعتی وغیره به‌وجودآمد.
پیشرفت ها و تحولات اخیر باعث پیدایش اتوماسیون صنعتی شده که در بسیاری از موارد جایگزین نیروی انسانی می گردد.به عنوان نمونه انجام امور سخت در معادن و یا کارخانه ها و یا کارهایی که نیازمند دقت وسرعت بالا می‌باشد و یا انجام آن برای نیروی انسانی خطر آفرین است به انواع دستگاهها و رباتها سپرده شده است. همچنین با پیشرفت الکترونیک در زمینه ساخت سنسورها . بالا رفتن دقت آن ها،  امروزه انواع گوناگونی از حس گرها در دنیا تولید می شود که در ساخت رباتها و در زمینه اتوماسیون نقش مهمی را ایفا می‌کنند.
در این مقاله پس از مباحثی در مورد  پردازش دیجیتالی تصویر ، معرفی میکرو کنترلر ۸۰۵۱  بصورت مختصر و در حد نیاز و بخش کوچکی در مورد استپ موتورها  به طراحی وپیاده سازی نمونه ای کوچک از یک ماشین مسیر یاب پرداخته شده است .شایان ذکر است که مطالب مربوط به طراحی وساخت ماشین بگونه ای بیان شده که توسط هر فردی که آشنایی مختصری با میکرو کنترلرها داشته باشد، قابل پیاده سازی است.
در خاتمه از استاد گرانقدر جناب آقای همایون موتمنی و نیز تمام کسانی که  در این امر مرا یاری دادند، از جمله مهندس فیض ا… خاکپور و نیز دوست عزیزم مهدی جعفری ، تشکر و قدردانی می نمایم.

فصل اول

آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی
۱-۱کلیات
تکنولوژی ماشین بینایی وتصویر بر داری دیجیتالی شامل فرایند هایی است که نیازمند بکارگیری علوم مختلف مهندسی نرم افزار کامپیوتر می باشد این فرایند را می توان به  چند دسته اصلی تقسیم نمود :
۱-    ایجاد تصویر به شکل دیجیتالی
۲-    بکارگیری تکنیکهای کامپیوتری جهت پردازش ویا اصلاح داده های تصویری
۳-    بررسی و استفاده از نتایج پردازش شده برای اهدافی چون هدایت ربات یا کنترل نمودن تجهیزات خود کار ، کنترل کیفیت یک فرایند تولیدی ، یا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزیه و تحلیل آماری در یک سیستم تولیدی کامپیوتری (MAC)
ابتدا می بایست آشنایی کلی ، با هر یک از اجزاء سیستم پیدا کرد و از اثرات هر بخش بر روی بخش دیگر مسطح بود . ماشین بینایی و تصویر بر داری دیجیتالی از موضوعاتی است که در آینده نزدیک تلاش و تحقیق بسیاری از متخصصان را بخود اختصاص خواهد بود.
در طی سه دهه گذشته تکنولوژی بینایی یا کامپیوتری بطور پراکنده در صنایع فضایی نظامی و بطور محدود در صنعت بکار برده شده است . جدید بودن تکنولوژی ، نبودن سیستم مقرون به صرفه  در بازار و نبودن متخصصین این رشته باعث شده است تا این تکنولوژی بطور گسترده استفاده نشود .
تا مدتی قبل دوربین ها و سنسورهای استفاده شده معمولا بصورت سفارشی ومخصوص ساخته می شدند تا بتوانند برا ی منظورخاصی مورد استفاده قرار گیرند همچنین فرایند ساخت مدارهای مجتمع بسیار بزرگ آنقدر پیشرفت نکرده بود تا سنسورهای حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود .
استفاده از سنسورهای ذکر شده مستلزم این بود که نرم افزار ویژه ای برای آن تهیه شود و معمولا این نرم افزارها نیز نیاز به کامپیوتر هایی با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه این مطالب مهندسین مجبور بودند که آموزشهای لازم را پس از فراغت از تحصیل فرا گیرند . زیرا درس ماشین بینایی در سطح آموزشهای متداول مهندسی در دانشگاهها وبه شکل کلاسیک ارائه نمی شد .
تکنولوژی ماشین بینایی در دهه آینده تاثیر مهمی بر تمامی کارهای صنعتی خواهد گذاشت که دلیل آن پیشرفتهای تکنولوژی اخیر در زمینه های مرتبط با ماشین بینایی است واین پیشرفتها در حدی است که استفاده از این تکنولوژی هم اکنون حیاتی می باشد .

