سامانه جامع پلاکخوان خودرو (کنترل تردد بهسان) سامانهای کاملا خودکار است که می تواند به تنهایی در امر ورود و خروج خودروها در جاده ها، در پارکینگ ها، تعمیرگاه ها و غیره نظارت و مدیریت نماید.
سامانه جامع مدیریت باسکول (بهسان توزین)، با بهرهگیری از تکنیکهای روز برنامه‌نویسی، قادر به انجام کلیهی امور باسکولها و همچنین تشخیص خودکار پلاک خودروهای توزین شده میباشد.
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.png00محمد مهدی ابراهیمیhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngمحمد مهدی ابراهیمی2020-03-31 10:00:192019-11-30 10:14:31اولین مطالب بزودی منتشر خواهد شد
دوربین آنالوگ دستگاهی برای ثبت عکس بر روی فیلم عکاسی (سطح حساس به نور) میباشد و تصویر گرفته شده بر روی فیلم بعد از ظهور بصورت نگاتیو یا منفی (ریورسال) قابل رویت است. دوربین عکاسی آنالوگ بصورت‌های:
کاملاً مکانیکی،
نیمه خودکار،
کاملاً خودکار (ناوبری الکترونیکی)،
طراحی و ساخته شده است.
اولین دوربین ۳۵ میلیمتری با قابلیت تعویض نمایاب و لنز(system camera)، نیکون اِف
تاریخچه
اتاق تاریک، اولین قدم بزرگ در راه پیدایش عکاسی بود که توسط نقاشان ایتالیا یی در طی قرن شانزدهم میلادی برداشته شد. برای بدست آوردن حداکثر وضوح، تنظیم فاصله روزنه از دیواری که تصویر روی آن بازتابیده می‌شد، از مشکلات اصلی در این سیستم بشمار می‌رفت. رفع این مشکل، باعث ورود عدسی به دنیای عکس و تصویر گردید.
انواع دوربین های آنالوگ
دوربین سوراخ سوزنی (Pin Hole)،
دوربین تک‌لنزی غیربازتابی (rangefinder camera)،
دوربین تک‌لنزی بازتابی (Single Lens Reflex)،
دوربین دولنزی بازتابی (Twin-lens reflex)،
دوربین قطع بزرگ (View Camera).
سیستم ضبط تصویر
در یک دوربین آنالوگ، فیلم حساس به نور، تصویر را ذخیره میسازد و بعد از عملیات شیمیایی برای نگهداری تصویر از آن استفاده میشود.
نگارخانه
دوربین سوراخ سوزنی
کداک رتینا ۱۹۵۷
آساهی فلکس ۱۹۵۵
رولی فلکس
دوربین دولنزی بازتابی (Voigtländer Brillant).
اولین دوربین تک لنزی بازتابی، کانتکس اس، تولید سال ۱۹۴۹
نیکون اِف ۱۹۵۹، اولین دوربین ۳۵ میلیمتری با قابلیت تعویض نمایاب و لنز
دوربین آنالوگ به دوربینی گفته میشود که با دست و یا دستگاه های مکانیکی خود دوربین تنظیم میشود و دارای فیلم است. ساختار دوربین های آنالوگ بر این اساس است که؛ نور از داخل لنز گذشته و پس از برخورد با یک آینه، به سوی چشم ناظر هدایت می شود. وقتی عکاس کادر مناسب و دیگر پارامترها را تنظیم کرد، دکمه شاتر را می فشارد و با این کار بخش هایی که مانع رسیدن نور به صفحه حساس می شده اند، از میان برداشته می شوند. طبیعتاً با بالا رفتن آینه، عکاس قادر به مشاهده آن چه دوربین به سوی آن نشانه رفته است، نیست. با توجه به فاصله کانونی لنز، تصویر مطلوب در نقطه ای خاص و وارونه تصویر اصلی تشکیل می شود. دوربین و فوکوسر آن نیز سبب می شوند این تصویر درست روی محل مورد نظر عکاس؛ یعنی، صفحه حساس(که در دوریبن های آنالوگ، فیلم است) تشکیل شود.
اجزای مختلف یک دوربین آنالوگ
۱) لنز دوربین ۲)نگه دارنده ی لنز ۳)دیافراگم ۴)چرخاننده ی فیلم ۵)فیلم عکاسی ۶)محل اتصال بند دوربین ۷)شاتر ۸)دکمه ی کنترل سرعت عکسبرداری ۹)صفحه ی مشخصات عکس و شارژ دوربین(در دوربین هایی که باتری دارند) ۱۰)ویزور ۱۱)محل اتصال فلش خارجی ۱۲)حلقه ی فوکوس
مراحل گرفته شدن یک عکس
هنگامی که فیلم داخل دوربین قرار میگیرد معمولا ۲-۳ تا فریم به علت در معرض نور قرار گرفتن میسوزند بنابراین بهتر است فیلم ها رو ۲-۳ تا جلو بزنیم. جلو زدن فیلم به این صورت است که یک دسته ی مکانیکی که در بالای دوربین قرار دارد را با چرخاندن آن تا انتها، میله ی چرخاننده ی فیلم می چرخد و فیلم یک فریم کامل جلو میرود! معمولا برای اولین استفاده از فیلم باید ۲-۳ بار این حرکت رو تکرار کرد. دقت کنید وقتی یک فریم رو کامل جلو میبرید تا اینکه یک بار شاتر فشرده نشود (در واقع عکسی گرفته نشود) نمیتوان دسته ی چرخاننده ی فیلم را حرکت داد. از روش معکوس این حرکت (چرخاندن فیلم در خلاف جهت) هم میتوان برای تکنیک هایی مانند مولتی اکسپوز استفاده کرد.و هم با فشردن دکمه ی آزاد کننده ی فیلم، برای جمع کردن کامل فیلم برای ظهور عکس. (جزئیات در برخی دوربین ها کمی متفاوت است) بعد از اینکه یک فریم آماده ی عکس گرفتن شد و پس از انتخاب کادر مناسب و تنظیم دیافراگم مناسب با توجه به حساسیت فیلم مورد استفاده قرار گرفته و فوکوس صحیح دکمه ی شاتر را فشار میدهیم.
آینه بالا می رود و پرده ی شاتر هم بالا میرود. (در دوربین های آنالوگ برخی پرده ها یک تکه هستند و برخی ۳ تکه که پرده های ۳ تکه طبیعتا خیلی بهتر هستند) نور وارد شده به لنز در برخورد به نگاتیو به مواد شیمیایی ای که روی فیلم پوشونده شده برخورد میکند این نور در واقع انرژی فعال سازی یک واکنش شیمیایی است. این مواد شیمیایی با توجه به شدت و رنگ نور (طول موج) واکنش شیمیایی انجام می دهند که بعدا در ظهور عکس، ظاهر کننده این مواد شیمیایی که واکنش های مختلف دادند رو از هم تفکیک کرده و هر فراورده روی صفحه ی فیلم رو به صورت رنگ های نگاتیو (منفی نور های عکس) در می آورد.
یکی از مزیت های دوربین آنالوگ نشان دادن خیلی خوب و واقعی رنگ است. اما اگر به یک نقطه نور زیاد برسد (در واقع اور اکسپوز بشود) آن قسمت کاملا سفید خواهد شد.سپس فیلم ظاهر شده اسکن و اینورت می شود و عکس قابلیت چاپ پیدا می کند. حساسیت فیلم های مورد استفاده قرار گرفته به مواد شیمیایی موجود در اون وابسته است. فیلم های سیاه سفید از حساسیت ۱۰۰ تا ۳۲۰۰ یا حتی ۶۴۰۰ برخوردارند اما فیلم های رنگی معمولا دارای حساسیت های ۱۰۰ و ۲۰۰ و ۴۰۰ هستند. هرچه حساسیت بیشتر باشد ذرات شیمیایی روی صفحه فیلم بزرگتر هستندکه این باعث پایین آمدن کیفیت عکس خواهد شد ولی فقط در چاپ به ابعاد خیلی بزرگ این افت کیفیت احساس میشود.
مزایای عکاسی آنالوگ
۱- مصرف باطری به مراتب کمتر نسبت به عکاسی دیجیتال و عدم احتمال ایجاد مشکل در کار عکاسی های طولانی مدت به علت تمام شدن باطری ۲- عدم وجود نویز در نوردهی های طولانی مدت ۳- عدم وابستگی کیفیت عکس به نوع دوربین.البته به لنز بستگی دارد ولی به بدنه دوربین خیلی وابسته نیست و کیفیت عکس به نوع فیلم مورد استفاده بستگی دارد. ۴- بیشتر بودن دامنه دینامیکی فیلم نسبت به سنسور دیجیتال ۵- ارزان تر بودن دوربین های فیلمی ۶- امکان استفاده از فیلم های مختلف در یک دوربین ( مثل حساس به مادن قرمز و … ) ۷- دوربین های فیلمی نسبت به دیجیتال ها در برابر آسیب ها حساسیت کمتری دارند.ضربه٬ گرد و غبار٬ رطوبت و … ۸- امکان خرابی کمتری دارند و در شرایط بحرانی قابل اطمینان تر هستند.
۱- مرور فوری عکس ، بدون این که عکاس منتظر شود که عکس ظاهر شود. اگر مشکلی در عکس باشد ، عکاس میتواند مشکل را فورا تصحیح کند و عکس دیگری بگیرد.
۲- فقط عکس های خوب چاپ میشود، در نتیجه کاربر میتواند تعداد زیادی عکس با اختلافات جزئی و تنظیمات مختلف از یک صحنه بگیرد و بعد بهترین ان را انتخاب و چاپ کند.
۳- اگر شخص رایانه داشته باشد ، ذخیره دائم عکسها ارزانتر از فیلم از کار در می اید.
۴- عکس ها را میتوان از یک جایی به جای دیگر کپی کرد بدون اینکه کیفیت ان کاهش یابد.
۵- هر کس میتواند با داشتن رایانه و یک پرینتر معمولی ، عکس های خودش را چاپ کند. تازه با استفاده از پرینت های مخصوص دوربین ها ، به رایانه هم نیازی نیست و دوربین را میتوان مستقیما به پرینتر وصل کرد.
۶- دوربین های دیجیتال میتوانند کوچکتر از دوربین های انالوگ با همان کیفیت عکس ، ساخته شوند.
۷- قابلیت استفاده کردن داده هایی مثل زمان و تاریخ عکاسی، مدل دوربین، سرعت شاتر، سرعت فیلم و دیگر موارد به فایل عکس مورد نظر، در حالی که این قابلیت در فیلم های عکاسی فقط به چاپ تاریخ روی عکس ها محدود میشود.
۸- در دوربین های دیجیتال از خیلی افکت های تصویری میتوان استفاده کرد که در دوربین های فیلمی امکان ندارد.
۹- قابلیت گرفتن صدها عکس بدون این که نیازی به تغییر چیزی باشد. در حالی که در دوربین های فیلمی بعد از ۲۴ یا ۳۶ عکس باید فیلم را عوض کرد.
۱۰- خیلی از دوربین های دیجیتال،خروجی AV دارند که نشان دادن عکس ها را به دیگران در تلویزیون ممکن میسازد.
۱۱- عکاسی دیجیتال این امکان را فراهم میکند که شما تنظیمات مختلف دوربین و سبکهای مختلف عکاسی را تجزیه کنید و تکنیک عکاسی تان را بهبود بخشید ، بدون این که لازم باشد هزینه زیادی بدهید از نظر زمان و از نظر وقت و انرژی.
۱۲- ابزار ضد تکان دوربین های دیجیتال ، گرفتن عکس های ترو تمیز با دوربین را روی دست ممکن میکند در حالی که قبلا حتما نیاز به سه پایه بود.
۱۳- دیگر هر کس یک تاریک خانه ، خانگی دارد و میتواند با رایانه و نرم افزار تغییرات لازم را در عکس ها بدهد.
۱۴- مقادیر ISO را به راحتی میتوان در وسط عکس تغییر داد. مثلا وقتی هوا افتابی است ولی یکدفعه ابری میشود ، قبلا لازم بود که فیلم را دربیاورید و فیلم جدید با مقدار ISO مناسب را داخل دوربین بگذارید ولی با دوربین دیجیتال این تغییرات فقط با فشار چند دگمه انجام میشود.
۱۵- برای فرستادن عکسها به داخل رایانه ، دیگر نیازی به اسکنر نیست.
ویژگی های منفی دوربین دیجیتال نسبت به دوربین آنالوگ :
۱- مصرف انرژی باطری های دوربین های دیجیتال نسبت به دوربین های فیلم دار خیلی بیشتر است در نتیجه ممکن است وسط عکاسی یک دفعه با دوربین خاموش مواجه شویم.
۲- استناد عکس های دیجیتال نسبت به عکس های فیلمی کمتر است چون میشود در انها دستکاری کرد البته بعضی از تولید کنندگان تلاش میکنند به روشهایی برای تشخیص عکس های دستکاری شده برسند تا این ضعف را جبران کنند.
۳- سنسورهای دیجیتال اغلب دامنه دینامیکی کمتری نسبت به فیلم چاپی رنگی دارند البته تعدادی از سنسور های CCD جدیدتر مثل FUJIS SUPER CCD که دیودها با حساسیت های مختلف را با هم ترکیب کرده اند برای حل این مشکل به میدان امده اند.
۴- در بعضی از عکس های دیجیتالی نویز تصویری چند رنگ قابل مشاهده است.
۵- ویرایش و پردازش فایل های RAW ( فایلهای حرفه ای عکاسی ) خیلی طول می کشد.
۶- برای عکاسی در محل های پرت و دور افتاده عکاس باید کلی باطری با خودش حمل کند که وزن بار عکاس را افزایش میدهد و کار را برای او سخت تر میکند.
منبع : http://www.kingit.ir
دلایل استفاده از دوربین آنالوگ توسط کاربران امروزی
۱ . فیلم همچنان خوب است
همه ما کمابیش شانس آن را داشته‌ایم که دوره عکاسی فیلم را تجربه کنیم. عکس‌های خانوادگی ما شامل سفرها و گردش ها و جشن‌های خانوادگی همگی با دوربینهای آنالوگ و فیلم عکاسی شده‌اند. اما همچنان که آلبوم عکس‌های آ سال‌ها را نگاه می‌کنیم، متوجه کیفیت بارز و خوب عکسها می‌شویم. همچنان عکسها آنقدر کیفیت دارند که با عکس‌های بهترین دوربینهای دیجیتال امروز برابری کنند.
امروزه با وجود اینکه ما عکس‌های زیادی چه با دوربین و چه با اسمارتفون خود ثبت می‌کنیم، اما تقریباً آلبومی برای نگهداری آنها نداریم. به همین دلیل یکی از دغدغه‌های ما نگهداری و ساماندهی عکسها است. با این حال هیچ وقت این اتفاق نمی‌افتد. اما در گذشته اینطور نبود و با گرفتن عکس، پس از چاپ عکسها به صورت منظم به آلبوم عکس منتقل می‌شدند. همچنان که ما امروز از دوره فیلم عکس بیشتری می‌بینیم.
۲ . «داینامیک رنج» فیلم بیشتر است
اشتباه نکنید، تکنیک عکس «HDR» مدتها است که در عکاسی وجود دارد، اما در عکاسی دیجیتال مدت کوتاهی است که باب شده‌است. در عکاسی دیجیتال به دلیل محدودیت‌های موجود، برای رسیدن به یک عکس HDR معقول باید از یک صحنه ۳ عکس با نوردهی‌های متفاوت ثبت کرد. اما عکسی که با فیلم ثبت شده‌باشد، آنقدر داینامیک رنج بالایی دارد که به تنهایی میتوان آن را به عکس HDR تبدیل کرد.
یک فیلم سیاه و سفید بیشتر از ۶ پله در تاریکی و ۶ پله در روشنایی داینامیک رنج دارد. همچنین یک فیلم رنگی به راحتی در دو پله از هر سمت روشنایی و تاریکی قابلیت بازگشت با جزئیات دارد. علاوه بر اینها یک عکس فیلم بسیار به آنچه که ما با چشم خود می‌بینیم نزدیک‌تر است.
۳ . فیلم باعث آرامش میشود
وقتی با عکاسی دیجیتال طرف هستیم، از یک سوژه ده‌ها عکس با ترکیب‌بندی‌های مختلف ثبت می‌کنیم. با این وجود باز هم دقت کافی در ثبت عکس نکرده و بسیاری از مشکلات عکس را به فتوشاپ می‌سپاریم.
اما در عکاسی فیلم اینگونه نیست. باید با حوصله ترکیب‌بندی کرده و بهترین نورسنجی را انجام دهیم. با دقت فراوان و آرامش از یک سوژه تنها یک عکس ثبت می‌کنیم. این دقت و حصله باعث ایجاد آرامش در عکاس میشود.
۴ . فیلم امنیت بیشتری دارد
قدیمی‌ترین عکس دیجیتالی که دارید متعلق به چه زمانی‌است؟ آن را در کجا ذخیره کرده‌اید؟ با وجود پیشرفت بسیار زیاد فناوری، اما همچنان باید گفت که عکس‌های دیجیتال امنیت لازم را ندارند. آنها تنها چند فایل کامپیوتری هستند که با یک اتفاق ساده امکان از بین رفتن و یا آسیب دیدن آنها وجود دارد. حتی نظریه‌ای وجود دارد که ممکن است قرن حاضر به قرن فراموش شده تبدیل شود.
در مورد فیلم قضیه کاملاً متفاوت است. به صورت اولیه عکسها چاپ میشوند و همیشه نسخه واقعی از آنها وجود دارد. علاوه بر این نگاتیو عکسها نیز آرشیو میشوند و میتوانند دوباره چاپ شوند. همانطور که می‌دانید درحال حاضر هر نگاتیوی که از گذشته پیدا شود به راحتی قابل چاپ و حتی ترمیم است. مثال آن عکس‌هایی است که از بیش از ۱۰۰ پیش کشف میشوند و به راحتی و با کیفیت بالا چاپ میشوند.
۵ . فرآیند ظهور و چاپ در فیلم بسیار لذت بخش است
یکی از جواب‌هایی که برخی از عکاسان به ما دادند، دلبستگی آنها به فرآیند ظهور فیلم و چاپ عکس بود. در عکاسی دیجیتال به محض گرفتن عکس می‌توانید نتیجه کار را ببینید. اما در فیلم این پروسه کاملاً متفاوت است.
پس از ثبت عکس باید آن را ظهور کرد. مراحل ظهور فیلم و استفاده از داروهای مختلف برای بسیاری از عکاسان بسیار دلپذیر و آرام‌بخش است. پس از طری مراحل ظهور با مرحله چاپ طرف هستیم که در آنجا به مرور عکس در مقابل عکاس شکل میگیرد و این دلچسب‌ترین لحظه کار است. لحظه‌ای که نتیجه کار دیده میشود.
۶ . نیازی به برق ندارید
تصور کنید دنیا به پایان خود رسیده‌است و شرایط طوری است که برقی برای استفاده وجود ندارد؛ چگونه باطری دوربین خود را شارژ خواهید کرد؟ خارج از شوخی، باید اذعان کرد که بشر امروز به شکل کامل وابسته به انرژی برق است و اگر در شرایطی قرار بگیرد که برق در دسترس نباشد، عملاً از زندگی ساقط میشود. در مورد عکاسی دیجیتال هم این قضیه صدق میکند و به محض نبود برق، عملاً عکاسی هم تعطیل است.
فرآیند عکاسی با فیلم از ابتدا تا انتها هیچ وابستگی‌ای به برق ندارد. تمام اتفاقاتی که بر روی فیلم می‌افتد یک فرآیند شیمیایی است که در واکنش به نور اتفاق می‌افتد. از این‌رو در هر شرایطی امکان عکاسی وجود دارد.
۷ . فیلم «چشم نواز» تر است
حتی اگر طرفدار این نظریه هم نباشید، حتماً قبول دارید که فیلم رنگ و حسی متفاوت از عکس دیجیتال دارد. درحال حاضر فیلترهای مختلفی بر روی نرم‌افزارهای مختلف برای اعمال بر روی عکس‌های دیجیتال وجود دارد تا آنها را به فیلم شبیه کند. اما واقعیت این است که با وجود نتایج خوب، همچنان فیلم حسی متفاوت دارد که با دیجیتال قابل دستیابی نیست.
دلیل همه اینها فرآیند کاملاً متفاوت فیلم و دیجیتال در ثبت یک عکس است. بسیاری اعتقاد دارند که این چشم‌نواز تر بودن فیلم، به دلیل شبیه‌ت بودن آن به آنچیزی است که با چشم خود می‌بینیم.
۸ . عکس دیجیتال واقعیت جعلی است
همانطور که می‌دانید یک عکس دیجیتال از مجموعه‌ای از پیکسلها تشکیل میشود. این پیکسلها به خودی خود هویتی ندارند و تنها نمایش دهنده یک رنگ هستند. از این رو بسیاری بر این باورند که عکس دیجیتال تنها یک واقعیت جعلی هستند و به همین دلیل آنها را رد میکنند.
در فیلم قضیه متفاوت است. هر فیلم تشکیل شده از بلورهای ریزی است که در اندازه‌های متفاوت و به شکلی نامنظم بر روی سطح فیلم قرار گرفته‌اند. حتی اگر با یک میکروسکوپ هم سطح یک فیلم را نگاه کنید، باز هم به یک شمای کلی از تصویر می‌رسید، اما در عهکس دیجیتال تنها با چند موزاییک طرف خواهید شد.
۹ . دوربینهای فیلم ارزانتر هستند
در حال حاضر اگر بخواهید جدید‌ترین دوربینهای دیجیتال DSLR را بخرید باید بیش از ۳ هزار دلار هزینه کنید و این مبلغ تنها برای بدنه آنها است. هزینه دیگری هم باید برای خرید لنز در نظر بگیرید. حتی دوربینهای حد متوسط و یا دست دوم‌ها هم گران هستند.
