مقاله آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

مقاله آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی به بررسی اصول پردازش تصویر، کاربرد ماشین بینایی در اتوماسیون صنعتی، رباتیک، میکروکنترلر ۸۰۵۱، موتورهای پله ای و پردازش داده ها می پردازد.

مقدمه
در دهه های اخیر، پیشرفت های چشمگیر در زمینه الکترونیک، پردازش اطلاعات و فناوری های میکروکنترلرها، تحولات اساسی در نحوه طراحی و ساخت تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی ایجاد کرده است. پیدایش میکروپروسسورها و توانایی برنامه پذیری آنها، امکان پردازش سریع داده ها و اعمال کنترل دقیق بر ابزارها و ماشین آلات را فراهم کرده است و این تحولات زمینه را برای ظهور سیستم های خودکار و اتوماسیون صنعتی فراهم ساخته است. با توسعه اتوماسیون، سیستم های مکانیکی و رباتیک توانسته اند فعالیت هایی را که نیازمند دقت، سرعت بالا و یا شرایط خطرناک برای انسان هستند، با کارایی و امنیت بیشتر انجام دهند. این تحولات، توجه به تکنولوژی ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی را به یکی از محورهای مهم پژوهش و توسعه در صنایع مختلف تبدیل کرده است.

ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی، مجموعه ای از فرایندها و تکنیک ها را شامل می شود که با بکارگیری علوم مهندسی، نرم افزار و پردازش داده ها، امکان دریافت، تحلیل و تفسیر تصاویر دیجیتالی را فراهم می آورد. در این سیستم ها، ابتدا تصویر به شکل دیجیتالی ایجاد می شود، سپس داده ها توسط الگوریتم های پردازشی اصلاح و تحلیل می شوند و در نهایت نتایج حاصل برای اهداف مختلفی از جمله کنترل مکانیزم ها، نظارت بر کیفیت محصولات و جمع آوری اطلاعات آماری به کار گرفته می شوند. این فرایندها نیازمند درک دقیق از اثرات هر بخش بر روی سایر اجزاء سیستم و شناخت رابطه میان سخت افزار، نرم افزار و محیط عملیاتی است.

استفاده از ماشین بینایی در اتوماسیون کارخانه ها، سه کاربرد اصلی دارد: کنترل، بازرسی و ورود داده. در کاربردهای کنترلی، سیستم بینایی قادر است موقعیت یک جسم را تشخیص داده و دستورات لازم برای هدایت مکانیزم ها یا ربات ها صادر کند. نمونه هایی از این کاربردها شامل هدایت نقاله های خودکار، تعیین موقعیت مشعل های جوشکاری و تنظیم عملیات رنگ پاشی در خطوط تولید است. در بخش بازرسی، ماشین بینایی پارامترهایی مانند ابعاد، شکل، کیفیت سطح و وجود یا عدم وجود ویژگی های مشخص را بررسی می کند و اطلاعات حاصل از این بررسی ها می تواند مستقیماً وارد بانک های اطلاعاتی سیستم تولید شود. همچنین ورود داده به صورت خودکار باعث افزایش دقت و کاهش خطای انسانی می شود و امکان پیگیری و ثبت لحظه ای اطلاعات را فراهم می آورد.

سرعت واکنش و دقت سیستم های ماشین بینایی، یکی از مزیت های برجسته آنها نسبت به سیستم های بینایی انسانی است. با توجه به قابلیت پردازش تصاویر در ثانیه های متعدد و استفاده از تکنیک های پردازش موازی، ماشین بینایی توانایی انجام عملیات کنترل و بازرسی با سرعت و دقتی بسیار بالاتر از چشم انسان را دارد. علاوه بر این، دامنه طول موج قابل شناسایی توسط سیستم های بینایی بسیار گسترده تر است و امکان تشخیص رنگ ها و ویژگی های متنوعی که چشم انسان قادر به مشاهده آنها نیست، وجود دارد. این قابلیت ها باعث می شوند که ماشین بینایی در صنایع مختلف، از خطوط تولید تا رباتیک و اتوماسیون، کاربردهای فراوان و حیاتی داشته باشد.

در این مقاله، پس از معرفی کلی ماشین بینایی و اصول پردازش دیجیتالی تصویر، مباحث مرتبط با میکروکنترلر ۸۰۵۱، موتورهای پله ای و طراحی نمونه ای از یک ربات مسیر یاب تشریح شده است. هدف ارائه مفاهیم به گونه ای است که افراد با آشنایی اولیه با میکروکنترلرها بتوانند نمونه های عملی را طراحی و پیاده سازی کنند. بررسی سیستم های رنگی، هیستوگرام ها و روش های پردازش تصویر، همراه با تحلیل سرعت واکنش و طیف موج، نشان می دهد که ماشین بینایی نه تنها دقت و سرعت بالاتری نسبت به بینایی انسانی دارد، بلکه قادر است دامنه وسیعی از اطلاعات را پردازش و برای سیستم های صنعتی و اتوماسیون ارائه نماید.

به طور کلی، تکنولوژی ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی، با تلفیق سخت افزار، نرم افزار و الگوریتم های پردازش تصویر، نقش مهمی در توسعه صنایع هوشمند، رباتیک و اتوماسیون ایفا می کند و مسیر پیشرفت آن در دهه های آینده، بر تمامی حوزه های صنعتی و فناوری اثرگذار خواهد بود.

فهرست مطالب :
پیشگفتار

فصل اول
آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی.
۱-۱ کلیات.
۲-۱ بینایی و اتوماسیون کارخانه.
۳-۱ سرعت واکنش.
۴-۱ واکنش طیف موج.
۵-۱ مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی.
۶-۱ سیستم بینایی چیست؟
۷-۱ مفاهیم اولیه پردازش تصویر
۸-۱ هیستوگرام.
۹-۱ سیستم های رنگی CMYB , RGB.

فصل دوم
میکروکنترلر ۸۰۵۱
۱-۲ مقدمه
۲-۲ واحد پردازش مرکزی.
۳-۲ حافظه نیمه رسانا: RAM و ROM.
۴-۲ ابزارهای کنترل/نظارت.
۵-۲ مقایسه ریزپردازنده 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
۱-۳ موتور پله ای و مشخصه های اساسی آن.
۲-۳ تاریخچه ابتدایی موتورهای پله ای
۳-۳ پیشرفت سریع در دهه ۱۹۷۰
۴-۳ مینیاتوری شدن به علت پیشرفت در مغناطیس و تکنولوژی کاربردی آن
۵-۳ طرح 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 مسیر یاب.
۶-۴ برنامه.
۷-۴ توضیح برنامه

منابع