۲-۱-بینایی واتوماسیون کارخانه
وظایف اساسی که می تواند توسط سیستمهای ماشین بینایی انجام گیرد شامل سه دسته اصلی است.
۱-    کنترل
۲-    بازرسی
۳-    ورود داده
کنترل در ساده ترین شکل آن مرتبط با تعیین موقعیت و ایجاد دستورات مناسب می باشد تا یک مکانیزم را تحریک نموده ویا عمل خاصی صورت گیرد . هدایت نقاله های هدایت شونده خود کار (AGVS) در عملیات انتقال مواد در یک کارخانه هدایت مشعل جوشکاری در امتداد یک شمایر یا لبه یا انتخاب یک سطح بخصوص برای انجام عملیات رنگ پاشی توسط ربات ، مثلهایی از بکار گیری ، ماشین بینایی در کنترل می باشند . کاربردهای ماشین بینایی در بازرسی مرتبط با تعیین برخی پارامترها می باشد . ابعاد مکانیکی وهمچنین شکل آن ، کیفیت سطوح ، تعداد سوراخها در یک قطعه ، وجود یاعدم وجود یک ویژگی یا یک قطعه در محل خاصی از جمله پارامترهایی هستند که توسط ماشین بینایی ممکن است ، بازرسی می شوند عمل اندازه گیری توسط ماشین بینایی کم و بیش مشابه بکار‌گیری روشهای سنتی استفاده از قیدها و سنجه های مخصوص و مقایسه ابعاد می باشد . سایر عملیات بازرسی بجز موارد اندازه گیری شامل مواردی چون کنترل وجود بر چسب بر روی محصول بررسی رنگ قطعه ، وجود مواد خارجی در محصولات غذایی نیز با تکنیکهای خاصی انجام می گیرد . کار بازرسی ممکن است حتی شامل مشخص نمودن خواص یا ویژگیهایی الکتریکی یک محصول گردد . با مشاهده خروجی اندازه گیرهای الکتریکی می توان صحت عملکرد محصولات الکتریکی را بازرسی نمود . هر چند که در چنین مواردی چنانچه سیستم بینایی کار دیگری بجز مورد ذکر شده انجام ندهد معمولا روش ساده تر و مقرون به صرفه ترین بدین صورت خواهد بود که کار بازرسی فوق توسط یک ریز پردازنده و ابزارهای مربوط انجام گیرد .
اطلاعات مربوط به کیفیت محصول ویا مواد وهمچنین تعقیب فرایند تولید را می توان توسط ماشین بینایی گرفته ودر بانک اطلاعاتی سیستم تولید کامپیوتری جامع بطور خود کار وارد نمود . این روش ورود اطلاعات بسیار دقیق و قابل اعتماد است که دلیل آن حذف نیروی انسانی از چرخه مزبور می باشد . علاوه بر این ورود اطلاعات بسیار مقرون به صرفه خواهد بود چرا که اطلاعات بلافاصله پس از بازرسی وبه عنوان بخشی از آن جمع آوری و منتقل می شوند .
میزان پیچیدگی سیستم های بینایی متفاوت می باشد این سیستم ها ممکن است منحصر به یک سیستم بارکدینگ معمولی که برای مشخص نمودن محصول جهت کنترل موجودی بکار می رود تشکیل شده باشد یا ممکن است متشکل از یک سیستم بینایی صنعتی کامل برای اهدافی چون کنترل کیفیت محصول باشد .

۳-۱ سرعت واکنش
زمان مورد نیاز برای تصمیم گیری توسط ماشین بینایی بستگی به اندازه ماتریس تصویر یا زمان پردازش لازم در کارت تصویر گیر و نوع دوربین دارد . دوربیهایی نوع لاچکی که با استاندارد Rs-170 کار می کنند تعداد ۳۰ تصویر در ثانیه تولید می کنند که این تصاویر بر روی مونیتورهای موجود در بازار قابل نمایش هستند . چنانچه از استاندارد Rs-170 استفاده نشود می توان تعداد تصاویر در ثانیه را پنج تا ده برابر افزایش داد . دوربینهای حالت جامد می توانند در زمان بسیار کوتاه معادل ( میکرو ثانیه تصویر گیری کنند زمان لازم جهت خواندن سیگنال تصویر از سنسور دوربین بستگی به اندازه ماتریس سنسور سرعت پردازش و پهنای باند سیستم دارد. با استفاده از تکنیکهای پردازش موازی می توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهای موازی کاهش داد .
زمان واکنش سیستم بینایی انسان در حدود ۶% ثانیه یا ۱۶/۱ ثانیه می باشد این موضوع توسط این حقیقت تائید می شود که وقتی تصاویر ، با سرعت ۳۰ عدد در ثانیه یک صحنه متحرک را نشان می دهند چشم انسان قادر به تشخیص انقطاع بین تصاویر نیست .
سیستم های ماشین بینایی مورد استفاده در صنعت که برای کنترل بر چسب روی بطریها بکار می رود می توانند با سرعتی معادل ۹۰۰ بطری در دقیقه یا در صورت یک بطری در ۷% ثانیه کار کنند . البته می توان با گرفتن تصاویری که بیش از یک بطری را در بر می گیرد سرعت کنترل را بیش از این نیز افزایش داد . سرعت چشم انسان برای انجام کار مشابه حداکثر ۶۰ بطری در دقیقه می باشد که این سرعت در اثر خستگی و شرایط نامساعد محیطی کاهش نیز می یابد .
بطور خلاصه تصویر گیری توسط ماشین بینایی تقریبا ۱۰ برابر سرعت بینایی انسان می باشد این نسبت با پیشرفت تکنولوژی در علوم الکترونیک رو به افزایش می باشد در حالیکه سرعت چشم انسان مقدار مشخصی است سرعت انجام فرایند کامل توسط ماشین بینایی در حدود ۱۵ برابر چشم انسان می باشد .