دوربینهای فیلم اما در بهترین کیفیتشان با کمترین قیمت قابل خرید هستند. هزینه‌ای که برای خرید بهترین دوربین فیلم خواهید کرد کمتر از یک دهم خرید بهترین دوربین DSLR است.
۱۰ . برای متفاوت بودن
در حال حاضر روزانه میلیونها عکس در شبکه‌های اجتماعی و وبسایت‌ها منتشر میشود. گرفتن عکسی که از میان این همه عکس قابل توجه باشد نیازمند منحصر بفرد بودن و تفاوت است. یکی از راه‌های ایجاد تفاوت در عکس، ثبت آنها با فیلم است.
علاوه بر تفاوتی که بین دیجیتال و فیلم وجود دارد، گرفتن عکس با دوربینهای فیلم خاص نیز میتواند خلاقیت‌های ویژه‌ای برای شما به وجود بیاورد. دوربین‌هایی که هیچ کس کار با آنها را حتی بلد هم نیست.
۱۱ . به خاطر ایرادهایش
در حال حاضر جنبشی در میان برخی از عکاسان به وجود آمده است که با استفاده از ایرادهای دوربینهای فیلم ارزان قیمت، اثر هنری خلق میکنند. به عنوان مثال محصول مورد علاقه آها دوربینهای فیلم یکبار مصرف هستند که به دلیل مشکلات عدیده‌شان، نتیجه متفاوت و گاهی بسیار جذاب ارائه میکنند.
۱۲ . به دلیل مرموز بودن فیلم
وقتی عکس دیجیتال می‌گیرید، به محض ثبت عکس آن را در نمایشگر دوربین می‌بینید. اما یکی از جذابیت‌های عکاسی فیلم، در نداشتن همین قابلیت است.وقتی با فیلم عکس ثبت میکنید باید صبر کنید تا فیلم ظهور شود و چاپ شود تا نتیجه کار مشخص شود.
تصور کنید در مسافرت هستید. باید صبر کنید تا از مسافرت برگردید و فیلم خود را به عکاسی بدهید و بعد از آن هم مدتی صبر کنید تا عکاسی عکس‌های چاپ شده شما را تحویل دهد. این فاصله و نهایتاً دیدن نتیجه کار بسیار جذاب و دلچسب است که گاهی شما را شگفت زده میکند.
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/books.jpg256256محمد مهدی ابراهیمیhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngمحمد مهدی ابراهیمی2020-02-11 10:00:422019-11-30 09:50:16معرفی کتاب و منابع جهت یادگیری پردازش تصویر
این روش در مقاله ی ارائه شده است. این روش به این صورت است که پس از این که سیستم با چند عکس تمرین داده شد, عکسها بر اساس میزان نزدیکی به تصویر ورودی مرتب می شوند. تعدادی از شبیه ترین عکس ها به عکس ورودی انتخاب می شوند و سیستم دوباره و با این تعداد عکس انتخاب شده تمرین داده می شود. این روند می تواند چند مرحله ی دیگر تکرار شود. با توجه به اینکه در هر مرحله دامنه ی جستجو محدود تر می شود, انتظار می رود که نتایج دقیق تری بدست آید. هر مرحله از این الگوریتم را یک لایه می نامند, به همین دلیل این روش, pca چند لایه نامیده شده است. کد پیاده سازی شده مربوط به این الگوریتم را می توانید از اینجا دریافت کنید. برای آزمایش نرخ تشخیص چهره با این روش,آزمایشی مشابه آزمایش اول, انجام شد و حدود ۵۵ درصد از تصاویر ورودی به درستی شناسایی شدند که نشانگر بهبود ۵ درصدی نسبت به الگوریتم pca معمولی می باشد.
روش Modular PCA
این روش در مقاله ی [۹] ارائه شده است. روش PCA معمولی در مقابل تغییرات حالت قرار گرفتن چهره در تصویر و تغییرات میزان نور در تصویر, بازده خوبی ندارد. چون در این روش مشخصات عمومی چهره, در قالب مجموعه ای از وزن ها (بردار وزن ها) توصیف می شود. تک تک این وزن ها وابسته به تمام نواحی چهره می باشند. بنابراین با تغییر حالت چهره و نورپردازی, حتی در قسمتی از تصویر, تمام وزن های این بردار دچار تغییر می شوند. روش MudularPca سعی در رفع این مشکل دارد. در این روش یک عکس به چند قسمت کوچکتر تقسیم می شود و الگوریتم PCA روی این عکس ها اعمال می شود و بردار وزن ها برای هر قطعه به صورت جداگانه محاسبه می شود. با این عمل(تقسیم تصویر به چند تکه), تغییر در قسمتی از تصویر تنها بردار ویژگی آن قسمت از تصویر را تغییر می دهد و بردارهای مربوط به سایر قطعات بدون تغییر باقی می مانند. هنگام تشخیص چهره, هر قطعه از عکس ورودی با قطعه ی متناظر در تصاویری که سیستم با آنها تمرین داده شده است مقایسه می شود و به تعداد قطعات, فاصله محاسبه می شود. تصویری که مجموع فواصل قطعات آن با قطعات عکس ورودی کمتر از سایر تصاویر باشد, به عنوان تصویر مشابه با تصویر ورودی در نظر گرفته می شود.
کد پیاده سازی شده ی این الگوریتم را می توانید از اینجا دریافت کنید. برای آزمایش این روش, آزمایشی مشابه آزمایش اول انجام شد, اما تغییر محسوسی در نتایج بدست نیامد.
نحوه ی استفاده از کدها در گیت هاب قرار داده شده است.
کارهای آینده
برای بهبود نتایج حاصل از PCA معمولی که در بخش کارهای مرتبط شرح داده شد, کارهای زیادی انجام شده است و مقالات زیاد به چاپ رسیده است. تعدادی از این روش ها در بخش آزمایش ها شرح داده شد و کد مربوط به آنها پیاده سازی شد. در این بخش چند نمونه از کارهای انجام شده ی دیگر را بدون پیاده سازی به طور مختصر شرح می دهیم :
برای مثال در مقاله ی [۱۰] فرمولهای مختلف فاصله, برای بدست آوردن فاصله ی تصویر ورودی و تصاویر موجود در سیستم استفاده شده است و نرخ تشخیص چهره ی آن ها با هم مقایسه شده است. در این مقاله از فاصله های euclidian distance, city block distance, angle distance, mahalanobis distance و یک بار هم از مجموع این چهار فاصله استفاده شده است و این نتیجه بدست آمده است که استفاده از مجموع این چهار فاصله نتیجه ی بهتری می دهد.
همچنین در برخی از مقاله ها قبل از اعمال الگوریتم PCA روی تصاویر, پیش پردازش هایی روی تصاویر انجام می شود. برای مثال ابتدا الگوریتم های کاهش نویز روی تصاویر اعمال می شود و سپس الگوریتم PCA روی تصاویر حاصل اعمال می شود. همانطور که در بخش های مختلف گفته شد, پس از ارائه ی الگوریتم PCA کارهای زیادی برای بهبود عملکرد این الگوریتم انجام شده است که بررسی همه ی آنها در این پست نمی گنجد.
وقتی با کسی صحبت می کنیم ، معمولا به چهره و یا به عبارت دقیقتر به چشم های او نگاه می کنیم. این واقعیت نه تنها با تجربه ، بلکه با آزمایش های روانشناسی هم تأیید شده است. حالت صورت اشخاص نقش مهمی را در روابط اجتماعی بازی می کند. علاوه بر این ، خاصیت یکتایی صورت در بین اشخاص (به جز مواردی بسیار نادر) باعث شده است که چهره هر شخص به عنوان شاخص بسیار خوبی برای شناسایی اش بحساب آید. در مقایسه با اثر انگشت و یا قرنیه ، برداشتن تصویر از صورت به آسانی انجام می گیرد ، زیرا برای این کار احتیاجی به تماس با فرد مورد نظر نیست در حالیکه برای تهیه اثر انگشت ، تماس کامل و برای تهیه تصویر از قرنیه تماس نزدیک با فرد لازم است. به همین دلیل شناسایی چهره توسط ماشین گام بسیار مهمی در ارتباط بین ماشین و انسان خواهد بود و همچنین یکی از متداولترین کاربردهای بینایی کامپوتر است. شناسایی چهره یک موضوع مهم و فعال تحقیقاتی در زمینه علوم بینایی ماشین ، شناسایی الگو و هوش محاسباتی است که همواره محققین این علوم را به مبارزه دعوت می کند.
بطور کلی سیستم شناسایی انسان با استفاده از طیف وسیعی از اطلاعاتی که حواس پنجگانه اش (بینایی ، شنوایی ، بویایی ، چشایی و لامسه ) در اختیارش قرار می دهند ، کار می کند. این اطلاعات بصورت جداگانه و یا در کنار هم ، هم برای به خاطر سپردن و هم برای بازشناسی به کار می روند. علاوه بر این موارد اطلاعات محیطی نیز در شناسایی انسانی نقش مهمی دارند. برای مثال شناسایی مجری یک برنامه ی تلویزیونی در همان برنامه بسیار راحت تر از شناسایی او در خیابان و یا هر محل دیگری است.
تکنولوژی تشخیص چهره VeriLook برای توسعه دهندگان و مجتمع سازان سیستم های بیومتریکی در نظر گرفته شده است. این تکنولوژی بواسطه تشخیص چهره زنده ، تشخیص چندین چهره بصورت همزمان و همچنین تطبیق سریع چهره در حالت های یک به یک و یک به چند ، میزان کارایی ، عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می نماید.
VeriLook به عنوان SDK های زیر در دسترس است :
SDK استاندارد برای توسعه کاربردهای بیومتریکی مبتنی بر PC در نظر گرفته شده است و شامل کامپوننت های استخراج کننده و تطبیق دهنده ، خودآموزها و نمونه های برنامه نویسی ، کتابخانه مدیریت دوربین و مستندات نرم افزار می باشد. SDK امکان توسعه کاربردهای بیومتریک را برای سیستم عامل های Linux ، Microsof Windows و Mac OS X فراهم می کند.
SDK توسعه یافته برای توسعه کاربردهای بیومتریکی تحت وب و شبکه در نظر گرفته شده است. این SDK علاوه بر تمام ویژگی های SDK استاندارد ، شامل نمونه برنامه های client ، خودآموزها و سرور تطبیق آماده برای استفاده نیز می باشد.
اولین قدم در فرایند پردازش چهره، تشخیص چهره است. هدف از تشخیص چهره پاسخ به این سوال خواهد بود که آیا در یک عکس چهره -و یا چهره‌هایی- وجود دارد یا نه؟ و اگر بله مکان هر کدام از چهره -و یا چهره‌ها- کجاست؟
از موارد زیر میتوان به عنوان چالش‌های پیش‌رو در زمینه‌ی تشخیص چهره نام برد:
زاویه چهره. اینکه دوربین از کدام زاویه (تمام‌رخ، نیم‌رخ و …) از چهره عکس گرفته باشد میتوان فاکتور مهمی در درجه‌ی سختی تشخیص چهره محسوب گردد.
وجود یا عدم وجود اجزای مختلف صورت. اجزای مختلف صورت از جمله محاسن، سبیل و … میتوانند در چهره‌ی فرد موجود باشند یا نباشند. از طرفی دیگر تفاوت‌های زیادی بین شکل‌های مختلف این اجزا وجود دارد.
حالات چهره. نمای صورت در حالات مختلف چهره (لبخند، خنده، گریه و …) متفاوت خواهد بود.
پوشش. ممکن است قسمتی از چهره بخاطر زاویه چهره و یا قرارگیری پشت اشیاء دیگر قابل مشاهده نباشد.
زاویه عکس. اشیاء مختلف با قرارگیری در زاویه‌های مختلف نسبت به صفحه مماس اشکال خاصی به خود میگیرند.
شرایط عکاسی. فاکتور‌های مختلف محیطی نظیر شرایط نوری و مشخصات دوربین عکاسی از جمله لنز میتوانند تاثیر زیادی در پروسه تشخیص چهره داشته باشند.
شکل شماره ۱
در ادبیات تشخیص چهره، مفهومی مرتبط وجود دارد که از آن به عنوان مکان‌یابی چهره یاد می‌کنیم. خواننده محترم باید این نکته را در نظر داشته باشد که هدف از مکان‌یابی چهره درست همانند تشخیص چهره هست اما تفاوت اندکی موجود خواهد بود و آن این که در مکان‌یابی چهره تصویر موجود فقط شامل یک چهره در نظر گرفته میشود. یکی از روشهای مرسوم در زمینه تشخیص اشیاء در نظر گرفتن قابی کوچک روی تصویر اصلی و تشخیص این خواهد بود که آیا شیء مورد نظر در آن پنجره وجود دارد یا نه؟ پس اگر از این روش استفاده شود باید در جستجوی الگوریتمی بود تا توانایی تشخیص وجود یا عدم وجود چهره در یک قاب کوچک، متشکل از چند صد پیکسل داشته باشد. در این دیدگاه تشخیص چهره را میتوان به صورت مساله‌ی دسته بندی نیز در نظر گرفت. به این صورت که عامل هوش مصنوعی باید قاب‌های مختلف موجود در تصویر را در دو گروه چهره و غیرچهره در نظر گرفت.
المان‌های مختلفی را میتوان در ارزیابی یک سیستم تشخیص چهره مؤثر دانست مانند زمان یادگیری، زمان اجرا، تعداد مثال‌های مورد نیاز برای یادگیری و نسبت بین میزان تشخیص و خطای منفی. میزان تشخیص را میتوان به نسبت تعداد چهره‌های درست تشخیص داده شده توسط عامل هوش مصنوعی به تعداد چهره‌های تشخیص داده شده توسط انسان تعریف کرد. در صورتی قابی توسط عامل تشخیص داده شده است به عنوان چهره در نظر گرفته میشود که قاب مورد نظر بیشتر از میزان خاصی از چهره‌ی فرد را پوشش دهد. از طرف دیگر خطای منفی زمانی رخ میدهد که عامل در تشخیص چهره ناموفق باشد که این خود ریشه در پایین بودن میزان تشخیص خواهد بود. در مقابل خطای منفی مفهوم دیگری به نام خطای مثبت۷ وجود دارد که وقتی قابی به عنوان چهره از طرف عامل هوش مصنوعی معرفی میشود اما عامل انسانی تایید نمی‌کند، رخ میدهد.
نکته‌ی مهم در رابطه با خطای منفی یا خطای مثبت این است که هر چه قوانین پیاده‌سازی شده سخت‌تر و به واسطه‌ی آن رفتار عامل سخت‌گیرانه تر باشد خطای منفی بالاتر و خطای مثبت پایین‌تر خواهد بود و بالعکس.
روشهای موجود
روشهای موجود در تشخیص چهره را میتوان به چهار گروه مختلف تقسیم کرد:
روشهای دانش محور
روشهای جزئیات محور
روشهای الگو محور
روشهای ظاهر محور
روشهای دانش محور
مشکل اساسی در این روش پیاده‌سازی دانش انسانی خواهد بود. از طرف دیگر عملکرد این نوع عامل‌ها در تشخیص چهره بسیار خوب بوده است.
یکی از استراتژی‌های جالب توجه در این روش استفاده از الگوریتمهای ابتکاری خواهد بود. بدین صورت که ابتدا با اعمال بعضی قوانین ساده‌تر بر روی تصویر با کیفیت پایین‌تر به راحتی تعداد زیادی از قاب‌ها را حذف کرده و در مراحل بعدی با اعمال قوانین سخت‌گیرانه‌تر قاب‌های باقی‌مانده را فیلتر کرد. در پایان هر کدام از قاب‌ها که همه‌ی قوانین را پشت سر گذاشته است به عنوان چهره تشخیص داده میشود.
روشهای جزئیات محور
برعکس روش دانش محور محققان در این روش به دنبال یافتن اجزای مختلف صورت برای تشخیص چهره خواهند بود. فرض بنیادین در این روش این مشاهده بوده که انسان بدون دشواری در زوایای مختلف چهره و شرایط نوری متفاوت میتواند به‌راحتی چهره را تشخیص دهد. اجزای مختلف چهره مانند ابروها، چشم‌ها، بینی و دهان براحتی توسط آشکارساز لبه استخراج میشوند. بر اساس اجزای استخراج شده مدلی آماری از رابطه‌ی اجزای صورت با هم ساخته میشود تا در تأیید وجود چهره مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از مشکلات این نوع روش‌ها این است که تصویر اجزای مختلف صورت بخاطر شرایط نوری نامناسب، نویز و یا پوشش خراب شود. وجود این مشکل احتمال بروز این مسأله که مرزهای اجزای صورت از دست برود و یا بخاطر ایجاد سایه‌های زیاد الگوریتم بی‌فایده گردد را نیز افزایش میدهد.
روشهای الگو محور
در روش الگو محور الگوی استانداردی از چهره‌ی انسان به صورت دستی و یا به صورت تابعی ریاضی از پیش تعیین گردد.با دریافت تصویر ورودی، همبستگی میان تصویر در مرزهای صورت، چشم‌ها و.. با الگو بدست می‌آید. تصمیم نهایی در خصوص تشخیص تصویر بر اساس مقدار همبستگی خواهد بود.
اگر چه این روش به راحتی قابلیت پیاده سازی دارد اما از آنجایی که در مصاف با تصاویر با مقیاس مختلف، زاویه چهره و اشکال متفاوت باز می‌ماند گزینه‌ی خوبی برای استفاده در مساله‌هایی که تصاویر چهره در آن در شرایط مختلف وجود دارد نخواهد بود.
روشهای ظاهر محور
بر خلاف روش الگو محور که در آن الگوی مورد استفاده توسط گروهی متخصص تولید میگردد در روش ظاهر محور این الگو از آموزش عامل هوش مصنوعی بوسیله‌ی تعدادی مثال از تصاویر چهره حاصل میشود. به طور معمول روشهای ظاهر محور بر اساس آنالیز آماری و یادگیری ماشین استوار است. در همین حال از کاهش کیفیت تصاویر نیز در جهت بهبود عملکرد محاسباتی استفاده میشود.
کارهای مرتبط
وایولا و جونز در روشی برای حل مسأله تشخیص اشیاء مبتنی بر یادگیری ماشینی را معرفی کرده‌اند که قادر به پردازش سریع تصاویر با میزان تشخیص بالا خواهد بود.
روش معرفی شده که به نوعی نماینده‌ی روشهای ظاهرمحور محسوب میشود از سه عنصر کلیدی استفاده میکند:
انتگرال تصویر که توانایی محاسبه سریع مجموع مقادیر پیکسلهای موجود در یک قاب مستطیل شکل را به ما میدهد.
آدابوست که ما را قادر به تنظیم پارامتر‌های مختلف، نوع و تعداد مشخصه‌های هار مورد استفاده در الگوریتمهای کلاس‌بندی موجود در مدل آبشاری میکند تا بتوان با استفاده از کمترین تعداد از مشخصه‌های هار و در نتیجه محاسبه‌ی کمتر به بیشترین میزان تشخیص رسید.
روش آبشاری در کلاس‌بندی اشیا.
انتگرال تصویر
ماتریس مجموع محیطی ساختمان داده و الگوریتمی برای محاسبه‌ی سریع و دقیق زیرمجموعه‌ای از یک ماتریس (برای مثال یک تصویر) که به شکل مستطیلی ظاهر میشود، است.
در ادبیات پردازش تصویر از این الگوریتم به عنوان انتگرال تصویر نیز یاد میشود. همانطور که از نام تکنیک پیداست مقدار درایه‌ی (x, y)ماتریس مجموع محیطی برابرست با مجموع همه‌ی مقادیر بالا و چپ درایه‌ی (x, y) ماتریس اصلی.
تکنولوژی تشخیص چهره (Face detection) ، یکی از انواع سیستم Biometric محسوب می شود و از مهمترین تکنولوژی های تشخیص و شناسایی افراد است که در Access control نیز مورد استفاده قرار می گیرد و پس از موفقیت سیستم شناسایی از طریق اثر انگشت در چند سال اخیر جزء مهمترین تکنولوژی های تشخیص بیومتریک به شمار می آید.
این اهمیت و توسعه کاربرد به دو دلیل عمده زیر می باشد: الف- این سیستم شایستگی استفاده در کاربردهای مختلف امنیتی ، پردازش تصویر ، شناسایی اتوماتیک سریع و بدون دخالت شخص را دارد و سرعت پردازش را بالا و خطا را کاهش داده است . ب- با وجود سیستمهای بیومتریک قابل اعتمادی مانند تشخیص اثر انگشت و عنبیه چشم سیستم تشخیص چهره رابطه عاطفی تری با کاربر ایجاد کرده و بدون تماس کامل عضوی از بدن با سیستم عملیات تشخیص انجام میگیرد و القای اطمینان بیشتری در کاربر ایجاد میکند و البته توسعه کاربردهای دوربین های دیجیتالی پیشرفته عامل موثری در توسعه و بالا رفتن طرفداران این سیستم بوده است.
سیستم تشخیص چهره براساس الگوریتم های شناسایی و مقایسه تصاویر کارمی کند. که اساس و پایه این الگوریتم ها شناسایی و آنالیز ویژگی های مربوط به اندازه ، شکل و موقعیت چشم ، بینی ، گونه ها و اعضای چهره کاربر می باشد. نحوه کار این سیستم بدین گونه است که تصاویر رقمی در ورودی سیستم ارسال می شود و سیستم به طورخودکار عکس Biometric را از عکس نمونه دریافت می نماید تا داده Biometric را گرفته و آن رابا نمونه های دیگر مقایسه کند ومشخص می نماید که آیا شناسایی و تفاوت سازی آن انجام شده است و یا خیر.مرحله کدگذاری از مکانیسم خود ساخته بر پایه پردازش آماری تعداد تصاویر زیادی استفاده میکند و نتیجه این پردازش لیستی از تصاویر جداگانه است که مشابه نمونه ورودی است که در بردارهای مناسب رتبه بندی شده است.
بطورکلی یک سیستم بیومتریک تشخیص چهره، از چهار ماژول تشکیل یافته است:
۱-ماژول سنسور:
در حالی که تشخیص چهره دو بعدی با دوربین معمولی امکان پذیر میباشد در روش سه بعدی نیاز به یک سنسور پیچیده و سطح بالایی از لحاظ فنی میباشد چرا که بایستی قابلیت کسب اطلاعات عمیق تر را داشته باشد . ماژول سنسور وظیفه گرفتن تصویر اشخاص را بر عهده دارد و بسته به نیاز و کاربرد دستگاه گیرنده میتواند یک دوربین سیاه و سفید و یا رنگی و یا یک ماژول مخصوص با قابلیت استخراج اطلاعات عمیقتر و یا یک دوربین مادون قرمز با تصاویر مادون قرمز باشد.
۲-ماژول مخصوص تشخیص و استخراج اطلاعات:
تصاویر بدست آمده توسط این ماژول در ابتدا ارزیابی محتوایی شده و داده های نامربوط ازقبیل پس زمینه – موها و گردن و شانه و غیره حذف و تنها محتوای ناحیه چهره را شناسایی میکند . سپس تصویر بدست آمده تحت فرایندهای محاسباتی و عملیاتی پیچیده برای استخراج اطلاعات مربوط به ویژگیهای سطحی چهره و تجزیه اطلاعات کلی تصویر قرار میگیرد. در حقیقت در این مرحله تصویر خروجی که بایستی توسط ماژول طبقه بندی کننده برای تعیین هویت و تشخیص چهره مورد استفاده قرار گیرد در این مرحله با استفاده از روشهای پیچیده PCA, LDA و غیره آماده میگردد.
۳- ماژول طبقه بندی :
در این ماژول قالب تصویر استخراج شده از مرحله قبلی با قالبهای موجود در گالری تصاویر مقایسه میگردد و در نتیجه معلوم میشود که آیا چهره گرفته شده جزء قالبهای موجود میباشد و قابل شناسایی است یا خیر . و در صورت مثبت بودن جواب ماژول تصمیم گیری هویت شخص را که بر اساس نتیجه مقایسه ماژول طبقه بندی بوده است را تایید میکند . بر اساس امتیاز بدست آمده از مقایسه که همان درصد تطابق قالب گرفته شده با قالبهای موجود میباشد کاربر مورد نظر مورد تایید قرار گرفته و یا پذیرفته نمیشود .
۴- ماژول پایگاه داده ها:
این ماژول برای ثبت نام – نگهداری – واکشی قالب چهره کاربران را بر عهده دارد . در طول ثبت نام ماژول سنسور تصاویر را ثبت کرده و مجموعه این تصاویر همان گالری تصاویر را ایجاد میکند که در مرحله طبقه بندی مورد استفاده قرار میگیرد .در بیشتر روشهای تشخیص چهره چندین نمای متفاوت از یک شخص در حالتهای مختلف روحی خنده – اخم و عصبانیت – عادی و یا با عینک از کاربر گرفته میشود و این تعدد در بالابردن ضریب شناسایی اهمیت ویژه ایی دارد در خصوص اطلاعات سه بعدی که در جهت افزایش دقت در تشخیص مورد استفاده قرار میگیرد علاوه بر اطلاعات دو بعدی تصویر اطلاعات مربوط به ساختار داخلی اندام نظیر کاسه چشم.
این دستگاه ها می توانند چندین گروه و تصاویررا ذخیره نمایند و حتی در محیط های با نور کم چهره را آنالیز نمایند. علاوه براین قابلیت اتصال به قفل های الکترونیکی ، زنگ در ، دکمه خروج وسنسوررا نیز داراهستند و می توانند چندین منطقه زمانی و گروه را تعریف نمایند.
فن آوري بازشناسي چهره يکي از معدود روشهاي بيومتريک مي باشد که با دارا بودن مزاياي دقت بالا و سطح پايين دخالت فرد، در مواردي مانند امنيت اطلاعات، اجرا و نظارت بر قانون، کنترل تردد و ثبت تردد در سیستم های حضور و غیاب مورد استفاده قرارميگيرد. به همين دليل اين فناوري درطي بيست سال گذشته در عرصه هاي صنعتي و علمي مورد توجه قرار گرفته است.
کاربردهای زیادی برای مبحث شناسایی چهره می توان متصور شد که محدوده وسیعی از تصاویر متحرک تا تصاویر ثابت و از کاربدهای امنیتی تا کاربردهای تجاری را شامل می شود: – معمول ترین کاربرد شناسایی چهره ، انطباق تصاویر ثابت می باشد. نمونه ای از این کاربرد را می توان در شناسایی مجرمین دید . حالت ساده تری از شناسایی مجرمین را می توان در کاربردهایی چون تائید هویت دارنده کارتهای شناسایی ، گواهینامه ، گذرنامه و کارتهای اعتباری دانست. – کنترل نامحسوس و ایجاد امنیت در بانکها، فروشگاه ها، فرودگاه ها و یا نظایر اینها یکی دیگر از کاربردهای ارزشمند شناسایی چهره است – علاوه بر کاربردهای فوق ، شناسایی و پردازش چهره کاربردهای دیگری هم دارند از جمله : دنبال کردن خط دید چشم و تعیین نژاد، جنس و حالت صورت
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/a10-1.png256256توسعه دهندهhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngتوسعه دهنده2020-01-10 10:00:162019-11-27 16:00:38تشخیص چهره انسان به کمک پردازش تصویر قسمت 2
زيست سنجی عبارت است از دانش و فن‌آوري اندازه‌گيري و تحليل آماري داده‌هاي زيستي. در فن‌آوري اطلاعات واژة زيست سنجی به مجموعه فن‌آوريهايي اطلاق مي‌گردد كه در آنها از اندازه‌گيري و تحليل ويژگيهايي از بدن انسان همچون اثر انگشت، اثر كف دست، شبكيه و عنبية چشم، الگوهاي صوتي، الگوهاي مربوط به رخسار ، دمانگاري صورت، شكل دست يا گوش، داده‌هاي به دست آمده از گام، الگوهاي وريدي، دي.ان.اي و يا ويژگيهايي همچون دستخط(امضا) و ديناميك ضربه زدن به صفحه‌كليد براي تأييد هويت اشخاص استفاده ميشود. اين فن‌آوريها در تلاشند تا اندازه گيري و مقايسة ويژگيهاي بر‌شمرده شده را به منظور بازشناسي افراد به صورت خودكار درآورند.
فن‌آوريهاي زيستي در ابتدا براي كاربردهاي تخصصي نيازمند امنيت بالا پيشنهاد شدند اما اينك به عنوان عناصر كليدي در توسعة تجارت الكترونيك و سيستمهاي برخط و به همان صورت براي سيستمهاي امنيتي نا‌برخط و سيستمهاي امنيتي منفرد مطرح مي‌باشند.
اين فن‌آوريها اجزاء مهمي را براي تنظيم و نظارت بر نحوة دسترسي و حضور در سيستم فراهم مي‌آورند. محدوده‌هاي عمدة كاربرد اين فن‌آوريها عبارتند از : تجارت الكترونيك، نظارت امنيتي، دسترسي به پايگاه داده‌ها، كنترل مرزها و مهاجرت، تحقيقات قضايي و پزشكي از راه دور.
توسعة فن‌آوريهاي زيست سنجی فراتر از كاربردهاي سنتي نيازمند امنيت بالا، يك اجبار نشأت گرفته از انگيزه‌هاي مالي است. امنيت معاملات براي آيندة توسعة تجارت الكترونيك يك مسألة حياتي است و نگرانيهاي فراواني دربارة راه حلهاي فعلي وجود دارد. مشكل شماره‌هاي شناسايي شخصي و شناسه‌هاي هويتي – مانند كارتها- اين است كه آنها صحت هويت شخصي را كه از آنها استفاده مي‌كند تأييد نمي‌كنند. آمارها ميزان زيان ناشي از تقلب را به طور ساليانه براي كارتهاي اعتباري بالغ بر چهارصد و پنجاه ميليون دلار و براي خودپردازها حدود سه‌ميليارد دلار برآورد مي‌كنند. برتري سيستمهاي مبتني بر زيست سنجی آن است كه به شدت به ويژگيهاي فردي اشخاص وابسته‌اند و به راحتي نمي‌توانند مورد سوء استفاده قرار گيرند.
۲-بررسي عملكرد سيستمهاي موجود
فعاليتهاي انجام شده تا به حال منجر به ظهور ماشينهاي گران قيمت زيست- سنجي شده است كه علاوه بر قيمت زياد معمولاً از لحاظ سرعت و عملكرد مناسب نيستند يا حداقل براي دستيابي به عملكرد مناسب بايد محيط استفادة آنها شرايط خاصي را داشته باشد و يا كاربران آنها آموزشهاي گسترده‌اي را گذرانده باشند.
در حالي كه بعضي از فن‌آوريهاي زيست سنجی در قالب توليدات تجاري به بازار عرضه شده‌اند بسياري از اين دسته فن‌آوريها در مرحلة تحقيق و آزمايش قرار دارند. فن‌آوريهاي مزبور نيازمند كارهاي مطالعاتي بيشتر براي افزايش پايداري و بهبود عملكردشان براي استفاده در كاربردهاي ويژه هستند.
پايداري در برابر تقلب ،دقت عملكرد، سرعت و تجهيزات مورد نياز، همخواني با سخت‌افزار و نرم‌افزار موجود، هزينه ،سادگي استفاده و پذيرش از سوي كاربر از جمله عوامل تعيين‌كننده در موفقيت هر يك از فن‌آوريهاي به كار گرفته شده مي‌باشند.
جدول زیر مقايسه‌اي از معمول‌ترين سيستمهاي زيست سنجی موجود را ارائه مي‌دهد.
ميزان پذيرش كاربر
سادگي استفاده
دقت عملكرد
نوع سيستم
پايين
متوسط
بالا
اثر انگشت
متوسط
بالا
متوسط
هندسه دست
بالا
بالا
متوسط
صوت
پايين
پايين
بالا
شبكيه چشم
متوسط
متوسط
متوسط
عنبيه چشم
بالا
متوسط
متوسط
امضا
بالا
بالا
پايين
چهره
مقايسة سيستمهاي زيست سنجی معمول
۳- اجزاي سيستمهاي زيست سنجی
عمليات سيستمهاي زيست سنجی در بر دارندة دو مرحلة مجزا مي‌باشد: ثبت كاربرو بازشناسي كاربر. در مرحلة اول اطلاعات مربوط به كاربر به سيستم وارد مي‌شوند و در مرحلة دوم اطلاعات ورودي حاضر با اطلاعات ذخيره شده مقايسه مي‌گردند.
مراحل لازم عملياتي در يك سيستم امنيتي مبتني بر زيست سنجی
مرحلة تأييد هويت عبارت است از تطبيق ويژگيهاي مورد ادعاي يك شخص بر ويژگيهاي موجود او در پايگاه داده‌ها كه يك فرايند يك به يك است.
سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی بنا به انتخاب به وجود آورنده، به جاي مرحلة تأييد هويت مي‌توانند مرحلة ديگري را كه بازشناسي ناميده ميشود جايگزين كنند. در اين روش نياز نيست كه درخواست كننده ادعاي هويت شخص خاصي را بنمايد بلكه سيستم ويژگيهاي او را با تمامي ركوردهاي موجود مقايسه مي‌كند و در صورت تطابق با يكي از آنها او را به عنوان شخص داراي ويژگيهاي موجود در ركورد يافت شده بازشناسي مي‌كند كه اين فرايند يك پردازش يك به چند را شكل مي‌دهد.
سيستمهاي تشخيص هويت زيستي معمول غالباً شامل اجزاي زير مي‌باشند:
الف)گيرندة اطلاعات: زيرسيستمي است كه گرفتن نمونه‌هاي زيست‌سنجی (صوتي، تصويري و…) را بر عهده دارد. ويژگيهاي خاص استخراج شده از نمونه‌ها قالبهايي را براي مقايسة بعدي تشكيل مي‌دهند. اين فرايند بايد سريع و ساده بوده در عين حال قالبهايي با كيفيت خوب را توليد كند.
ب) ذخيره كننده: قالبهاي به دست آمده بايد براي مقايسة بعدي ذخيره شوند. اين زير سيستم مي‌تواند جزئي از وسيلة گيرندة اطلاعات سيستم باشد و يا در يك سرور مركزي قابل دستيابي توسط يك شبكه جاي گيرد. جايگزين ديگر، يك شناسة قابل حمل نظير يك كارت هوشمند است. هر كدام از انتخابهاي فوق مزايا و مشكلات خاص خود را دارد.
ج) مقايسه گر: اگر سيستم زيست سنجی در مقام بازشناسي افراد به كار گرفته شود بايد هويت شخص با قالب ذخيره شدة مورد ادعاي او مقايسه شود. در بعضي سيستمها ممكن است امكان بروزآوري خودكار قالب مورد مراجعه پس از هر تطبيق درست وجود داشته باشد. اين امر به سيستم توانايي سازگاري با تغييرات تدريجي كوچك در ويژگيهاي كاربر را مي‌دهد.
د) اتصالات: غالباً براي ايجاد ارتباط بين گيرندة اطلاعات، ذخيره كننده و مقايسه‌گر نياز به اتصالات لازم وجود دارد. غالباً سيستمهاي زيست سنجی نيازمند شبكه و رابطهاي برنامه‌نويسي مورد نياز براي ايجاد اتصال بين اجزاء مي‌باشند. امنيت و كارايي، عناصر كليدي براي اين جزء مي‌باشند.
۴-ارزيابي كارايي سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی
موضوع مهمي كه در پذيرش سيستمهاي زيست سنجی از اهميت شايان توجهي برخوردار است تعيين كارايي هر يك از اجزاء و كل سيستم زيست سنجی به روشي قابل اعتماد و هدفمند است.
براي تعيين كارايي سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی معيارهاي ويژه‌اي به كار گرفته مي‌شوند. در اين كاربردها تعدادي كاربر (سرويس‌گيرنده) به سيستم وارد مي‌شوند و متقلب به عنوان شخصي تعريف ميشود كه مدعي هويت شخص ديگري است. متقلب ممكن است به عنوان كاربر در سيستم وجود داشته باشد و عمل وي ممكن است عمدي يا غيرعمدي باشد. عمل تأييد هويت بايد كاربران را بپذيرد و متقلبان را رد كند.
نرخ پذيرش نادرست(اف. اي. آر) به عنوان نسبت تعداد متقلباني كه به اشتباه توسط سيستم پذيرفته شده‌اند به تعداد كل متقلبان آزمايش شده تعريف گرديده، به صورت درصد بيان ميشود. اين نرخ، احتمال پذيرش متقلبان را توسط سيستم بيان مي‌كند و بايد در سيستمهاي نيازمند امنيت بالا كمينه شود.
نرخ عدم پذيرش نادرست (اف. آر. آر) به عنوان نسبت تعداد كاربران سيستم كه به اشتباه توسط سيستم پذيرفته نشده‌اند به تعداد كل كاربران مورد آزمايش قرار گرفته تعريف گرديده، به صورت درصد بيان ميشود. اين نرخ، احتمال عدم پذيرش كاربران مجاز را توسط سيستم بيان مي‌كند و بايد به صورت ايده‌آل مخصوصاً در سيستمهايي كه در آنها كاربر در صورت عدم پذيرش از دسترسي به سيستم محروم ميشود كمينه گردد.
روند تشخيص هويت مبتني بر زيست سنجی دربردارندة محاسبة فاصلة قالب ذخيره شده و نمونة حاضر است. تصميم براي پذيرش يا رد نمونة حاضر بر اساس يكآستانة از پيش تعريف شده اتخاذ مي‌گردد. بنابراين واضح است كه كارايي سيستم به شدت وابسته به انتخاب اين آستانه است و اين امر موجب ايجاد يك بده‌بستان بين نرخ پذيرش نادرست و نرخ عدم پذيرش نادرست مي‌گردد. نرخ خطاي برابر(اي.اي.آر) به صورت آستانة برابري اين دو نرخ تعريف ميشود و غالباً به عنوان يك ويژگي نشان دهندة كارايي سيستم مطرح مي‌گردد. شكل زیر نشان دهندة رابطة سه پارامتر تعريف شده براي يك سيستم نمونه است.
FAR،FRRوERRبراي يك سيستم نمونه
پارامتر مهم ديگر كارايي، زمان تشخيص هويتاست كه به صورت زمان متوسط صرف شده براي فرايند تشخيص هويت تعريف ميشود. اين زمان شامل زمان لازم براي گرفتن نمونة حاضر نيز مي‌باشد.
در حالي كه بعضي از عرضه‌كنندگان سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی براي محصولاتشان پارامترهاي كارايي فوق را در شرايط آزمايشگاهي بيان مي‌كنند پارامترهاي كارايي قابل طرح در جهان واقعي براي سنجش كارايي واقعي اين گونه سيستمها به ندرت وجود دارند. علت اين امر اين واقعيت است كه به حساب آوردن همة پيچيدگيهاي ممكن جهان واقعي تأثير گذار بر سيستمهاي زيست سنجی تقريباً غير ممكن است. به عنوان نمونه زمان واقعي تشخيص هويت به شدت وابسته به ميزان آموزش كاربر، محيط عملياتي و شرايط رواني كاربر همچون ميزان فشار روحي اوست. مشخصات ارائه شده توسط عرضه‌كننده را بايد به ديد راهنماهاي نه چندان متناسب با دنياي واقعي نگريست.
وسایلی که با کنترل از راه دور کار می‌کردند در اواخر قرن نوزدهم و به شکل چند اژدر کنترل از راه دور ظاهر شدند. در اوایل دهه ۱۸۷۰ میلادی، اژدر های کنترل از راه دور توسط جان اریکسن( به‌صورت پنوماتیک)، جان لوییس لِی (هدایت به‌صورت الکتریکی و با کمک سیم) و ویکتور وُن شلیها( هدایت به‌صورت الکترونیکی و با کمک سیم) ساخته شدند.
اژدر بِرِنان که توسط Louis Brennan در سال ۱۸۷۷ اختراع شد، نیرو محرکه خود را از دو پروانه که در جهت عکس یکدیگر می چرخیدند به دست می آورد. این دو پروانه با بیرون آوردن سریع سیم های فولادی از طبلک هایی که در داخل اژدر قرار گرفته بودند، به چرخش در می آمدند. اختلاف سرعت در در آزاد کردن سیم ها، به ایستگاه ساحلی اجازه می داد تا اژدر را به سمت هدفش هدایت کند. این اژدر اولین موشک قابل هدایت کاربردی در دنیا بود. در سال ۱۸۹۷، مخترع بریتانیایی Ernest Wilson، گواهی ثبت اختراع، برای ساخت یک اژدر که توسط امواج هرتیزان(رادیویی) کنترل می‌شد را به نام خود ثبت کرد و در سال ۱۸۹۸، Nikola Tesla یک اژدر کنترل از راه دور بی‌سیم را به‌صورت عمومی در معرض نمایش گذاشت زیرا قصد داشت آن را به نیروی دریایی ایالات‌متحده بفروشد.
Archibald Low، به دلیل تحقیقات نوآورانه اش بر روی موشک ها و هواپیما های هدایت پذیر در جریان جنگ جهانی اول به‌عنوان “پدر سیستمهای هدایت رادیویی” شناخته می شود. در سال ۱۹۱۷، او یک هواپیمای کنترل از راه دور را برای یگان پروازی سلطنتی بریتانیا به نمایش گذاشت و در همان سال، اولین موشک هدایت شونده با سیم را ساخت.
ریشه واژه “ربات”
واژه “ربات” اولین بار برای یک ماشین انسان‌نمای خودکار در نمایشنامه کارخانه ربات‌سازی روسوم که توسط کارل چاپک نویسنده اهل جمهوری چک در سال ۱۹۲۰ نوشته شده به کار رفت. اما کارل، برادرش جوزف چاپک را به‌عنوان مخترع اصلی واژه ربات می شناسد. خود کلمه “ربات”، کلمه ای جدید نبود و در زبان اسلاوی، به‌صورت robota(کارگر اجباری) وجود داشت. منظور از این واژه آن دسته از روستاییان و کشاورزانی بودند که تحت نظام فئودالی حاکم بر اروپای قرن نوزدهم، مجبور به کار اجباری برای فئودال ها بودند. در داستان تخیلی چاپک، انسان‌های مصنوعی و بدون روح، با کمک فنّاوری های جدیدی خلق می‌شدند. چاپک به خوبی این ماشینها را در همان زمینه قدیمی طبقه اجتماعی robota های دوران فئودالیسم قرار داد به طوری که واژه ربات در نمایشنامه او به دسته جدیدی از کارگر های مصنوعی و ساخته دست بشر اشاره داشت.
صحنه ای از نمایش نامه کارخانه ربات سازی روسوم نوشته شده توسط کارل چاپک که در آن سه ربات مشخص هستند
رباتهای اولیه
در سال ۱۹۲۸، یکی از اولین رباتهای انسان‌نما به نام اریک، در نمایشگاه سالانه انجمن MES به نمایش گذاشته شد. او در این گردهمایی سخنرانی کرد. این ربات که توسط W. H. Richards ساخته‌شده بود دارای بدنه آلومینیومی، ۱۱ آهنربای الکتریکی و یک موتور حرکتی بود که توان آن توسط منبع تغذیه ۱۲ ولتی تامین می‌شد. این ربات می‌توانست دست ها و سرش را تکان دهد و از طریق کنترل از راه دور و یا کنترل صوتی هدایت می‌شد. اریک و ربات بردارش یعنی جرج، برای نمایش قابلیت‌هایشان، به دور دنیا سفر کردند.
ربات اریک – سال ۱۹۲۸ میلادی
در سال ۱۹۲۶، شرکت Westinghouse، ربات Televox را معرفی کرد. این ربات از جنس مقوا ساخته‌شده بود و به چند دستگاه برقی دیگر متصل بود و کاربر می‌توانست با استفاده از این ربات، آنها را خاموش یا روشن کند.