۴-۱ واکنش طیف موج
چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رویت که طیف محدودی است می تواند اشیاء را ببیند . دامن دید از طول موج بنفش در ۳۹۰ میکرون تا طول موج قرمز در ۷۹۰ میلی میکرون می باشد
واکنش سیستم ماشین بینایی در مقایسه با چشم انسان بسیار وسیع تر بوده و دامنه از پرتو گاما و X در منطقه طول موج کوتاه شروع شده وتا طول موج مادون قرمز در قسمت طول موجهای طویلی ختم می شود .
توانایی چشم انسان در تشخیص رنگها و پیچیده بوده ودر هنگام تشخیص رنگ مولفه های آن بطور مجزا در نظر گرفته نمی شوند . در عوض میانگین ، انرژی در طول موجهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته ورنگ دیده شده یکی از طول موجهای مابین آنها می باشد .
ماشین بینایی برای شناسایی رنگها نیازمند سه دسته اطلاعات است که همان مولفه های رنگ یعنی طول موجهای قرمز یا سبز و آبی می باشد ایجاد رنگ بر روی مانیتور نیز با تحریک هر یک از مولفه ها به مقدار معین بوده بطوریکه نهایتا رنگ مورد نظر ایجاد شود .
ذخیره سازی تصاویر رنگی به حافظه ای معادل سه برابر تصاویر غیر رنگی نیاز دارد .
همچنین حجم پردازش تصاویر رنگی که حاوی اجزاء B,G,R می باشند در مقایسه با تصاویر یک رنگ بیشتر می باشد .
بطور خلاصه طیف طول موج قابل رویت توسط ماشین بینایی بسیاروسیعتر از طیف قابل رویت توسط چشم انسان می باشد همچنین امکان تلفیق و استفاده از طول موجهای مختلف یک تصویر توسط ماشین بینایی وجود دارد یکنواختی و دقت ماشین بینایی در مورد تصاویر رنگی بیش از چشم انسان می باشد .

فهرست مطالب :

پیشگفتار

فصل اول.

آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی.

۱-۱کلیات.

۲-۱-بینایی واتوماسیون کارخانه.

۳-۱ سرعت واکنش.

۴-۱ واکنش طیف موج.

۵-۱مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی.

۶-۱ سیستم بینایی چیست ؟

۷-۱مفاهیم اولیه پردازش تصویر

۸-۱ هیستو گرام.

۹-۱سیستم های رنگی CMYB , RGB.

فصل دوم.

میکروکنترلر ۸۰۵۱٫

۱-۲ مقدمه

۲-۲واحد پردازش مرکزی.

۳-۲حافظه نیمه رسانا:RAM وROM.

۴-۲ابزارهای کنترل/نظارت.

۵-۲مقایسه ریز پردازنده ها با میکروکنترلرها

۶-۲ مفاهیم جدید.

۷-۲ مزیت ها و معایب:یک مثال طراحی

۸-۲ خلاصه سخت افزار

حافظه کد روی تراشه

۹-۲  سازمان حافظه.

۱۰-۲ خلاصه دستورالعمل ها

Memory.

فصل سوم

۱-۳موتور پله ای و مشخصه های اساسی آن.

۲-۳ تاریخچه ابتدایی موتورهای پله ای

۳- ۳ پیشرفت سریع در دهه ۱۹۷۰

۴-۳مینیاتوری شدن بعلت پیشرفت در مغناطیس و تکنولوژی کاربردی آن

۵-۳طرح کلی موتورهای پله ای مدرن

فصل چهارم.

نمونه عملی از یک ربات مسیر یاب ساده

۱-۴ مقدمه.

۲-۴ مکانیک ربات.

۳-۴ سخت افزار

۴-۴ نرم افزار

۵-۴ نوشتن برنامه ربات مسیریاب.

۶-۴ برنامه.

۷-۴ توضیح برنامه

منابع