در سال ۱۹۳۹، ربات انسان‌نمای Elektro، در نمایشگاه جهانی نیویورک رونمایی شد. این ربات قدی معادل ۲ متر و ۱۰ سانتی‌متر و وزنی معادل ۱۲۰ کیلوگرم داشت و می‌توانست از طریق فرم آن‌های صوتی حرکت کند، حدود ۷۰۰ کلمه صحبت کند(با استفاده از یک گرامافون با سرعت ۷۸ دوران در دقیقه)، سیگار بکشد، بادکنک ها را بترکاند و سر و دستانش را تکان دهد. بدنه این ربات از چرخنده های فولادی و چارچوبی برای نصب موتور دستگاه ساخته‌شده بود و روی آن پوشش آلومینیومی کشیده شده بود. در سال ۱۹۲۸، اولین ربات ساخت کشور ژاپن به نام Gakutensoku توسط ماکوتو نیشیمورا (زیست شناس) طراحی و ساخته شد.
رباتهای جدید خودگردان یا خودمختار (autonomous robots)
اولین رباتهای الکترونیکی خودگردان با رفتار پیچیده توسط William Grey Walter در موسسه عصبی Burden در شهر بریستول انگلستان و در سال های ۱۹۴۸ و ۱۹۴۹ ساخته شدند. او می خواست ثابت کند ارتباطات زیاد بین تعداد محدودی از سلول های مغز میتواند باعث نمود رفتار های بسیار پیچیده ای شود. در واقع او معتقد بود راز نحوه کار کردن مغز در در نحوه اتصال اجزای آن نهفته است. اولین رباتهای ساخت او، به نام Elmer و Elsie بین سال های ۱۹۴۸ و ۱۹۴۹ ساخته شدند و اغلب به دلیل شکل و سرعت پایین حرکتشان به آنها لاک پشت گفته می‌شد. این رباتهای لاک پشتی سه چرخه، از قابلیت فتوتاکسیس( ردیابی مسیر نور تابانده شده) بهره می بردند و با کمک این قابلیت می‌توانستند در صورت کم شدن باتری، مسیر خود را به ایستگاه شارژ مجدد پیدا کنند.
Walter بر استفاده از الکترونیک آنالوگ برای شبیه‌سازی فرآیند های مغزی تاکید داشت در حالی که افراد هم عصر او مانند Alan Turing و John von Neumann به فرآیند های ذهنی به‌صورت دیجیتال نگاه می‌کردند. کار های او الهام بخش بسیاری از محققین رباتیک نسل های آینده مانند Rodney Brooks ، Hans Moravec و Mark Tilden بود. تجسم های جدیدی از رباتهای Walter را میتوان در شاخه‌ای از رباتیک به نام رباتیک BEAM( زیست‌شناسی، الکترونیک، زیبایی شناسی و مکانیک) مشاهده کرد.
اولین رباتی که به‌صورت دیجیتالی عمل می کرد و قابل برنامه ریزی بود توسط George Devol در سال ۱۹۵۴ ساخته شد و در نهایت Unimate نام گرفت. این ربات، زمینه را برای صنعت رباتیک مدرن فراهم کرد. Devol اولین Unimate را در سال ۱۹۶۰ به شرکت جنرال موتورز فروخت. این ربات در سال ۱۹۶۱ در یکی از کارخانه های این شرکت در نیوجرزی آمریکا نصب شد تا قطعات داغ فلز را از یک دستگاه ریخته‌گری بلندکرده و آنها را در جایی انبار کند. گواهی ثبت اختراع Devol برای اولین بازوی رباتیک قابل برنامه ریزی و تمام دیجیتال، به‌عنوان پایه و اساس صنعت رباتیک مدرن شناخته می شود.
اولین ربات palletizer(ربات برداشت مواد و قرار دادن آنها در جایی دیگر) در سال ۱۹۶۳ و توسط شرکت Fuji Yusoki Kogyo ساخته شد. در سال ۱۹۷۳، رباتی با شش محور الکترومکانیکی توسط شرکت رباتیک KUKA در آلمان ثبت شد. باز رباتیک مفصلی(PUMA) توسط Victor Scheinman در سال ۱۹۷۶ ساخته شد و طرح آن به شرکت Unimation فروخته شد.
کاربرد رباتهای صنعتی و تجاری امروزه به شدت افزایش پیدا کرده و این رباتها، وظایفشان را ارزان تر و یا با دقت و اطمینان پذیری بیشتری نسبت به انسانها انجام میدهند. از رباتها همچنین برای انجام کارهایی استفاده می شود که انجام دادن آنها برای انسانها، بسیار سخت یا خطرناک یا کسل کننده است. رباتها، کاربردهای فراوانی در تولید، مونتاژ، بسته بندی، حمل و نقل، اکتشافات زمینی و فضایی، جراحی های پزشکی، سلاح های نظامی، تحقیقات آزمایشگاهی و تولید انبوه کالاهای مصرفی و صنعتی دارند.
آینده رباتیک
روشهای مختلفی برای توسعه علم رباتیک و رباتها به وجود آمده است. یکی از این روش ها رباتیک تکاملی نام دارد که در آن تعدادی از رباتهای مختلف تحت آزمایش های متفاوتی قرار میگیرند. آن دسته از ربات‌هایی که عملکرد بهتری را در آزمایش های فوق داشته باشند به‌عنوان مدلی برای ساخت نسل بعدی رباتها مورداستفاده قرار میگیرند. یکی دیگر از این روش ها، رباتیک توسعه ای نام دارد که تغییرات و پیشرفت های یک ربات را در زمینه های حل مسئله و کاربردهای دیگر مورد بررسی قرار می دهد. اخیرا نوع جدیدی از رباتها معرفی شده که هم به‌عنوان یک گوشی هوشمند و هم به‌عنوان ربات عمل می کند و نام آن RoboHon است.
با پیشرفته تر شدن رباتها، ممکن است در آینده به سیستم عامل استانداردی برای آنها نیاز باشد. “سیستم عامل ربات”(ROS) مجموعه ای از برنامه های کد منبع باز است که در حال حاضر در دانشگاه استنفورد، دانشگاه MIT و دانشگاه فنی مونیخ و البته چند دانشگاه دیگر در حال توسعه است. ROS امکان برنامه‌نویسی سیستم جهت یابی و اعضای بدن ربات را، صرف نظر از نوع سخت افزار به کار رفته در آن، فراهم می کند. همچنین این سیستم عامل دستورات سطح بالایی را نیز برای مواردی چون تشخیص تصویر و یا باز کردن در ها ارائه می کند. وقتی سیستم عامل ROS بر روی کامپیوتر داخلی ربات بوت می شود، داده‌هایی مانند طول و میزان حرکت اعضای مختلف ربات را به دست می آورد. این داده‌ها از طریق سیستم عامل به الگوریتم های سطح بالاتری منتقل میشوند. علاوه بر این، مایکروسافت نیز با کمک نرم افزار Robotics Developer Studio که از سال ۲۰۰۷ در دسترس است، در حال توسعه یک سیستم عامل به نام”ویندوز برای رباتها” می باشد.
ژاپن امیدوار است تا سال ۲۰۲۵ بتواند تمامی رباتهای خدماتی را به‌صورت تمام مقیاس، تجاری سازی کند. بسیاری از تحقیقات در زمینه فناوری در ژاپن توسط موسسات وابسته به دولت، به‌خصوص وزارت بازرگانی این کشور انجام می شود.
بسیاری از کاربردهای رباتها در آینده برای مردم مشخص است. اما این در حالی است که این کاربرد ها در حال حاضر بسیار دور از دسترس توانایی فعلی رباتها هستند. حتی از سال ۱۹۸۲، این اطمینان وجود داشت که روزی رباتها میتوانند:
قطعات را با جدا کردن ضایعات قالب گیری تمیز کنند.
اتومبیل ها را با اسپری و بدون دخالت انسان رنگ کنند.
چیز های مختلفی را بسته بندی کنند( مثلا بسته های شکلات را به‌صورت کاملا مرتب در جعبه قرار دهند).
کابل های هارنس بسازند.
کامیون ها را با جعبه های محصولات پر کنند.
کالا های نرم مانند پوشاک و کفش را منتقل کنند .
پشم چینی گوسفندان را انجام دهند .
پروتز (اندام های مصنوعی) را تهیه و نصب کنند.
غذا های فست فودی را آماده کنند و یا در سایر صنایع خدماتی کار کنند.
در خانه مشغول به کار شوند (رباتهای خانگی).
به‌طورکلی میتوان گفت این پیش بینی ها در بازه زمانی فعلی بیش از حد خوشبینانه است.
کاربردهای جدید و نمونه های اولیه آنها
در سال ۲۰۰۸، شرکت Caterpillar، ایده ساخت دامپ تراکی را که می‌توانست بدون نیاز به راننده، مواد معدنی را از معدن به بیرون منتقل کند، مطرح کرد. بسیاری از تحلیل گران معتقدند کامیون های بدون راننده، در نهایت لجستیک را متحول خواهد کرد و انقلابی عظیم را در صنعت به وجود خواهد آورد.تا پایان سال ۲۰۱۴، Caterpillar توانست این دامپ تراک تمام اتوماتیک را بسازد که انتظار میرود فرآیند معدن کاری را به طور چشمگیری متحول کند. در سال ۲۰۱۵، این کامیون های ساخت Caterpillar توسط شرکت معدنیRio Tinto Coal Australia ، به طور کامل در عملیات معدن کاری در استرالیا مورداستفاده قرار گرفتند. برخی تحلیل گران معتقدند در چند دهه آینده، بسیاری از کامیون ها کاملا خودکار خواهند بود.
یک ربات باسواد ( رباتی که توانایی خواندن دارد) به نام Marge، از طریق هوش مصنوعی خود میتواند روزنامه بخواند، کلماتی را که از نظر املایی مشکل دارند پیدا کرده و تصحیح کند، در مورد بانک های مختلف مثلا بانک Barclays یاد بگیرد و متوجه شود که برای غذا خوردن، برخی رستوران‌ها مناسب تر از بقیه هستند.
Baxter یک ربات جدید است که در سال ۲۰۱۲ معرفی شد. این ربات میتواند با هدایت دیگران، چیز های جدیدی یاد بگیرد. برای مثال یک کارگر میتواند به Baxter یاد دهد که یک کار را چگونه انجام دهد. برای این کار او دست هایش را به شکل مورد نظر حرکت می دهد و Baxter حرکات دست او را به خاطر می سپارد. برای تنظیم میزان دقت و ویژگی های مختلف دیگر، دکمه ها و کنترل های بیشتری بر روی دستBaxter وجود دارد. هر کارگر ساده ای میتواند Baxter را برنامه ریزی کند و این کار تنها چند دقیقه زمان می برد. کاری که برای سایر رباتهای صنعتی، به میزان زیادی برنامه‌نویسی و کد نوشتن نیاز دارد تا بتوان از آن استفاده کرد. در واقع میتوان گفت Baxter برای عمل کردن به برنامه‌نویسی احتیاج ندارد. به هیچ مهندس نرم افزاری نیاز ندارد. همچنین میتوان به Baxter آموزش داد تا بتواند کار های پیچیده تر و یا چند کار را به‌صورت همزمان انجام دهد. در سال ۲۰۱۵، ربات دیگری به نام Sawyer برای انجام کارهای کوچک تر و دقیق تر ساخته شد.
یک روبات دارای سه مشخصه زیر است ۱-داری حرکت وپویایی است ۲-قابلیت برنامه ریزی جهت انجام کارهای مختلف را دارد ۳-بعد از اینکه برنامه ریزی شد.قابلیت انجام وظایفش را به صورت خودکار دارد. ممکن است روزی فرا برسد که روباتها جای انسانها را در انجام کارها بگیرند. حتی بعضی از آنها ممکن است به صورت محافظ شخصی از جان انسانهادر مقابل خطرات احتمالی حفاظت کنند.
آناتومی اندام روبات های شبیه انسان
در سال ۱۹۵۰ دانشمندان تصمیم گرفتند.شکلی از رباتهای دو پارا درست کنند.که از لحاظ فیزیکی شبیه انسان باشند.این گونه روباتها متشکل از دو بازو دو پا هستند.که دستها و پاها به صورت متقارن وشبیه بدن انسان در سمت راست وچپ ربات قرار گرفته اند.برای انجام چنین کاری آنها می بایست در ابتدا آناتومی بدن خود را می شناختند.آنها معتقد بودن که انسانها طی میلیونها سال تکامل یافته اند.،تا اینکه امروزه قادرند انواع مختلفی از کارها را انجام دهند.اگر از مردم راجع به روباتهای شبیه انسان سوال کنید.آنها در اولین وهله به یاد فیلم پلیس آهنی می افتند.شما نیز می توانید با استفاده از کاغذهای استوانه ای و تک های چوب وچسب شکلی مانند زیر درست کنید.
حرکت در روبات
هنگامیکه شما راجع به مطلبی فکر می کنید و برای آن دنبال پاسخ می گردید.می توانید جواب خود را در طبیعت بگیرید.به حیواناتی که اطراف ما هستند.،و مانند ما می توانند در چهار جهت حرکت کنند.دقت کنید.به طور مثال به حرکت فیل توجه کنید.مفاصلی که در پاها وجود دارند.سبب حرکت پاها به سمت عقب،جلو، چپ و راست می شوند هنگامکه این حیوان حرکت می کند وزن خود را بر روی پا هایش تقسیم میکند.بنابراین این امکان را دارد که تعادلش را حفظ کند و بر روی زمین نیافتد.در روباتها نیز همین مسئله وجود دارد اگر یکی از پاهای آن در هوا قرار بگیرد روبات متوقف می شود.واین امکان وجود دارد بر روی زمین بیافتد.به حرکت مورجه ها دقت کنید.این موجود ۶ پا دارد. در هنگام حرکت به سمت جلو سه پایش را به سمت جلو وسه پای دیگرش را در همان موقعیت به سمت عقب فشار میدهد .دو پا از یک طرف ویک پا از طرف دیگرهمواره کار مشترکی را انجام می دهند. واین کار سبب حرکت مورچه به سمت جلو می شود. حشرات بدلیل داشتن پاهای بیشتر وفرم پاها راحتر از حیوانات چهار پا می توانند تعادل خود را در حرکت حفظ کنند.بهمین دلیل رباتهای شبیه حشرات بیشتر از روباتهایی شبیه سگ و گربه ساخته شده اند.
لگو روبات(lego robot)
برای شروع به ساخت روبات بهتر است .،که با لگو ها ونحوه اسمبل کردن آنها آشنا شوید.لگوها ایده های خوبی در ساخت روبات به شما می دهند.بسیاری از روباتهایی که ساخته شده اند.حشره،حیوان،انسان نیستند.بلکه آنها لگو هستند.شما می توانید بدنه روبات خود را بوسیله لگوها بسازید.و مدارات الکترونیک را در آن جا سازی کنید. بیشتر ماشینهایی که وجود دارند از چهار چرخ تشکیل شده اند.دو چرخ جلویی دارای چرخش زاویه ای هستند.،و دو چرخ عقبی در جای خود ثابت هستند.،وتنها میچرخند،حرکت به سمت راست،جلو و عقب را چرخهای جلویی تعیین می کنند.در برخی از ماشینها هر چهار چرخ دارای این وضعیت هستند.از این موارد در ساخت لگو روباتها شبیه ماشین استفاده می شود.برخی از ماشینهای پیشرفته از راه دور کنترل می شوند(remote control) که این مسئله را براحتی می توان در روباتها بست وتوسعه داد. برای ساخت یک لگو ماشین احتیاج به چهار چرخ پلاستیکی و دو میله تحت عنوان محور احتیاج دارید.شاید بتوانید این قطعات را براحتی در یک ماشین اسباب بازی پیدا کنید.برخی از طراحان روبات به جای چهار چرخ از سه چرخ استفاده می کنند.در این حالت عموما دو چرخ ثابت وتنها در جای خود می چرخند و تنها یک چرخ دارای حرکت آزاد است.نوع دو چرخ آن نیز وجود دارد.در این حالت هر دوچرخ دارای حرکت آزاد زاویه ای هستند. برای حل مشکل تعادل روباتها در هنگام چرخش از چهار چرخ استفاده می شود. در هر طرف دوچرخ وجود دارد.که چرخهای در هر سمت بوسیله تسمه یا نواری پلاستیکی بهم متصل می شوند. کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روباتهای جهانی روسیه) در سال ۱۹۲۱ ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر میباشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم. امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام میشود را انجام دهد، استفاده میشود.
رباتها چه کارهایی انجام میدهند؟
بیشتر رباتها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
رباتها از چه ساخته میشوند؟
رباتها دارای سه قسمت اصلی هستند: * مغز که معمولاً یک کامپیوتر است. * محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و … * سنسور که میتواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد. با این سه قسمت، یک ربات میتواند با اثرپذیری و اثرگذاری در محیط کاربردی‌تر شود.
تأثیر رباتیک در جامعه:
علم رباتیک در اصل در صنعت به‌کار میرود و ما تأثیر آن را در محصولاتی که هر روزه استفاده می‌کنیم، می‌بینیم. که این تأثیرات معمولاً در محصولات ارزانتر دیده میشود. رباتها معمولاً در مواردی استفاده میشوند که بتوانند کاری را بهتر از یک انسان انجام دهند یا در محیط پر خط فعالیت نمایند مثل اکتشافات در مکان‌های خطرناک مانند آتش‌فشان‌ها که میتوان بدون به خطر انداختن انسانها انجام داد.
مشکلات رباتیک:
البته مشکلاتی هم هست. یک ربات مانند هر ماشین دیگری، میتواند بشکند یا به هر علتی خراب شود. ضمناً آنها ماشینهای قدرتمندی هستند که به ما اجازه میدهند کارهای معینی را کنترل کنیم. خوشبختانه خرابی رباتها بسیار نادر است زیرا سیستم رباتیک با مشخصه‌های امنیتی زیادی طراحی میشود که میتواند آسیب آنها را محدود کند. در این حوزه نیز مشکلاتی در رابطه با انسان‌های شرور و استفاده از رباتها برای مقاصد شیطانی داریم. مطمئناً رباتها میتوانند در جنگ‌های آینده استفاده شوند. این میتواند هم خوب و هم بد باشد. اگر انسانها اعمال خشونت آمیز را با فرستادن ماشینها به جنگ یکدیگر نمایش دهند، ممکن است بهتر از فرستادن انسانها به جنگ با یکدیگر باشد. رباتها میتوانند برای دفاع از یک کشور در مقابل حملات استفاده میشوند تا تلفات انسانی را کاهش دهد. آیا جنگ‌های آینده میتواند فقط یک بازی ویدئویی باشد که رباتها را کنترل میکند؟
مزایای رباتیک:
مزایا کاملاً آشکار است. معمولاً یک ربات میتواند کارهایی که ما انسانها می‌خواهیم انجام دهیم را ارزانتر انجام دهد. علاوه بر این رباتها میتوانند کارهای خطرناک مانند نظارت بر تأسیسات انرژی هسته‌ای یا کاوش یک آتش‌فشان را انجام دهند. رباتها میتوانند کارها را دقیقتر از انسانها انجام دهند و روند پیشرفت در علم پزشکی و سایر علوم کاربردی را سرعت بخشند. رباتها به ویژه در امور تکراری و خسته کننده مانند ساختن صفحه مدار، ریختن چسب روی قطعات یدکی و… سودمند هستند.
تاثیرات شغلی:
بسیاری از مردم از اینکه رباتها تعداد شغل‌ها را کاهش دهد و افراد زیادی شغل خود را از دست دهند، نگرانند. این تقریباً هرگز قضیه‌ای بر خلاف تکنولوژی جدید نیست. در حقیقت اثر پیشرفت تکنولوژی مانند رباتها (اتومبیل و دستگاه کپی و…) بر جوامع ، آن است که انسان بهره‌ورتر میشود.
قوانین سه‌گانه رباتیک:
ایزاک آسیموف نویسنده داستان‌های علمی تخیلی قوانین سه‌گانه رباتیک را به صورت زیر تعریف‌کرده است: ۱ـ یک ربات نباید به هستی انسان آسیب برساند یا به واسطه بی‌تحرکی، زندگی یک انسان را به مخاطره بیاندازد. ۲ـ یک ربات باید از دستوراتی که توسط انسان به او داده میشود، اطاعت کند؛ جز در مواردی که با قانون یکم در تضاد هستند. ۳ـ یک ربات باید تا جایی‌که با قوانین یکم و سوم در تضاد نباشد از خود محافظت کند.
آینده رباتیک:
جمعیت رباتها به سرعت در حال افزایش است. این رشد توسط ژاپنی‌ها که رباتهای آنها تقریباً دو برابر تعداد رباتهای آمریکا است، هدایت شده است. همه ارزیابی‌ها بر این نکته تأکید دارد که رباتها نقش فزاینده‌ای در جوامع مدرن ایفا خواهند کرد. آن ها به انجام کارهای خطرناک، تکراری، پر هزینه و دقیق ادامه میدهند تا انسانها را از انجام آنها باز دارند.
ربات امدادگر
یکی از راهکارهایی که برای نجات مصدومین زلزله استفاده می شود، به کاربستن رباتیک و علوم کامپیوتر در عملیات امداد و نجات است. از طریق این فناوری‌ها میتوان به مصدومین گرفتار در زیر آوار دسترسی پیدا کرده و جان آنها را نجات داد این ربوتها به گونه‌ای طراحی شده است که بتوان مسیر خود را در شکاف‌های باریک و از میان آوار به‌جا مانده از ساختمان بیابد و در لا‌به‌لای آنها به جستجوی مصدومین حادثه بپردازد. پیکره‌ی این رباتها به یک دوربین و یک میکروفون برای دریافت داده‌هایی از میان ویرانی‌ها مجهز شده است. به علاوه یک حسگر حرارتی نیز به تجهیزات این ربوت ها افزوده شده، تا بتواند حرارت بدن مصدوم را دریافته و موقعیت او را بیابد. این حسگر، این امکان را نیز فراهم میسازد که حتی اگر در زیر آوار منبع نوری نیز وجود نداشت و مصدومین در تاریکی گرفتار شده بودند، باز هم فرصت یافته شدن آنها وجود داشته باشد. طراحی منعطف این ربوتها برخی توانمندی‌های مختص محیط‌های دچار سانحه را به آن افزوده است، اگر در شرایطی این ربوتها با مانعی در زیر آوار برخورد کند و به سبب این برخورد تعادل خود را از دست بدهد و یا از ارتفاعی، فرو بیفتد، خواهد توانست با چرخش پیکره‌ی خود مجدداً به وضعیت متعادل و مناسب برای حرکت بازگردد.
مباني رباتيك
ربات ها ماشين هايي هستند كه به تقليد رفتار انسان ها يا حيوانات مي پردازند . انسان ها داراي جسم مي باشند و از ماهيچه براي حركت بدن ، حسگر براي دريافت اطلاعات محيط ، قدرت براي فعال كردن ماهيچه ها ، مغز براي پردازش اطلاعات حسگرها و دستور به ماهيچه ها و ويژگي هاي نامشهود ديگر مانند هوش و روحيه برخوردارند . به طور مشابه ربات ها نيز از ساختار قابل حركت ، موتورها ، حسگرهايي براي مشاهده محيط ، فعال ساز براي كنترل حركت ، منبع تغذيه و پردازنده / كامپيوتر براي كنترل رفتار و اجزاي خود برخوردار مي باشند . ربات هاي صنعتي بازوها يا ماشين هاي خودكار مكانيكي هستند كه توسط كامپيوتر كنترل شده و از آنها در خطوط مونتاژ كارخانه ها استفاده مي شود . وظايف آنها بازه وسيعي را از اتصال اجزاي بدنه اتومبيل تا قرار دادن يك قطعه بسيار كوچك در يك دستگاه الكترونيكي در بر مي گيرد . يك ربات صنعتي كه از شش مفصل برخوردار است ، شباهت بسيار زيادي به بازوي انسان دارد . اين شش اتصال در واقع معادل شانه ، آرنج و مچ هستند . هر كدام از اين اتصالات توسط يك موتور DC/AC كنترل مي شوند . خود اين موتورها توسط سيگنال هايي كه توسط كابل منتقل مي شود ، كنترل مي گردند . كامپيوتر كنترلي ربات شامل برنامه هايي است كه رفتار هر موتور را كنترل مي كند و بدين ترتيب ربات عمل مورد نياز را انجام مي دهد . براي حركت ربات ، اين رايانه ، موتورها و دريچه هاي مرتبط را فعال مي كند . ربات ها قابل برنامه ريزي جديد بوده و مي توان با برنامه ريزي جديد رفتار متفاوتي را از آنها انتظار داشت . برنامه يك ربات جوشكاري حاوي دستورات لازم در زمينه ميزان جريان برق و اعمال جريان براي المان جوشكاري ربات است تا بدين ترتيب بعنوان قطعات فلزي با قطرهاي مختلف را به هم جوش داد . حسگرهاي موجود ، اطلاعات محيطي را به صورت پسخورد در اختيار كامپيوتر كنترلي قرار مي دهند و آنها را قادر مي سازند تا عمليات ربات را مطابق با شرايط محيطي تنظيم كنند . كامپيوترها سيگنال هاي فرمان را به ابزار رباتيك ارسال مي نمايند و بدين ترتيب عمليات كارخانه كنترل مي گردد . مي توان ماشين هاي رباتيك را به گونه اي برنامه ريزي كرد كه وظايف مختلفي را انجام دهند و در نتيجه ربات ها مي توانند به منظور توليد محصولات مختلف ، مورد استفاده قرار گيرند . ربات هاي فوق در كارخانه هايي مورد استفاده قرار مي گيرند كه محصولات متنوعي را در دسته هاي كوچك توليد مي كنند و محصولات هر دسته با دسته ديگر فرق مي كند . ربات ها با سخت افزار فرآيند توليد ادغام مي شوند . پس از اينكه كار جاري خط توليد به پايان رسيد ، مي توان از اين ربات ها براي كار ديگر دوباره استفاده كرد . خط توليدي كه در آن از ربات استفاده مي شود ، ممكن است فقط شش ماه دوام داشته باشد . پس از آن ، كارخانه به دليل تغيير محصول توليدي خود بايد خط توليد فوق را جمع آوري كند . از آنجايي كه مي توان ربات ها را براي انجام كارهاي مختلف برنامه ريزي كرد ، مي توان آنها را به راحتي از يك خط توليد جدا كرده و در جاي ديگر مورد استفاده قرار داد. كارخانه موتورولا از دو ربات به طور همزمان براي مونتاژ قطعات الكترونيكي در دستگاه هاي راديويي خود استفاده مي كند . اين دو ربات دوازده كار پايه اي مانند قرار دادن قطعات الكترونيكي بر روي بوردهاي چاپي را بطور مشترك با هم انجام مي دهند . اين دو ربات به صورت جفت و دقيقا مانند دو بازوي يك انسان در خط مونتاژ كار مي كنند و كامپيوتر كنترل كننده با ارسال سيگنال هاي مناسب مانع از برخورد آنها باهم مي شود .
حواس انسان براي ربات ها :
تمركز طراحان بر شبيه سازي حواس انسان براي ربات ها است . ربات ها بايد بتوانند حسي از محيط پيرامون خود داشته باشند ( مشابه حواس انسان ) . آنها بايد بتوانند ببينند ، احساس كنند ، بشنوند ، بو بكشند و با انسان ها به زبان طبيعي صحبت كنند .رادارها ، دستگاههاي كاشف ، ميكروفن هاي جهت دار ، اسكنر هاي بدن و موارد مشابه قادر ند بهتر از اعضا ي بدن انسان عمل كنند ، ببينند و يا اشياء را شناسايي كنند . مشكل اصلي ، گردآوري اطلاعات نيست ، بلكه تفسير و درك آنهاست . ساخت رباتي كه بتواند به سطح يك چاه نفت در دريا برود يا رباتي كه بتواند به يك راكتور هسته اي وارد شود ، بسيار متفاوت از رباتي است كه در آن لوله است . تصوير لوله تنها نشان دهنده جلبك هايي است كه به دور اتصالات جمع شده اند . اگر قرار است ربات تشخيص دهد كه مي تواند مشكل را حل كند يا نه ، بايد از هوش لازم براي رفع ابهام از تصوير و ايجاد يك تصوير واضح و روشن برخوردار باشد . ربات ها بايد اطلاعات مورد نياز را براي پاسخگويي به مسائل پيش آمده در جهان واقعي فراهم سازند . ربات ها بايد قادر به درك حوادث پيرامون خود باشند تا بتوانند بر آنها كنترل داشته باشند و گرنه ، داشتن حواس صرف براي گردآوري اطلاعات ، ارزشي نخواهد داشت . حواس آنها بايد پسخوري از اثرات رفتار انها بر جهان ، به آنها بدهد .
ربات هاي بيولوژيكي :
محققان به دنبال هوش هستند ، گرچه اين هوش لزوما به پيچيدگي مغز انسان كه از ميليارها نورون و تريليون ها اتصال برخوردار است نخواهد بود . گرچه بسياري از مناطق مغز انسان از ساختار يكنواختي برخوردارند ، ولي صدها منطقه در مغز وجود دارد كه از نظر معماري متمايز هستند . اين مساله سبب پيچيدگي شبيه سازي مغز انسان در ربات ها مي شود . در مقايسه ، حشرات و موجودات دريايي از نورون هاي كمتري برخوردارند . مهندسان با استفاده از داده هاي رفتاري مي دانند كه چگونه بخش هاي مغز اين موجودات با هم در ارتباط هستند و همچنين از نحوه تعامل نورون هاي آنها به منظور انجام يك كار خاص مطلع هستند . هوش مغز سوسك براي توسعه ربات هاي بيولوژيكي بكار گرفته شده است . حشرات در زمان حركت بالا ، زير با پيرامون موانع شش بازوي خود را كنترل مي كنند . ربات هاي شش بازويي مانند Lemur (مخففLimbed Excursion Mobile Utility Robot ) ” ربات با قدرت حركت عضوي ” از خصوصيات سيستم عصبي حشرات براي حركت در سطوح سخت و ناهموار به منظور گردآوري ، نمونه برداري و تحليل داده ها استفاده مي كنند . ماهيچه ها مسبب حركت و دستكاري در مخلوقات هستند . فعال سازي هاي ربات ها در واقع شبيه ساز ماهيچه ها به شمار مي روند . فعال سازي هايي كه از پليمرهاي فعال شونده با جريان برق (EAP) استفاده مي كنند ، بيشترين شباهت را به ماهيچه هاي بيولوژيكي دارند . EAP ها در پاسخ به تحريك هاي الكتريكي تغيير شكل مي دهند .در صورتي كه به سيال هاي الكترورئولوژيك (ERF) مبتني بر EAP تحريك الكتريكي وارد شود ، چسبناك مي شوند . از ERF ها براي توسعه فعال سازي هاي مينياتوري كنترل شونده توسط جريان برق استفاده مي شود . نيروهايي كه در محيط هاي دور اعمال مي شوند ، سبب تغيير در ويسكوزيته ERF شده و بدين شكل خود را در اجزاي مكانيكي ربات نشان مي دهند . از ربات هاي مبتني بر EAP در كاربردهاي پزشكي و فضايي استفاده مي شود . ربات ماهي اولين محصول تجاري است كه در آن از EAP استفاده شده است . اين ربات مي تواند بدون استفاده از موتور يا باتري و با استفاده القاء گرهاي موجود شنا كند . EAP ها را ميتوان به شكل هاي مختلفي ساخت . از تركيب آنها با حسگرهاي MEMS ( سيستم ميكروالكترومكانيكي ) مي توان به فعال سازهاي هوشمند دست يافت . EAP واسطي است بين انسان و ماشين در واقع جايگزيني است براي حواس انسان . بعنوان مثال ، مي توان از EAP بعنوان واسط بين ربات و مغز انسان استفاده كرد . كلاوس پيترزانر از دانشگاه ساوت همپتون در انگلستان رباتي ساخته است كه توسط يك نمونه پرورش يافته و خاص از موجودات زنده ” كپك مانند” كنترل ميشود . اين سلول ها از نور دوري مي كنند . يك نمونه ستاره اي شكل از اين سلول ها به يك ربات شش بازويي ربات متصل گرديده اند . تابش نور سفيد بر بخشي از ارگانيسم سلول سبب مرتعش شدن آن مي گردد . اين ارتعاشات به رايانه منتقل شده و بر اساس آن سيگنال هاي كنترلي براي حركت بازوها ارسال مي گردد . با تابش نور برروي بخش هاي مختلف ستاره ، بازوهاي متفاوتي را ميتوان حركت داد . با انجام اين كار به صورتي منظم و با قاعده ، ميتوان ربات را به راه انداخت .
بینایی ماشین (به انگلیسی: Machine vision) استفاده از حس گرها برای دریافت سیگنال‌هایی که تشکیل دهنده تصویر یک شی هستند که توسط کامپیوتر یا سایر وسایل پردازش سیگنال برای تفسیر و تحلیل سیگنال‌های دریافت شده از قطعه مورد استفاده قرار میگیرد. Machine vision به عنوان یک ابزار مهندسی در ابزارهای دیجیتال و در شبکه‌های کامپیوتری، برای کنترل ابزارهای صنعتی دیگر از قبیل کنترل بازوهای روبات یا خارج کردن تجهیزات معیوب به کار میرود.
در حقیقت Machine vision شاخه‌ای از علم مهندسی است که به رشته‌های علوم کامپیوتری (Computer science) و علم نورشناسی و مهندسی مکانیک و اتوماسیون صنعتی ارتباط دارد. یکی از مهمترین پر استفاده‌ترین کاربردهای آن در بازبینی و بررسی کالاهای صنعتی از جمله نیمه هادیها، اتومبیل‌ها، مواد خوراکی و دارو میباشد. همانند نیروی انسانی که با چشم غیر مسلح در خط تولید کالاها را برای تعیین کیفیت و نوع ساخت آنها بازبینی میکنند، Machine vision از دوربینهای دیجیتال و دوربینهای هوشمند و نرم‌افزارهای image processing (پردازش تصویر) برای این کار استفاده میکند. دستگاههای مربوطه (Machine vision) برای انجام دادن وظایفی خاص از جمله شمردن اشیاء در بالابرها، خواندن شماره سریالها(Serial numbers)، جستجوی سطح‌های معیوب به کار می‌روند.
در حال حاضر صنعت استفاده زیادی از سیستم ماشین بینایی برای بازبینی تصویریاشیاء (Visual inspection) که نیاز به سرعت بالا و دقت بالا و کار ۲۴ ساعته و تکرار محاسبات بالا دارد، وجود دارد. اگرچه انسان عملکرد بهتر و قابلیت تطبیق دهی بیشتری برای خطاهای تازه در زمان کوتاه دارد ولی با توجه به ویژگیهای ذکر شده این دستگاهها به مرور جای نیروی انسانی را که به دلیل انحراف و شرایط بد دارای خطا می‌باشند، در صنعت پر میکند. کامپیوترها به همان صورتی که انسان می‌بیند نمی‌توانند ببینند. دوربین‌ها همانند سیستم بینایی انسان نیستند و در حالی که انسان میتواند بر استنباط و فرضیات اتکا کند، تجهیزات کامپیوتری باید به وسیله آزمودن و تجزیه و تحلیل کردن جداگانه پیکسلها و تلاش کردن برای انجام نتیجه‌گیری با توجه به پشتوانه اطلاعاتی و روشهایی مانند شناسایی الگو مشاهده کنند.
علی‌رغم اینکه بعضی الگوریتمهای machine vision برای تقلید کردن از سیستم بینایی انسان توسعه یافته‌اند، تعداد معدودی روش برای تحلیل و شناسایی ویژگیهای مرتبط تصاویر به صورت مؤثر و ثابت توسعه یافته‌اند. سیستمهای Machine vision و computer vision قادر هستند به صورت ثابت تصاویر را تجزیه و تحلیل کنند، ولی image processing بر پایهٔ کامپیوتر به صورت کلی برای انجام کارهای تکراری طراحی میشوند و علی‌رغم پیشرفت‌های صورت گرفته در این زمینه، هیچ سیستم machine vision و computer vision قادر نیست با برخی از ویژگیهای سیستم بینایی انسان در قالب درک تصویر، تلرانس به تغییرات نور، تضعیف قدرت تصویر و تغییرات اجزا و… تطبیق پیدا کند.
سیستم اولیه ماشین بینایی Autovision II که در سال ۱۹۸۳ در یک نمایشگاه تجاری به عرضه گذاشته شد.
اجزای یک سیستم بینایی ماشین
اگرچه “بینایی ماشینی” بیشتر به عنوان یک فرآیند در کاربردهای صنعتی شناخته شده است، برای فهرست کردن اجزای سخت‌افزاری و نرمافزاری به کار برده شده نیز مفید میباشد. معمولاً یک بینایی ماشینی از اجزای زیر ساخته شده است:
۱. یک یا چند دوربین دیجیتال یا آنالوگ (سیاه-سفید یا رنگی) با اپتیک مناسب برای گرفتن عکس.
۲. واسطه‌ای که عکسها را برای پردازش آماده میسازد. برای دوربینهای آنالوگ این واسطه شامل یک دیجیتال کننده عکس است. هنگامی که این واسطه یک سخت‌افزارٍ جدا باشد، به آن Frame grabber (کارتی که برای دریافت سیگنال تصویری و فرستادن آن به کامپیوتر استفاده میشود) می گویند.
۳. یک پردازشگر (گاهی یک PC یا پردازنده تعبیه شده (Embedded Processor) مانند DSP
۴. نرم‌افزار Machine vision: این نرم‌افزار امکاناتی برای توسعه یک برنامه نرمافزاری که برای کاربردی مشخص است را فراهم میکند.
۵. سخت‌افزار ورودی / خروجی (مثلاً I/O دیجیتال) یا حلقه‌های ارتباطی (مثلاً ارتباط شبکه ای یا RS-232) برای گزارش نتایج.
۶. یک دوربین هوشمند: یک وسیله ساده که همه موارد فوق را داراست.
۷. لنزهایی که بتواند به مقدار مطلوبی روی سنسور تصویر زوم کند.
۸. منابع نوری مناسب و گاهی خیلی مخصوص (مثلاً چراغهای LED، فلورسنت، لامپهای هالوژن و . . .)
۹. یک برنامهٔ مشخص که بتواند تصاویر را پردازش کرده و مشخصه‌های مربوط و مناسب را شناسایی کند.
۱۰. یک سنسور همزمان ساز برای شناسایی اجزا (گاهی یک سنسور نوری یا یک سنسور مغناطیسی): این سنسور برای راه‌اندازی سیستمٍ استخراج و پردازش تصویر میباشد.
سنسور همزمان ساز تعیین میکند که چه زمانی یک بخش (که معمولاً روی یک حمل کننده حرکت میکند) در موقعیتی قرار گرفته است که باید مورد بررسی واقع شود. این سنسور هنگامیکه از زیر دوربین می‌گذرد و یک پالس نوری برای ثابت نگهداشتن تصویر ایجاد میکند، دوربین را برای گرفتن عکس فعال میکند. نوری که برای روشن کردن آن بخش به کار میرود در واقع برای آن است که مشخصه‌های مطلوب را برجسته و مشخصات نامطلوب (مثل سایه‌ها یا انعکاس‌ها) را به حداقل برساند.
معمولاً پنل‌های LED با اندازه و طراحی مناسب برای این هدف مورد استفاده قرار میگیرند. تصویر دوربین یا توسط یک frame grabber یا توسط یک حافظه کامپیوتری (که در آن از frame grabber استفاده نشده است) گرفته میشود. frame grabber یک وسیله دیجیتال کننده است (یا در داخل دوربین هوشمند یا بطور جداگانه) که خروجی دوربین را به فرمت دیجیتال تبدیل کرده (معمولاً این فرمت از یک آرایه دو بعدی از اعداد تشکیل شده که هر عدد متناظر شدت روشنایی نقطه متناظر در آن تصویر میباشد. به این نقاط پیکسل میگویند.) و سپس تصویر را به منظور پردازش توسط نرم‌افزارٍ Machine vision در حافظه کامپیوتر ذخیره میکند. به طور معمول نرم‌افزار، اقدامات متفاوتی را برای پردازش تصویر انجام میدهد.
گاهی در ابتدا تصویر برای کاهش نویز یا تبدیل سایه‌های خاکستری به ترکیب ساده‌ای از رنگهای سیاه و سفید دستکاری میشود (Binarization ). در قدم بعدی نرم‌افزار عمل شمردن، اندازه‌گیری و شناسایی اجسام، ابعاد، کاستی‌ها و مشخصات دیگر تصویر را انجام میدهد. در نهایت با توجه به ضوابط و معیارهای برنامه ریزی شده ممکن است بخشی را بپذیرد یا رد کند. اگر یک بخش رد شد، نرم‌افزار به یک دستگاه مکانیکی فرمان میدهد تا آن بخش را خارج کند و همچنین سیستم خط تولید را قطع کرده و به کارگر هشدار میدهد تا مشکلی که باعث ایجاد خطا شده را رفع نماید. اگرچه اکثر Machine visionها بر مبنای دوربینهای سیاه–سفید بنا نهاده شده‌اند، استفاده از دوربینهای رنگی در حال رایج شدن است.
همچنین امروزه شاهد شیوع فراوان استفاده از تجهیزات دوربینهای دیجیتال به جای یک دوربین و یک frame grabber جداگانه در Machine vision هستیم. استفاده از یک دوربین دیجیتال به منظور برقراری ارتباط مستقیم، باعث صرفه جویی در هزینه و نیز سادگی سیستم خواهد شد. دوربینهای هوشمند که در داخل آنها embedded processorها تعبیه شده‌اند، در حال تسخیر سهم بالایی از بازار Machine visionها هستند. استفاده از یک embedded processor (و یا یک پردازنده بهینه) نیاز ما به frame grabber و یک کامپیوتر خارجی را از بین می‌برد.
به همین خاطر این پردازنده‌ها باعث کاهش هزینه، کاهش پیچیدگی سیستم و همچنین اختصاص توان پردازشی مشخص به هر دوربین میشود. دوربینهای هوشمند معمولاً ارزان تر از سیستمهای شامل یک دوربین و یک برد و یک کامپیوتر خارجی هستند. همچنین توان بالای embedded processor و DSPها منجر به بالا رفتن عملکرد و توانایی آنها نسبت به سیستمهای مرسوم (که بر مبنای PC هستند) شده است.
روشهای پردازش
شمارش پیکسل
شمردن تعداد پیکسلهای روشن و تاریک.
تعیین آستانه
تبدیل یک عکس با قسمت‌های خاکستری به یک عکس سیاه و سفید به این طریق که با قرار دادن آستانه‌ای پیکسلهای روشن تر از آن را سفید و پیکسلهای تیره تر از آن را سیاه در نظر می‌گیریم.
بخش بندی کردن (Segmentation)
تبدیل تصویر ورودی به بخش‌های مختلف برای موقعیت یابی و شمارش پیکسلها.
تشخیص و شناسایی لکه‌ها و دستکاری
بررسی یک عکس برای یافتن گسسته از بین تمامی پیکسلها.(به عنوان مثال یک حفره سیاه رنگ در درون یک جسم خاکستری) این لکه‌ها به عنوان نشان اختصاصی عکس خواهند بود.
تشخیص و شناسایی توسط اجزاء موجود
استخراج اجزاءی خاص از یک تصویر ورودی مثلاً عکس.
تشخیص و شناسایی الگو به طور مقاوم در برابر تغییرات
به این معنا که موقعیت جسمی که ممکن است چرخانده شود یا اندازه اش تغییر کند یا قسمتی از این جسم توسط جسم دیگر پوشانده شود، را به طور دقیق شناسایی کند.
خواندن بارکد
شناسایی و تعیین کدهای یک بعدی (۱D) و دو بعدی (۲D) اسکن شده توسط ماشینها طراحی شده است.
پیدا کردن، مطابقت دادن و شمارش اشکال خاص در یک تصویر.
در اکثرموارد یک سیستم Machine vision به منظور بررسی کامل یک تصویر، از زنجیره مرکبی از این تکنیکهای پردازش استفاده میکند. به عنوان مثال میتوان به سیستمی اشاره کرد که بارکد را می‌خواند و هم سطح جسم را برای خراش احتمالی مورد بررسی قرار میدهد و هم ممکن است طول و عرض آن وسیله را اندازه‌گیری کند.
کاربردهای ماشین بینایی
همانطور که در بین حس‌های انسان بینایی از همه کاربرد وسیع تری دارد؛ بینایی ماشین نیز در زمینه‌های گوناگون کاربردهای متنوع و فراوانی دارد.
اتوماسیون صنعتی
دستگاهای ماشین بینایی دارای کاربردهای متنوعی هستند که از آن جمله به طور خلاصه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
تولید صنعتی در مقیاس بزرگ.
ساخت اجزایی که نیاز به زمان تولید مشخصی دارند.
سیستمهای ایمنی موجود در محیط‌های صنعتی.
بررسی مواد اولیه تولید (مثلاً کنترل کیفیت و بررسی وقوع خطا)
کنترل موجودی انبار و سیستمهای مدیریتی (شمارش، بارکد خواندن و ذخیره اطلاعات در سیستمهای دیجیتال)
کنترل رباتهای تعقیب خطی که برای حمل بار در کارخانه‌های صنعتی استفاده میشوند.
کنترل کیفیت و بهبود محصولات غذایی.
ماشینی کردن اجزای کوچک صنعتی.
سیستمهای ماشین بینایی به طور گسترده در صنعت تولید نیمه هادیها کاربرد دارند. به راستی بدون وجود این سیستم‌ها تولید قطعات کامپیوتری کاهش می‌یابد. این دستگاهها برای بازبینی دقیق ویفرهای سیلیکونی و پردازش گرها به کار می‌روند. در صنعت خودروسازی، Machine vision برای هدایت روباتهای صنعتی، سنجیدن مناسب بودن کالاهای مشخص شده برای اهدافی خاص و بازبینی سطح‌های رنگ شده ماشین جهت یافتن عیب. اگرچه تکنیکهای مربوط به سیستمهای ماشین بینایی برای طیف‌های مرئی از اشیاء گسترش یافته‌اند ولی ممکن است مشابه با روش‌ها برای طیف‌های نامرئی نور مانند اشعه مادون قرمز یا اشعه به کار برده شوند.
تشخیص کاراکترهای پلاک از جمله کاربردهای فراگیر ماشین بینایی میباشد. با شناساندن کاراکترهای پلاک هر کشور به سیستم پردازشی و جستجوی شباهت میان آنها و تصاویر ورودی دوربین میتوان پلاک موجود در تصویر را خواند. این سیستم‌ها در پارکینگ‌های هوشمند؛ ورودی و خروجی سازمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ جهت کنترل تردد مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر اینها در صورت پلاک خوانی یک خودرو در ابتدا و انتهای یک مسیر میتوان سرعت میانگین آن را محاسبه و متخلفین را اعمال قانون کرد.
سرعت سنج
با استفاده از تصویر دو دوربین میتوان عمق تصویر را بدست آورد و از این طریق تغییرات عمق را میتوان بدست آورد که به معنی سرعت است. در نوعی از سرعت سنج‌های بزرگراهی از بینایی ماشین جهت استخراج سرعت استفاده میشود. مزیت این سیستم‌ها بر نمونه‌های مشابهی که از رادار یا لیزر برای سرعت سنجی بهره می‌برند؛ پسیو بودن آنها است. پسیو بودن به این معنی است که امواجی از خود صادر نمی‌کنند و به همین علت استفاده از jammer یا detector به منظور جلوگیری از ثبت تخلف کارایی ندارد. این سیستم‌ها در نوع ثابت و متحرک طراحی میشوند. سیستمهای ثابت در کنار خیابان، جاده یا بزرگراه نصب شده و سیستمهای متحرک بر روی خودروی‌های پلیس نصب میشوند. از این سیستم‌ها میتوان به عنوان تردد شمار و سیستم کنترل ترافیک نیز بهره برد.
ثبت تخلف چراغ راهنمایی و رانندگی
با پردازش تصاویر دوربینهای نصب شده در تقاطع‌ها میتوان زمان، سرعت، جهت حرکت و پلاک خودروها را بدست آورد و بدین ترتیب تخلفات متنوعی از جمله عبور از چراغ قرمز، توقف روی خط عابر پیاده، گردش به چپ و راست و تخطی از سرعت مجاز هنگام عبور از تقاطع را ثبت کرد.
ایمنی رانندگی
برای افزایش سطح ایمنی در رانندگی؛ ماشینهای جدید مجهز به سیستمهای بینایی ماشینی شده‌اند که به راننده در حفظ هوشیاری و دقت کمک میکنند. از جمله این سیستم‌ها میتوان به سیستمهای تشخیص مانع؛ آینهٔ کنار هشدار دهنده؛ هشدار دهنده تابلوهای راهنمایی و رانندگی و هشدار دهنده خارج شدن از خطوط جاده اشاره کرد.
تشخیص حجم
با توجه به اینکه سیستمهای ماشین بینایی قادرند مشخصات مکانی نقاط تصاویر را استخراج کنند، میتوان از آنها به عنوان سیستمهای تشخیص حجم بهره برد. به عنوان نمونه میتوان به سیستم تشخیص حجم بار خودروهای سنگین اشاره کرد. این سیستم‌ها در محل‌های دفن زباله پسماند یا نخاله ساختمانی، معادن و کارخانجات تولید مصالح ساختمانی کاربرد دارد.
زمینه‌های مربوط به ماشین بینایی
ماشین بینایی به مهندسی سیستمهای تصویر در صنعت و تولید و همچنین به گستره وسیعی از علوم کامپیوتر شامل computer vision، کنترل تجهیزات، شبکه‌های کامپیوتری، مدارهای واسط و فراگیری ماشین مربوط میشود. لازم به ذکر است که دو مفهوم Machine vision و Computer vision نباید با یکدیگر اشتباه گرفته شوند. Computer vision مفهوم گسترده تری در حل مسائل تصویری دارد درحالیکه Machine vision یک روش مهندسی است که عموماً در مسائل مهندسی کاربرد دارد.
بینایی ماشین شاخه ای از دانش است که سعی دارد از طریق پردازش تصاویر دوبعدی، جهان سه بعدی پیرامون را بازسازی و تفسیر کند. به بیان ساده، بینایی ماشین یعنی اینکه کامپیوترها بتوانند جهان را به کمک دوربین‌ها ببینند، بفهمند و حتی از بینایی انسان پیشی بگیرند. بینایی ماشین میتواند در هر جایی که نیاز است تا ماشین به جای انسان ببیند، مورد استفاده قرار گیرد.
بینایی ماشین را از دو منظر علمی و تکنولوژیکی میتوان بررسی کرد. به عنوان یک رشته علمی، بینایی ماشین به توسعه تئوری سیستمهای هوشمندی می‌پردازد که اطلاعات را از تصاویر استخراج میکنند و به عنوان یک رشته تکنولوژیکی (فناورانه) تلاش دارد که از تئوری‌ها و مدل‌های توسعه داده شده برای ساخت سیستمهای بینایی ماشین بهره برداری کند. به عنوان مثال تولیدکنندگان صنایع مختلف سیستمهای بینایی ماشین را برای بازرسی چشمی که نیاز به سرعت بالا، بزرگ نمایی، عملکرد ۲۴ ساعته و تکرارپذیری دارد استفاده میکنند.
مفاهیم اولیه بینایی ماشین
بینایی ماشین را میتوان یک رشته ی میان رشته ای از علوم مختلف دانست.به طوری که میتواند در علومی مثل رایانه، برق و الکترونیک، صنایع، مکانیک و یا پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.از طرفی بینایی ماشین با مفاهیمی چون پردازش تصویر و یا پردازش ویدیو ارتباطی تنگاتنگ دارد.به طوری که در بسیاری از موارد نمیتوان خط قرمز مشخصی بین آنها قائل شد.
وقتی سراغ مفاهیم اولیه پردازش تصویر و بینایی ماشین می‌رویم با این کلمات Computer Vision ، Machine Vision و Image Processing مواجه می‌شویم.
پردازش تصویر(Image Processing) مفهومی جامع است. با این تعریف که یکی از شاخه‌های مدرن و متنوع هوش مصنوعی است که با ترکیب روشهای خاص و الگوریتمهای خاص بر روی یک تصویر، شما می‌توانید پروژه‌های مختلفی را با کاربردهای خاص انجام دهید.
وقتی شما می‌خواهید از این الگوریتمهای پردازشی استفاده کنید باید به سراغ یک پردازنده مانند کامپیوتر بروید و همچنین باید از یک دوربین برای گرفتن تصویر و فرستادن آن به کامپیوتر استفاده کنید. بعد از اینکه تصاویر از دوربین به کامپیوتر ارسال شد؛ شما باید از نرم‌افزارهای مربوط به این رشته استفاده کنید. در این صورت وقتی شما پروژه‌ای را توسط این روش انجام دادید؛ در حقیقت از سیستم بینایی کامپیوتری (Computer Vision) استفاده کرده‌اید.
در صنایع مختلف شما برای تعیین کیفیت و نوع ساخت و همچنین برای بازبینی و بررسی کالاهای صنعتی و کنترل آنها ازجمله نیمه‌هادی‌ها، اتومبیل‌ها، مواد خوراکی و دارو از نیروی انسانی که با چشم کالاها را بازبینی کند نیاز دارید. در این صورت اگر شما از کامپیوتر، دوربینهای صنعتی، لنز و لایتینگ و دیگر تجهیزات مورد نیاز یک پروژه استفاده کردید و توسط این تجهیزات و با نوشتن برنامه‌های کامپیوتری توانستید در صنایع مختلف یکی از کارهایی را که نیروی انسانی توسط چشمانجام میدهد را انجام دهید شما در حقیقت یک سیستم بینایی ماشین (Machine Vision) ساخته‌اید.
پردازش تصاویر (به انگلیسی: Image processing) امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته میشود که شاخه‌ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سر و کار دارد.
پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمدهٔ بهبود تصاویر و بینایی ماشین است. بهبود تصاویر دربرگیرندهٔ روشهایی چون استفاده از فیلتر محوکننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد(مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه)است، در حالی که بینایی ماشین به روشهایی می‌پردازد که به کمک آنها میتوان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک و محور تصاویر استفاده شود.
در معنای خاص آن پردازش تصویر عبارتست از هر نوع پردازش سیگنال که ورودی یک تصویر است مثل عکس یا صحنه‌ای از یک فیلم.خروجی پردازشگر تصویر میتواند یک تصویر یا یک مجموعه از نشانهای ویژه یا متغیرهای مربوط به تصویر باشد.اغلب تکنیکهای پردازش تصویر شامل برخورد با تصویر به عنوان یک سیگنال دو بعدی و بکاربستن تکنیکهای استاندارد پردازش سیگنال روی آنها میشود. پردازش تصویر اغلب به پردازش دیجیتالی تصویر اشاره میکند ولی پردازش نوری و آنالوگ تصویر هم وجود دارند.این مقاله در مورد تکنیکهای کلی است که برای همه آنها به کار میرود.
عملیات اصلی در پردازش تصویر ۱٫ تبدیلات هندسی: همانند تغییر اندازه، چرخش و… ۲٫ رنگ: همانند تغییر روشنایی، وضوح و یا تغییر فضای رنگ ۳٫ ترکیب تصاویر : ترکیب دو و یا چند تصویر ۴٫ فشرده سازی تصویر : کاهش حجم تصویر ۵٫ قطعه بندی تصویر : تجزیهٔ تصویر به قطعات با معنی ۶٫ تفاوت تصاویر : به دست آوردن تفاوت‌های تصویر ۷٫ میانگین گیری : به دست آوردن تصویر میانگین از دو تصویر
فشرده‌سازی تصاویر : برای ذخیره‌سازی تصاویر باید حجم اطلاعات را تا جایی که ممکن است کاهش داد و اساس تمام روشهای فشرده‌سازی کنار گذاردن بخش‌هایی از اطلاعات و داده‌ها است.
ضریب یا نسبت فشرده‌سازی است که میزان و در صد کنار گذاشتن اطلاعات را مشخص میکند. این روش ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات را آسان‌تر میکند و پهنای‌باند و فرکانس مورد نیاز کاهش می‌یابد.
امروزه روشهایی متعدد و پیشرفته برای فشرده‌سازی وجود دارد. فشرده‌سازی تصویر از این اصل مهم تبعیت میکند که چشم انسان حد فاصل دو عنصر تصویری نزدیک به هم را یکسان دیده و تمایز آنها را نمی‌تواند تشخیص دهد. همچنین اثر نور و تصویر برای مدت زمان معینی در چشم باقی مانده و از بین نمی‌رود که این ویژگی در ساخت تصاویر متحرک مورد توجه بوده‌است.
* روش JPEG نام این فرمت در واقع مخفف کلمات JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUP است. از این روش در فشرده‌سازی عکس و تصاویر گرافیکی ساکن استفاده میشود JPEG اولین و ساده‌ترین روش در فشرده‌سازی تصویر است به همین دلیل در ابتدا سعی شد برای فشرده‌سازی تصاویر متحرک مورد استفاده قرار گیرد. برای این منظور تصاویر به صورت فریم به فریم مانند عکس فشرده می‌شدند وبا ابداع روش MOTION JPEG برای ارتباط دادن این عکسها به هم تلاش شد که با مشکلاتی همراه بود.
* روش MPEG نام این فرمت مخفف عبارت MOVING PICTURE EXOERT GROUP است. این روش در ابتدای سال ۹۰ ابداع شد و در آن اطلاعات تصویر با سرعت حدود ۵/۱ مگابیت بر ثانیه انتقال پیدا میکرد که در تهیه تصاویر ویدئویی استفاده می‌شد. با این روش امکان ذخیره حدود ۶۵۰ مگابایت اطلاعات معادل حدود ۷۰ دقیقه تصویر متحرک در یک دیسک به وجود آمد. در MPEG بیت‌های اطلاعات به صورت سریال ارسال میشوند و به همراه آنها بیت‌های کنترل و هماهنگ‌کننده نیز ارسال میشوند که موقعیت و نحوه قرارگیری بیت‌های اطلاعاتی را برای انتقال و ثبت اطلاعات صدا و تصویر تعیین میکند.
* روش MP۳ MP۳ نیز روشی برای فشرده سازی اطلاعات صوتی به ویژه موسیقی است که از طریق آن حجم زیادی از اطلاعات صوتی در فضای نسبتاً کوچکی ذخیره میشود.
* روش MPEG۲ در روش MPEG۲ از ضریب فشرده‌سازی بالاتری استفاده میشود و امکان دسترسی به اطلاعات ۳ تا ۱۵ مگابیت بر ثانیه‌است از این روش در دی‌وی‌دی‌های امروزی استفاده میشود در اینجا نیز هر فریم تصویری شامل چندین سطر از اطلاعات دیجیتالی است.
* روش MPEG ۴ از این روش برای تجهیزاتی که با انتقال سریع یا کند اطلاعات سرو کار دارند استفاده میشود. این روش توانایی جبران خطا و ارائه تصویر با کیفیت بالا را دارد. مسئله خطا و جبران آن در مورد تلفن‌های همراه و کامپیوترهای خانگی و لپ‌تاپ‌ها و شبکه‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در شبکه‌های کامپیوتری باید تصویر برای کاربرانی که از مودم‌های سریع یا کند استفاده میکنند به خوبی نمایش داده شود، در چنین حالتی روش MPEG ۴ مناسب است. از این روش در دوربینهای تلویزیونی نیز استفاده میشود. ایده اصلی این روش تقسیم یک فریم ویدئویی به یک یا چند موضوع است که مطابق قاعده خاصی کنار هم قرار میگیرند مانند درختی که از روی برگ‌های آن بتوان به شاخه تنه یا ریشه آن دست یافت. هر برگ میتواند شامل یک موضوع صوتی یا تصویری باشد. هر کدام از این اجزا به صورت مجزا و جداگانه قابل کپی و یا انتقال هستند. این تکنیک را با آموزش زبان میتوان مقایسه کرد.
همان‌طوری‌که در آموزش زبان کلمات به صورت مجزا و جداگانه قرار داده میشوند و ما با مرتب کردن آن جملات خاصی می‌سازیم و می‌توانیم در چند جمله، کلمات مشترک را فقط یکبار بنویسیم و هنگام مرتب کردن آنها به کلمات مشترک رجوع کنیم، در اینجا هم هر یک از این اجزا یک موضوع خاص را مشخص میکند و ما می‌توانیم اجزا مشترک را فقط یکبار به کار ببریم و هنگام ساختن موضوع به آنها رجوع کنیم. هر یک از موضوعات هم میتوانند با موضوعات دیگر ترکیب و مجموعه جدیدی را بوجود آورند. این مسئله باعث انعطاف‌پذیری و کاربرد فراوان روش MPEG۴ میشود. برای مثال به صحنه بازی تنیس توجه کنید. در یک بازی تنیس میتوان صحنه را به دو موضوع بازیکن و زمین بازی تقسیم کرد زمین بازی همواره ثابت است بنا بر این بعنوان یک موضوع ثابت همواره تکرار میشود ولی بازیکن همواره در حال حرکت است و چندین موضوع مختلف خواهد بود. این مسئله سبب کاهش پهنای باند اشغالی توسط تصاویر دیجیتالی میشود. توجه داشته باشید که علاوه بر سیگنال‌های مربوط به این موضوعات سیگنال‌های هماهنگ کننده‌ای هم وجود دارند که نحوه ترکیب و قرارگیری صحیح موضوعات را مشخص میکند.
تصاویر رقومی(دیجیتالی): تصاویر سنجش شده که از تعداد زیادی مربعات کوچک(پیکسل) تشکیل شده‌اند. هر پیکسل دارای یک شماره رقمی(Digital Number) میباشد که بیانگر مقدار روشنایی آن پیکسل است. به این نوع تصاویر، تصاویر رستری هم میگویند.تصاویر رستری دارای سطر و ستون میاشند.
مقادیر پیکسلها: مقدار انرژی مغناطیسی که یک تصویر رقومی به هنگام تصویر برداری کسب میکند، رقم‌های دوتایی(Digit binary) یا بیت ها(Bits) را تشکیل میدهند که از قوه صفر تا ۲ ارزش گذاری شده‌است.هر بیت، توان یک به قوه ۲ (۱بیت=۲۱)میباشد. حداکثر تعداد روشنایی بستگی به تعداد بیت‌ها دارد. بنابراین ۸ بیت یعنی ۲۵۶ شماره رقومی که دامنه‌ای از ۰ تا ۲۵۵ دارد.به همین دلیل است که وقتی شما تصویر رستری از گیرنده خاصی مانند TM را وارد [[نرم افزار]]ی میکنید تغییرات میزان روشنایی را بین ۰ تا ۲۵۵ نشان میدهد.
دقت تصویر: دقت تصویر بستگی به شماره پیکسلها دارد.با یک تصویر ۲ بیتی، حداکثر دامنه روشنایی ۲۲ یعنی ۴ میباشد که دامنه آن از ۰ تا ۳ تغییر میکند.در این حالت تصویر دقت (تفکیک پذیری لازم) را ندارد.تصویر ۸ بیتی حداکثر دامنه ۲۵۶ دارد و تغییرات آن بین ۰ تا ۲۵۵ است.که دقت بالاتری دارد
کاربرد پردازش تصویر در زمینه‌های مختلف: امروزه با پیشرفت سیستمهای تصویر برداری و الگوریتمهای پردازش تصویر شاخه جدیدی در کنترل کیفیت و ابزار دقیق به وجود آمده‌است.و هر روز شاهد عرضه سیستمهای تصویری پیشرفته برای سنجش اندازه، کالیبراسیون، کنترل اتصالات مکانیکی، افزایش کیفیت تولیدو……..هستیم.
اتوماسیون صنعتی: با استفاده از تکنیکهای پردازش تصویر میتوان دگرگونی اساسی در خطوط تولید ایجاد کرد. بسیاری از پروسه‌های صنعتی که تا چند دهه پیش پیاده سازیشان دور از انتظار بود، هم اکنون با بهرگیری از پردازش هوشمند تصاویر به مرحله عمل رسیده‌اند. از جمله منافع کاربرد پردازش تصویر به شرح زیر است.
* افزایش سرعت و کیفیت تولی * کاهش ضایعات * اصلاح روند تولید * گسترش کنترل کیفیت
کالیبراسیون و ابزار دقیق: اندازه گیری دقیق و سنجش فواصل کوچک یکی از دقدقه‌های اصلی در صنایع حساس میباشد.دوربینهای با کیفیت امکان کالیبراسیون با دقت بسیار بالا در حد میکرون را فراهم آورده‌اند.
حمل و نقل: * تشخیص شماره پلاک خودرو * نرم افزار شمارش خودروهای عبوری از عرض خیابان
بی شک یکی از مؤثر ترین مولفه‌ها در مدیریت و برنامه ریزی دسترسی به آمار دقیق میباشد. درصورت وجود آمار دقیق و سریع میتوان از روشهای کنترل بهینه استفاده کرد و بهره وری را افزایش داد. به عنوان مثال اگر آمار دقیقی از میزان مصرف یک محصول غذایی وجود داشته باشد با برنامه ریزی مناسب میتوان زمینه تولید و عرضه اصولی آن را فراهم کرد. لذا احتمال نابسامانی در بازار و متضرر شدن کشاورز و مصرف کننده کاهش می‌یابد. چنان که بیان شد مهمترین فاکتور در برنامه ریزی دسترسی به آمار مناسب است اما تهیه آمار فرایند پیچیده و وقت گیر است و معمولا هزینه زیادی را در بر دارد. به عنوان مثال به دلایلی از جمله کنترل ترافیک یا کنترل میزان روشنایی خیابان باید خودروهای عبوری از خیابان شمارش شوند. این کار اگر به صورت دستی یا انسانی انجام شود، هزینه زیادی نیاز دارد، امکان سهل انگاری انسانی نیز وجود دارد پس استفاده از یک دستگاه مناسب که توانایی شمارش خودروهای عبوری را داشته باشد تنها گزینه ممکن است. با توجه به نیاز فوق نرم افزاری تهیه شده‌است که با استفاده از تصاویر گرفته شده از عرض خیابان خودروهای عبوری را تشخیص میدهد و تعداد آنها را شمارش میکند. این نرم افزار امکان استفاده در روز یا شب را دارا میباشد.
هنگامی که داده های سنجش از دور به فرمت رقومی(Digital) باشند،میتوان با استفاده از کامپیوتر ،پردازش و تجزیه و تحلیل های رقومیانجام داد.این پردازش برای افزایش کیفیت داده ها و تفسیر های چشمی انجام میگیرد.همچنین میتوان موضوع یا اطلاعات به خصوصی را از تصویر به دست آورد که همگی به صورت خودکار توسط کامپیوتر انجام میگیرد.
تصاویر آنالوگ: تصاویری مانند عکس های هوایی که توسط سیستم هایعکس برداری (دوربین) به دست میآیند.از آنجایی که در این عکس ها از فیلم عکاسیاستفاده شده است،پس هیچ پردازشی نیاز ندارد.
تصویر آنالوگ (عکس هوایی که نیاز به اصلاح و پردازش ندارد)
تصاویر رقومی(دیجیتالی): تصاویر سنجش شده که از تعداد زیادی مربعات کوچک(پیکسل) تشکیل شده اند.هر پیکسل دارای یک شماره رقمی(Digital Number) میباشد که بیانگر میزان روشنایی آن پیکسل است. به این نوع تصاویر ، تصاویر رستری هم میگویند.تصاویر رستری دارای سطر وستون میاشند.
تصویر بالا(رقومی) .پایین و سمت چپ(پیکسلها).سمت راست و پایین(شماره های هر پیکسلDNِ)
مقادیر پیکسلها: مقدار انرژی مغناطیسی که یک تصویر رقومی به هنگام تصویر برداری کسب میکند،رقم های دوتایی(Digit binary) یا بیت ها(Bits) را تشکیل میدهند که از قوه صفر تا ۲ ارزش گذاری شده است.هر بیت ، توان یک به قوه ۲ (۱بیت=۲۱)میباشد. حداکثر تعداد روشنایی بستگی به تعداد بیت ها دارد. بنابراین ۸ بیت یعنی ۲۵۶ شماره رقومی که دامنه ای از ۰ تا ۲۵۵ دارد.به همین دلیل است که وقتی شما تصویر رستری از سنجنده خاصی مانند TM را وارد نرمافزاری میکنید تغییرات میزان روشنایی را بین ۰ تا ۲۵۵ نشان میدهد.
دقت تصویر: دقت تصویر بستگی به عدد پیکسل ها دارد.با یک تصویر ۲ بیتی ، حداکثر دامنه روشنایی ۲۲ یعنی ۴ میباشد که دامنه آن از ۰ تا ۳ تغییر میکند.در این حالت تصویر دقت (تفکیک پذیری لازم) را ندارد.تصویر ۸ بیتی حداکثر دامنه ۲۵۶ دارد و تغییرات آن بین ۰ تا ۲۵۵ است .که دقت بالاتری دارد.
دقت تصویر ۳ بیتی دقت تصویر ۸ بیتی
ترمیم تصویر(Image restoration): در بیشتر تصاویری که توسط ماهواره ها یا رادار ها ثبت میگردند ، اختلالاتی در تصویر به وجود میاید که به دلیل خش میباشد.دو اختلال مهم در تصاویر چند باندی ، نواری شدن (Banding) و خطوط از جاافتاده میباشد.نواری شدن(باندی شدن): اشتباهی که توسط سنجنده ، در ثبت و انتقال داده ها روی میدهد.و یا تغییر پیکسل در بین ردیف ها میتواند باعث ایجاد چنین اشتباهی گردد.خطوط از جا افتاده ( خطا در تصویر) : اشتباهی که در ثبت و انتقال داده ها روی میدهد و در نتیجه، یک ردیف پیکسل در عکساز بین میرود.باندی شدننبود یک ردیف پیکسل در تصویر
بالا بردن دقت عکس: یکی از کار های مهمی که در پردازش تصویر انجام میگردد، بالا بردن دقت عکس به منظور دید و تفسیر چشمی دقیق تر میباشد.روش های بسیاری برای نیل به این هدف وجود دارد ولی مهمترین آنها ، افزایش تباین(Contrast) تصویر و عملیات فیلتر کردن میباشد.هیستوگرام تصویر: در هر تصویر رقومی ، مقادیر پیکسل ها بیانگر خصوصیات آن تصویر(مانند میزان روشنایی تصویر و وضوح آن) میباشد.هیستوگرام تصویر در حقیقت بیان گرافیکی میزان روشنایی تصویر میباشد. مقادیر روشنایی( برای مثال ۰-۲۵۵) در طول محور X بیان شده و میزان فراوانی هر مقدار در محور Y بیان میگردد. تصویر ۸ بیتی(۰-۲۵۵) در بالا و هیستوگرام مقادیر پیکسل تصویر در پایین . محور افقی بین ۰-۲۵۵ و محور قائم ، تعداد پیکسل ها میباشد.افزایش تباین از طریق امتداد اعداد ( DN) پیکسلها : معمولا دامنه مقادیر پیکسل های تصاویر با هر بیتی ( در اینجا مثلا ۸ بیت)، بین ۰-۲۵۵ نمیباشد .و مثلا بین ۴۸ تا ۱۵۳ میباشد . برای افزایش تباین ، مقادیر پیکسل ها را آنقدر امتداد میدهیم تا ۴۸ به جای ۰ و ۱۵۳ به جای ۲۵۶ قرار گیرد . در نتیجه تباین وهمچنین کیفیت عکس بالا میرود. به این عمل کشش خطی گویند.
سامانه جامع پلاکخوان خودرو (کنترل تردد بهسان) سامانهای کاملا خودکار است که می تواند به تنهایی در امر ورود و خروج خودروها در جاده ها، در پارکینگ ها، تعمیرگاه ها و غیره نظارت و مدیریت نماید.
سامانه جامع مدیریت باسکول (بهسان توزین)، با بهرهگیری از تکنیکهای روز برنامه‌نویسی، قادر به انجام کلیهی امور باسکولها و همچنین تشخیص خودکار پلاک خودروهای توزین شده میباشد.
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.png00محمد مهدی ابراهیمیhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngمحمد مهدی ابراهیمی2020-03-31 10:00:192019-11-30 10:14:31اولین مطالب بزودی منتشر خواهد شد
دوربین آنالوگ دستگاهی برای ثبت عکس بر روی فیلم عکاسی (سطح حساس به نور) میباشد و تصویر گرفته شده بر روی فیلم بعد از ظهور بصورت نگاتیو یا منفی (ریورسال) قابل رویت است. دوربین عکاسی آنالوگ بصورت‌های:
کاملاً مکانیکی،
نیمه خودکار،
کاملاً خودکار (ناوبری الکترونیکی)،
طراحی و ساخته شده است.
اولین دوربین ۳۵ میلیمتری با قابلیت تعویض نمایاب و لنز(system camera)، نیکون اِف
تاریخچه
اتاق تاریک، اولین قدم بزرگ در راه پیدایش عکاسی بود که توسط نقاشان ایتالیا یی در طی قرن شانزدهم میلادی برداشته شد. برای بدست آوردن حداکثر وضوح، تنظیم فاصله روزنه از دیواری که تصویر روی آن بازتابیده می‌شد، از مشکلات اصلی در این سیستم بشمار می‌رفت. رفع این مشکل، باعث ورود عدسی به دنیای عکس و تصویر گردید.
انواع دوربین های آنالوگ
دوربین سوراخ سوزنی (Pin Hole)،
دوربین تک‌لنزی غیربازتابی (rangefinder camera)،
دوربین تک‌لنزی بازتابی (Single Lens Reflex)،
دوربین دولنزی بازتابی (Twin-lens reflex)،
دوربین قطع بزرگ (View Camera).
سیستم ضبط تصویر
در یک دوربین آنالوگ، فیلم حساس به نور، تصویر را ذخیره میسازد و بعد از عملیات شیمیایی برای نگهداری تصویر از آن استفاده میشود.
نگارخانه
دوربین سوراخ سوزنی
کداک رتینا ۱۹۵۷
آساهی فلکس ۱۹۵۵
رولی فلکس
دوربین دولنزی بازتابی (Voigtländer Brillant).
اولین دوربین تک لنزی بازتابی، کانتکس اس، تولید سال ۱۹۴۹
نیکون اِف ۱۹۵۹، اولین دوربین ۳۵ میلیمتری با قابلیت تعویض نمایاب و لنز
دوربین آنالوگ به دوربینی گفته میشود که با دست و یا دستگاه های مکانیکی خود دوربین تنظیم میشود و دارای فیلم است. ساختار دوربین های آنالوگ بر این اساس است که؛ نور از داخل لنز گذشته و پس از برخورد با یک آینه، به سوی چشم ناظر هدایت می شود. وقتی عکاس کادر مناسب و دیگر پارامترها را تنظیم کرد، دکمه شاتر را می فشارد و با این کار بخش هایی که مانع رسیدن نور به صفحه حساس می شده اند، از میان برداشته می شوند. طبیعتاً با بالا رفتن آینه، عکاس قادر به مشاهده آن چه دوربین به سوی آن نشانه رفته است، نیست. با توجه به فاصله کانونی لنز، تصویر مطلوب در نقطه ای خاص و وارونه تصویر اصلی تشکیل می شود. دوربین و فوکوسر آن نیز سبب می شوند این تصویر درست روی محل مورد نظر عکاس؛ یعنی، صفحه حساس(که در دوریبن های آنالوگ، فیلم است) تشکیل شود.
اجزای مختلف یک دوربین آنالوگ
۱) لنز دوربین ۲)نگه دارنده ی لنز ۳)دیافراگم ۴)چرخاننده ی فیلم ۵)فیلم عکاسی ۶)محل اتصال بند دوربین ۷)شاتر ۸)دکمه ی کنترل سرعت عکسبرداری ۹)صفحه ی مشخصات عکس و شارژ دوربین(در دوربین هایی که باتری دارند) ۱۰)ویزور ۱۱)محل اتصال فلش خارجی ۱۲)حلقه ی فوکوس
مراحل گرفته شدن یک عکس
هنگامی که فیلم داخل دوربین قرار میگیرد معمولا ۲-۳ تا فریم به علت در معرض نور قرار گرفتن میسوزند بنابراین بهتر است فیلم ها رو ۲-۳ تا جلو بزنیم. جلو زدن فیلم به این صورت است که یک دسته ی مکانیکی که در بالای دوربین قرار دارد را با چرخاندن آن تا انتها، میله ی چرخاننده ی فیلم می چرخد و فیلم یک فریم کامل جلو میرود! معمولا برای اولین استفاده از فیلم باید ۲-۳ بار این حرکت رو تکرار کرد. دقت کنید وقتی یک فریم رو کامل جلو میبرید تا اینکه یک بار شاتر فشرده نشود (در واقع عکسی گرفته نشود) نمیتوان دسته ی چرخاننده ی فیلم را حرکت داد. از روش معکوس این حرکت (چرخاندن فیلم در خلاف جهت) هم میتوان برای تکنیک هایی مانند مولتی اکسپوز استفاده کرد.و هم با فشردن دکمه ی آزاد کننده ی فیلم، برای جمع کردن کامل فیلم برای ظهور عکس. (جزئیات در برخی دوربین ها کمی متفاوت است) بعد از اینکه یک فریم آماده ی عکس گرفتن شد و پس از انتخاب کادر مناسب و تنظیم دیافراگم مناسب با توجه به حساسیت فیلم مورد استفاده قرار گرفته و فوکوس صحیح دکمه ی شاتر را فشار میدهیم.
آینه بالا می رود و پرده ی شاتر هم بالا میرود. (در دوربین های آنالوگ برخی پرده ها یک تکه هستند و برخی ۳ تکه که پرده های ۳ تکه طبیعتا خیلی بهتر هستند) نور وارد شده به لنز در برخورد به نگاتیو به مواد شیمیایی ای که روی فیلم پوشونده شده برخورد میکند این نور در واقع انرژی فعال سازی یک واکنش شیمیایی است. این مواد شیمیایی با توجه به شدت و رنگ نور (طول موج) واکنش شیمیایی انجام می دهند که بعدا در ظهور عکس، ظاهر کننده این مواد شیمیایی که واکنش های مختلف دادند رو از هم تفکیک کرده و هر فراورده روی صفحه ی فیلم رو به صورت رنگ های نگاتیو (منفی نور های عکس) در می آورد.
یکی از مزیت های دوربین آنالوگ نشان دادن خیلی خوب و واقعی رنگ است. اما اگر به یک نقطه نور زیاد برسد (در واقع اور اکسپوز بشود) آن قسمت کاملا سفید خواهد شد.سپس فیلم ظاهر شده اسکن و اینورت می شود و عکس قابلیت چاپ پیدا می کند. حساسیت فیلم های مورد استفاده قرار گرفته به مواد شیمیایی موجود در اون وابسته است. فیلم های سیاه سفید از حساسیت ۱۰۰ تا ۳۲۰۰ یا حتی ۶۴۰۰ برخوردارند اما فیلم های رنگی معمولا دارای حساسیت های ۱۰۰ و ۲۰۰ و ۴۰۰ هستند. هرچه حساسیت بیشتر باشد ذرات شیمیایی روی صفحه فیلم بزرگتر هستندکه این باعث پایین آمدن کیفیت عکس خواهد شد ولی فقط در چاپ به ابعاد خیلی بزرگ این افت کیفیت احساس میشود.
مزایای عکاسی آنالوگ
۱- مصرف باطری به مراتب کمتر نسبت به عکاسی دیجیتال و عدم احتمال ایجاد مشکل در کار عکاسی های طولانی مدت به علت تمام شدن باطری ۲- عدم وجود نویز در نوردهی های طولانی مدت ۳- عدم وابستگی کیفیت عکس به نوع دوربین.البته به لنز بستگی دارد ولی به بدنه دوربین خیلی وابسته نیست و کیفیت عکس به نوع فیلم مورد استفاده بستگی دارد. ۴- بیشتر بودن دامنه دینامیکی فیلم نسبت به سنسور دیجیتال ۵- ارزان تر بودن دوربین های فیلمی ۶- امکان استفاده از فیلم های مختلف در یک دوربین ( مثل حساس به مادن قرمز و … ) ۷- دوربین های فیلمی نسبت به دیجیتال ها در برابر آسیب ها حساسیت کمتری دارند.ضربه٬ گرد و غبار٬ رطوبت و … ۸- امکان خرابی کمتری دارند و در شرایط بحرانی قابل اطمینان تر هستند.
۱- مرور فوری عکس ، بدون این که عکاس منتظر شود که عکس ظاهر شود. اگر مشکلی در عکس باشد ، عکاس میتواند مشکل را فورا تصحیح کند و عکس دیگری بگیرد.
۲- فقط عکس های خوب چاپ میشود، در نتیجه کاربر میتواند تعداد زیادی عکس با اختلافات جزئی و تنظیمات مختلف از یک صحنه بگیرد و بعد بهترین ان را انتخاب و چاپ کند.
۳- اگر شخص رایانه داشته باشد ، ذخیره دائم عکسها ارزانتر از فیلم از کار در می اید.
۴- عکس ها را میتوان از یک جایی به جای دیگر کپی کرد بدون اینکه کیفیت ان کاهش یابد.
۵- هر کس میتواند با داشتن رایانه و یک پرینتر معمولی ، عکس های خودش را چاپ کند. تازه با استفاده از پرینت های مخصوص دوربین ها ، به رایانه هم نیازی نیست و دوربین را میتوان مستقیما به پرینتر وصل کرد.
۶- دوربین های دیجیتال میتوانند کوچکتر از دوربین های انالوگ با همان کیفیت عکس ، ساخته شوند.
۷- قابلیت استفاده کردن داده هایی مثل زمان و تاریخ عکاسی، مدل دوربین، سرعت شاتر، سرعت فیلم و دیگر موارد به فایل عکس مورد نظر، در حالی که این قابلیت در فیلم های عکاسی فقط به چاپ تاریخ روی عکس ها محدود میشود.
۸- در دوربین های دیجیتال از خیلی افکت های تصویری میتوان استفاده کرد که در دوربین های فیلمی امکان ندارد.
۹- قابلیت گرفتن صدها عکس بدون این که نیازی به تغییر چیزی باشد. در حالی که در دوربین های فیلمی بعد از ۲۴ یا ۳۶ عکس باید فیلم را عوض کرد.
۱۰- خیلی از دوربین های دیجیتال،خروجی AV دارند که نشان دادن عکس ها را به دیگران در تلویزیون ممکن میسازد.
۱۱- عکاسی دیجیتال این امکان را فراهم میکند که شما تنظیمات مختلف دوربین و سبکهای مختلف عکاسی را تجزیه کنید و تکنیک عکاسی تان را بهبود بخشید ، بدون این که لازم باشد هزینه زیادی بدهید از نظر زمان و از نظر وقت و انرژی.
۱۲- ابزار ضد تکان دوربین های دیجیتال ، گرفتن عکس های ترو تمیز با دوربین را روی دست ممکن میکند در حالی که قبلا حتما نیاز به سه پایه بود.
۱۳- دیگر هر کس یک تاریک خانه ، خانگی دارد و میتواند با رایانه و نرم افزار تغییرات لازم را در عکس ها بدهد.
۱۴- مقادیر ISO را به راحتی میتوان در وسط عکس تغییر داد. مثلا وقتی هوا افتابی است ولی یکدفعه ابری میشود ، قبلا لازم بود که فیلم را دربیاورید و فیلم جدید با مقدار ISO مناسب را داخل دوربین بگذارید ولی با دوربین دیجیتال این تغییرات فقط با فشار چند دگمه انجام میشود.
۱۵- برای فرستادن عکسها به داخل رایانه ، دیگر نیازی به اسکنر نیست.
ویژگی های منفی دوربین دیجیتال نسبت به دوربین آنالوگ :
۱- مصرف انرژی باطری های دوربین های دیجیتال نسبت به دوربین های فیلم دار خیلی بیشتر است در نتیجه ممکن است وسط عکاسی یک دفعه با دوربین خاموش مواجه شویم.
۲- استناد عکس های دیجیتال نسبت به عکس های فیلمی کمتر است چون میشود در انها دستکاری کرد البته بعضی از تولید کنندگان تلاش میکنند به روشهایی برای تشخیص عکس های دستکاری شده برسند تا این ضعف را جبران کنند.
۳- سنسورهای دیجیتال اغلب دامنه دینامیکی کمتری نسبت به فیلم چاپی رنگی دارند البته تعدادی از سنسور های CCD جدیدتر مثل FUJIS SUPER CCD که دیودها با حساسیت های مختلف را با هم ترکیب کرده اند برای حل این مشکل به میدان امده اند.
۴- در بعضی از عکس های دیجیتالی نویز تصویری چند رنگ قابل مشاهده است.
۵- ویرایش و پردازش فایل های RAW ( فایلهای حرفه ای عکاسی ) خیلی طول می کشد.
۶- برای عکاسی در محل های پرت و دور افتاده عکاس باید کلی باطری با خودش حمل کند که وزن بار عکاس را افزایش میدهد و کار را برای او سخت تر میکند.
منبع : http://www.kingit.ir
دلایل استفاده از دوربین آنالوگ توسط کاربران امروزی
۱ . فیلم همچنان خوب است
همه ما کمابیش شانس آن را داشته‌ایم که دوره عکاسی فیلم را تجربه کنیم. عکس‌های خانوادگی ما شامل سفرها و گردش ها و جشن‌های خانوادگی همگی با دوربینهای آنالوگ و فیلم عکاسی شده‌اند. اما همچنان که آلبوم عکس‌های آ سال‌ها را نگاه می‌کنیم، متوجه کیفیت بارز و خوب عکسها می‌شویم. همچنان عکسها آنقدر کیفیت دارند که با عکس‌های بهترین دوربینهای دیجیتال امروز برابری کنند.
امروزه با وجود اینکه ما عکس‌های زیادی چه با دوربین و چه با اسمارتفون خود ثبت می‌کنیم، اما تقریباً آلبومی برای نگهداری آنها نداریم. به همین دلیل یکی از دغدغه‌های ما نگهداری و ساماندهی عکسها است. با این حال هیچ وقت این اتفاق نمی‌افتد. اما در گذشته اینطور نبود و با گرفتن عکس، پس از چاپ عکسها به صورت منظم به آلبوم عکس منتقل می‌شدند. همچنان که ما امروز از دوره فیلم عکس بیشتری می‌بینیم.
۲ . «داینامیک رنج» فیلم بیشتر است
اشتباه نکنید، تکنیک عکس «HDR» مدتها است که در عکاسی وجود دارد، اما در عکاسی دیجیتال مدت کوتاهی است که باب شده‌است. در عکاسی دیجیتال به دلیل محدودیت‌های موجود، برای رسیدن به یک عکس HDR معقول باید از یک صحنه ۳ عکس با نوردهی‌های متفاوت ثبت کرد. اما عکسی که با فیلم ثبت شده‌باشد، آنقدر داینامیک رنج بالایی دارد که به تنهایی میتوان آن را به عکس HDR تبدیل کرد.
یک فیلم سیاه و سفید بیشتر از ۶ پله در تاریکی و ۶ پله در روشنایی داینامیک رنج دارد. همچنین یک فیلم رنگی به راحتی در دو پله از هر سمت روشنایی و تاریکی قابلیت بازگشت با جزئیات دارد. علاوه بر اینها یک عکس فیلم بسیار به آنچه که ما با چشم خود می‌بینیم نزدیک‌تر است.
۳ . فیلم باعث آرامش میشود
وقتی با عکاسی دیجیتال طرف هستیم، از یک سوژه ده‌ها عکس با ترکیب‌بندی‌های مختلف ثبت می‌کنیم. با این وجود باز هم دقت کافی در ثبت عکس نکرده و بسیاری از مشکلات عکس را به فتوشاپ می‌سپاریم.
اما در عکاسی فیلم اینگونه نیست. باید با حوصله ترکیب‌بندی کرده و بهترین نورسنجی را انجام دهیم. با دقت فراوان و آرامش از یک سوژه تنها یک عکس ثبت می‌کنیم. این دقت و حصله باعث ایجاد آرامش در عکاس میشود.
۴ . فیلم امنیت بیشتری دارد
قدیمی‌ترین عکس دیجیتالی که دارید متعلق به چه زمانی‌است؟ آن را در کجا ذخیره کرده‌اید؟ با وجود پیشرفت بسیار زیاد فناوری، اما همچنان باید گفت که عکس‌های دیجیتال امنیت لازم را ندارند. آنها تنها چند فایل کامپیوتری هستند که با یک اتفاق ساده امکان از بین رفتن و یا آسیب دیدن آنها وجود دارد. حتی نظریه‌ای وجود دارد که ممکن است قرن حاضر به قرن فراموش شده تبدیل شود.
در مورد فیلم قضیه کاملاً متفاوت است. به صورت اولیه عکسها چاپ میشوند و همیشه نسخه واقعی از آنها وجود دارد. علاوه بر این نگاتیو عکسها نیز آرشیو میشوند و میتوانند دوباره چاپ شوند. همانطور که می‌دانید درحال حاضر هر نگاتیوی که از گذشته پیدا شود به راحتی قابل چاپ و حتی ترمیم است. مثال آن عکس‌هایی است که از بیش از ۱۰۰ پیش کشف میشوند و به راحتی و با کیفیت بالا چاپ میشوند.
۵ . فرآیند ظهور و چاپ در فیلم بسیار لذت بخش است
یکی از جواب‌هایی که برخی از عکاسان به ما دادند، دلبستگی آنها به فرآیند ظهور فیلم و چاپ عکس بود. در عکاسی دیجیتال به محض گرفتن عکس می‌توانید نتیجه کار را ببینید. اما در فیلم این پروسه کاملاً متفاوت است.
پس از ثبت عکس باید آن را ظهور کرد. مراحل ظهور فیلم و استفاده از داروهای مختلف برای بسیاری از عکاسان بسیار دلپذیر و آرام‌بخش است. پس از طری مراحل ظهور با مرحله چاپ طرف هستیم که در آنجا به مرور عکس در مقابل عکاس شکل میگیرد و این دلچسب‌ترین لحظه کار است. لحظه‌ای که نتیجه کار دیده میشود.
۶ . نیازی به برق ندارید
تصور کنید دنیا به پایان خود رسیده‌است و شرایط طوری است که برقی برای استفاده وجود ندارد؛ چگونه باطری دوربین خود را شارژ خواهید کرد؟ خارج از شوخی، باید اذعان کرد که بشر امروز به شکل کامل وابسته به انرژی برق است و اگر در شرایطی قرار بگیرد که برق در دسترس نباشد، عملاً از زندگی ساقط میشود. در مورد عکاسی دیجیتال هم این قضیه صدق میکند و به محض نبود برق، عملاً عکاسی هم تعطیل است.
فرآیند عکاسی با فیلم از ابتدا تا انتها هیچ وابستگی‌ای به برق ندارد. تمام اتفاقاتی که بر روی فیلم می‌افتد یک فرآیند شیمیایی است که در واکنش به نور اتفاق می‌افتد. از این‌رو در هر شرایطی امکان عکاسی وجود دارد.
۷ . فیلم «چشم نواز» تر است
حتی اگر طرفدار این نظریه هم نباشید، حتماً قبول دارید که فیلم رنگ و حسی متفاوت از عکس دیجیتال دارد. درحال حاضر فیلترهای مختلفی بر روی نرم‌افزارهای مختلف برای اعمال بر روی عکس‌های دیجیتال وجود دارد تا آنها را به فیلم شبیه کند. اما واقعیت این است که با وجود نتایج خوب، همچنان فیلم حسی متفاوت دارد که با دیجیتال قابل دستیابی نیست.
دلیل همه اینها فرآیند کاملاً متفاوت فیلم و دیجیتال در ثبت یک عکس است. بسیاری اعتقاد دارند که این چشم‌نواز تر بودن فیلم، به دلیل شبیه‌ت بودن آن به آنچیزی است که با چشم خود می‌بینیم.
۸ . عکس دیجیتال واقعیت جعلی است
همانطور که می‌دانید یک عکس دیجیتال از مجموعه‌ای از پیکسلها تشکیل میشود. این پیکسلها به خودی خود هویتی ندارند و تنها نمایش دهنده یک رنگ هستند. از این رو بسیاری بر این باورند که عکس دیجیتال تنها یک واقعیت جعلی هستند و به همین دلیل آنها را رد میکنند.
در فیلم قضیه متفاوت است. هر فیلم تشکیل شده از بلورهای ریزی است که در اندازه‌های متفاوت و به شکلی نامنظم بر روی سطح فیلم قرار گرفته‌اند. حتی اگر با یک میکروسکوپ هم سطح یک فیلم را نگاه کنید، باز هم به یک شمای کلی از تصویر می‌رسید، اما در عهکس دیجیتال تنها با چند موزاییک طرف خواهید شد.
۹ . دوربینهای فیلم ارزانتر هستند
در حال حاضر اگر بخواهید جدید‌ترین دوربینهای دیجیتال DSLR را بخرید باید بیش از ۳ هزار دلار هزینه کنید و این مبلغ تنها برای بدنه آنها است. هزینه دیگری هم باید برای خرید لنز در نظر بگیرید. حتی دوربینهای حد متوسط و یا دست دوم‌ها هم گران هستند.
دوربینهای فیلم اما در بهترین کیفیتشان با کمترین قیمت قابل خرید هستند. هزینه‌ای که برای خرید بهترین دوربین فیلم خواهید کرد کمتر از یک دهم خرید بهترین دوربین DSLR است.
۱۰ . برای متفاوت بودن
در حال حاضر روزانه میلیونها عکس در شبکه‌های اجتماعی و وبسایت‌ها منتشر میشود. گرفتن عکسی که از میان این همه عکس قابل توجه باشد نیازمند منحصر بفرد بودن و تفاوت است. یکی از راه‌های ایجاد تفاوت در عکس، ثبت آنها با فیلم است.
علاوه بر تفاوتی که بین دیجیتال و فیلم وجود دارد، گرفتن عکس با دوربینهای فیلم خاص نیز میتواند خلاقیت‌های ویژه‌ای برای شما به وجود بیاورد. دوربین‌هایی که هیچ کس کار با آنها را حتی بلد هم نیست.
۱۱ . به خاطر ایرادهایش
در حال حاضر جنبشی در میان برخی از عکاسان به وجود آمده است که با استفاده از ایرادهای دوربینهای فیلم ارزان قیمت، اثر هنری خلق میکنند. به عنوان مثال محصول مورد علاقه آها دوربینهای فیلم یکبار مصرف هستند که به دلیل مشکلات عدیده‌شان، نتیجه متفاوت و گاهی بسیار جذاب ارائه میکنند.
۱۲ . به دلیل مرموز بودن فیلم
وقتی عکس دیجیتال می‌گیرید، به محض ثبت عکس آن را در نمایشگر دوربین می‌بینید. اما یکی از جذابیت‌های عکاسی فیلم، در نداشتن همین قابلیت است.وقتی با فیلم عکس ثبت میکنید باید صبر کنید تا فیلم ظهور شود و چاپ شود تا نتیجه کار مشخص شود.
تصور کنید در مسافرت هستید. باید صبر کنید تا از مسافرت برگردید و فیلم خود را به عکاسی بدهید و بعد از آن هم مدتی صبر کنید تا عکاسی عکس‌های چاپ شده شما را تحویل دهد. این فاصله و نهایتاً دیدن نتیجه کار بسیار جذاب و دلچسب است که گاهی شما را شگفت زده میکند.
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/books.jpg256256محمد مهدی ابراهیمیhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngمحمد مهدی ابراهیمی2020-02-11 10:00:422019-11-30 09:50:16معرفی کتاب و منابع جهت یادگیری پردازش تصویر
این روش در مقاله ی ارائه شده است. این روش به این صورت است که پس از این که سیستم با چند عکس تمرین داده شد, عکسها بر اساس میزان نزدیکی به تصویر ورودی مرتب می شوند. تعدادی از شبیه ترین عکس ها به عکس ورودی انتخاب می شوند و سیستم دوباره و با این تعداد عکس انتخاب شده تمرین داده می شود. این روند می تواند چند مرحله ی دیگر تکرار شود. با توجه به اینکه در هر مرحله دامنه ی جستجو محدود تر می شود, انتظار می رود که نتایج دقیق تری بدست آید. هر مرحله از این الگوریتم را یک لایه می نامند, به همین دلیل این روش, pca چند لایه نامیده شده است. کد پیاده سازی شده مربوط به این الگوریتم را می توانید از اینجا دریافت کنید. برای آزمایش نرخ تشخیص چهره با این روش,آزمایشی مشابه آزمایش اول, انجام شد و حدود ۵۵ درصد از تصاویر ورودی به درستی شناسایی شدند که نشانگر بهبود ۵ درصدی نسبت به الگوریتم pca معمولی می باشد.
روش Modular PCA
این روش در مقاله ی [۹] ارائه شده است. روش PCA معمولی در مقابل تغییرات حالت قرار گرفتن چهره در تصویر و تغییرات میزان نور در تصویر, بازده خوبی ندارد. چون در این روش مشخصات عمومی چهره, در قالب مجموعه ای از وزن ها (بردار وزن ها) توصیف می شود. تک تک این وزن ها وابسته به تمام نواحی چهره می باشند. بنابراین با تغییر حالت چهره و نورپردازی, حتی در قسمتی از تصویر, تمام وزن های این بردار دچار تغییر می شوند. روش MudularPca سعی در رفع این مشکل دارد. در این روش یک عکس به چند قسمت کوچکتر تقسیم می شود و الگوریتم PCA روی این عکس ها اعمال می شود و بردار وزن ها برای هر قطعه به صورت جداگانه محاسبه می شود. با این عمل(تقسیم تصویر به چند تکه), تغییر در قسمتی از تصویر تنها بردار ویژگی آن قسمت از تصویر را تغییر می دهد و بردارهای مربوط به سایر قطعات بدون تغییر باقی می مانند. هنگام تشخیص چهره, هر قطعه از عکس ورودی با قطعه ی متناظر در تصاویری که سیستم با آنها تمرین داده شده است مقایسه می شود و به تعداد قطعات, فاصله محاسبه می شود. تصویری که مجموع فواصل قطعات آن با قطعات عکس ورودی کمتر از سایر تصاویر باشد, به عنوان تصویر مشابه با تصویر ورودی در نظر گرفته می شود.
کد پیاده سازی شده ی این الگوریتم را می توانید از اینجا دریافت کنید. برای آزمایش این روش, آزمایشی مشابه آزمایش اول انجام شد, اما تغییر محسوسی در نتایج بدست نیامد.
نحوه ی استفاده از کدها در گیت هاب قرار داده شده است.
کارهای آینده
برای بهبود نتایج حاصل از PCA معمولی که در بخش کارهای مرتبط شرح داده شد, کارهای زیادی انجام شده است و مقالات زیاد به چاپ رسیده است. تعدادی از این روش ها در بخش آزمایش ها شرح داده شد و کد مربوط به آنها پیاده سازی شد. در این بخش چند نمونه از کارهای انجام شده ی دیگر را بدون پیاده سازی به طور مختصر شرح می دهیم :
برای مثال در مقاله ی [۱۰] فرمولهای مختلف فاصله, برای بدست آوردن فاصله ی تصویر ورودی و تصاویر موجود در سیستم استفاده شده است و نرخ تشخیص چهره ی آن ها با هم مقایسه شده است. در این مقاله از فاصله های euclidian distance, city block distance, angle distance, mahalanobis distance و یک بار هم از مجموع این چهار فاصله استفاده شده است و این نتیجه بدست آمده است که استفاده از مجموع این چهار فاصله نتیجه ی بهتری می دهد.
همچنین در برخی از مقاله ها قبل از اعمال الگوریتم PCA روی تصاویر, پیش پردازش هایی روی تصاویر انجام می شود. برای مثال ابتدا الگوریتم های کاهش نویز روی تصاویر اعمال می شود و سپس الگوریتم PCA روی تصاویر حاصل اعمال می شود. همانطور که در بخش های مختلف گفته شد, پس از ارائه ی الگوریتم PCA کارهای زیادی برای بهبود عملکرد این الگوریتم انجام شده است که بررسی همه ی آنها در این پست نمی گنجد.
وقتی با کسی صحبت می کنیم ، معمولا به چهره و یا به عبارت دقیقتر به چشم های او نگاه می کنیم. این واقعیت نه تنها با تجربه ، بلکه با آزمایش های روانشناسی هم تأیید شده است. حالت صورت اشخاص نقش مهمی را در روابط اجتماعی بازی می کند. علاوه بر این ، خاصیت یکتایی صورت در بین اشخاص (به جز مواردی بسیار نادر) باعث شده است که چهره هر شخص به عنوان شاخص بسیار خوبی برای شناسایی اش بحساب آید. در مقایسه با اثر انگشت و یا قرنیه ، برداشتن تصویر از صورت به آسانی انجام می گیرد ، زیرا برای این کار احتیاجی به تماس با فرد مورد نظر نیست در حالیکه برای تهیه اثر انگشت ، تماس کامل و برای تهیه تصویر از قرنیه تماس نزدیک با فرد لازم است. به همین دلیل شناسایی چهره توسط ماشین گام بسیار مهمی در ارتباط بین ماشین و انسان خواهد بود و همچنین یکی از متداولترین کاربردهای بینایی کامپوتر است. شناسایی چهره یک موضوع مهم و فعال تحقیقاتی در زمینه علوم بینایی ماشین ، شناسایی الگو و هوش محاسباتی است که همواره محققین این علوم را به مبارزه دعوت می کند.
بطور کلی سیستم شناسایی انسان با استفاده از طیف وسیعی از اطلاعاتی که حواس پنجگانه اش (بینایی ، شنوایی ، بویایی ، چشایی و لامسه ) در اختیارش قرار می دهند ، کار می کند. این اطلاعات بصورت جداگانه و یا در کنار هم ، هم برای به خاطر سپردن و هم برای بازشناسی به کار می روند. علاوه بر این موارد اطلاعات محیطی نیز در شناسایی انسانی نقش مهمی دارند. برای مثال شناسایی مجری یک برنامه ی تلویزیونی در همان برنامه بسیار راحت تر از شناسایی او در خیابان و یا هر محل دیگری است.
تکنولوژی تشخیص چهره VeriLook برای توسعه دهندگان و مجتمع سازان سیستم های بیومتریکی در نظر گرفته شده است. این تکنولوژی بواسطه تشخیص چهره زنده ، تشخیص چندین چهره بصورت همزمان و همچنین تطبیق سریع چهره در حالت های یک به یک و یک به چند ، میزان کارایی ، عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می نماید.
VeriLook به عنوان SDK های زیر در دسترس است :
SDK استاندارد برای توسعه کاربردهای بیومتریکی مبتنی بر PC در نظر گرفته شده است و شامل کامپوننت های استخراج کننده و تطبیق دهنده ، خودآموزها و نمونه های برنامه نویسی ، کتابخانه مدیریت دوربین و مستندات نرم افزار می باشد. SDK امکان توسعه کاربردهای بیومتریک را برای سیستم عامل های Linux ، Microsof Windows و Mac OS X فراهم می کند.
SDK توسعه یافته برای توسعه کاربردهای بیومتریکی تحت وب و شبکه در نظر گرفته شده است. این SDK علاوه بر تمام ویژگی های SDK استاندارد ، شامل نمونه برنامه های client ، خودآموزها و سرور تطبیق آماده برای استفاده نیز می باشد.
اولین قدم در فرایند پردازش چهره، تشخیص چهره است. هدف از تشخیص چهره پاسخ به این سوال خواهد بود که آیا در یک عکس چهره -و یا چهره‌هایی- وجود دارد یا نه؟ و اگر بله مکان هر کدام از چهره -و یا چهره‌ها- کجاست؟
از موارد زیر میتوان به عنوان چالش‌های پیش‌رو در زمینه‌ی تشخیص چهره نام برد:
زاویه چهره. اینکه دوربین از کدام زاویه (تمام‌رخ، نیم‌رخ و …) از چهره عکس گرفته باشد میتوان فاکتور مهمی در درجه‌ی سختی تشخیص چهره محسوب گردد.
وجود یا عدم وجود اجزای مختلف صورت. اجزای مختلف صورت از جمله محاسن، سبیل و … میتوانند در چهره‌ی فرد موجود باشند یا نباشند. از طرفی دیگر تفاوت‌های زیادی بین شکل‌های مختلف این اجزا وجود دارد.
حالات چهره. نمای صورت در حالات مختلف چهره (لبخند، خنده، گریه و …) متفاوت خواهد بود.
پوشش. ممکن است قسمتی از چهره بخاطر زاویه چهره و یا قرارگیری پشت اشیاء دیگر قابل مشاهده نباشد.
زاویه عکس. اشیاء مختلف با قرارگیری در زاویه‌های مختلف نسبت به صفحه مماس اشکال خاصی به خود میگیرند.
شرایط عکاسی. فاکتور‌های مختلف محیطی نظیر شرایط نوری و مشخصات دوربین عکاسی از جمله لنز میتوانند تاثیر زیادی در پروسه تشخیص چهره داشته باشند.
شکل شماره ۱
در ادبیات تشخیص چهره، مفهومی مرتبط وجود دارد که از آن به عنوان مکان‌یابی چهره یاد می‌کنیم. خواننده محترم باید این نکته را در نظر داشته باشد که هدف از مکان‌یابی چهره درست همانند تشخیص چهره هست اما تفاوت اندکی موجود خواهد بود و آن این که در مکان‌یابی چهره تصویر موجود فقط شامل یک چهره در نظر گرفته میشود. یکی از روشهای مرسوم در زمینه تشخیص اشیاء در نظر گرفتن قابی کوچک روی تصویر اصلی و تشخیص این خواهد بود که آیا شیء مورد نظر در آن پنجره وجود دارد یا نه؟ پس اگر از این روش استفاده شود باید در جستجوی الگوریتمی بود تا توانایی تشخیص وجود یا عدم وجود چهره در یک قاب کوچک، متشکل از چند صد پیکسل داشته باشد. در این دیدگاه تشخیص چهره را میتوان به صورت مساله‌ی دسته بندی نیز در نظر گرفت. به این صورت که عامل هوش مصنوعی باید قاب‌های مختلف موجود در تصویر را در دو گروه چهره و غیرچهره در نظر گرفت.
المان‌های مختلفی را میتوان در ارزیابی یک سیستم تشخیص چهره مؤثر دانست مانند زمان یادگیری، زمان اجرا، تعداد مثال‌های مورد نیاز برای یادگیری و نسبت بین میزان تشخیص و خطای منفی. میزان تشخیص را میتوان به نسبت تعداد چهره‌های درست تشخیص داده شده توسط عامل هوش مصنوعی به تعداد چهره‌های تشخیص داده شده توسط انسان تعریف کرد. در صورتی قابی توسط عامل تشخیص داده شده است به عنوان چهره در نظر گرفته میشود که قاب مورد نظر بیشتر از میزان خاصی از چهره‌ی فرد را پوشش دهد. از طرف دیگر خطای منفی زمانی رخ میدهد که عامل در تشخیص چهره ناموفق باشد که این خود ریشه در پایین بودن میزان تشخیص خواهد بود. در مقابل خطای منفی مفهوم دیگری به نام خطای مثبت۷ وجود دارد که وقتی قابی به عنوان چهره از طرف عامل هوش مصنوعی معرفی میشود اما عامل انسانی تایید نمی‌کند، رخ میدهد.
نکته‌ی مهم در رابطه با خطای منفی یا خطای مثبت این است که هر چه قوانین پیاده‌سازی شده سخت‌تر و به واسطه‌ی آن رفتار عامل سخت‌گیرانه تر باشد خطای منفی بالاتر و خطای مثبت پایین‌تر خواهد بود و بالعکس.
روشهای موجود
روشهای موجود در تشخیص چهره را میتوان به چهار گروه مختلف تقسیم کرد:
روشهای دانش محور
روشهای جزئیات محور
روشهای الگو محور
روشهای ظاهر محور
روشهای دانش محور
مشکل اساسی در این روش پیاده‌سازی دانش انسانی خواهد بود. از طرف دیگر عملکرد این نوع عامل‌ها در تشخیص چهره بسیار خوب بوده است.
یکی از استراتژی‌های جالب توجه در این روش استفاده از الگوریتمهای ابتکاری خواهد بود. بدین صورت که ابتدا با اعمال بعضی قوانین ساده‌تر بر روی تصویر با کیفیت پایین‌تر به راحتی تعداد زیادی از قاب‌ها را حذف کرده و در مراحل بعدی با اعمال قوانین سخت‌گیرانه‌تر قاب‌های باقی‌مانده را فیلتر کرد. در پایان هر کدام از قاب‌ها که همه‌ی قوانین را پشت سر گذاشته است به عنوان چهره تشخیص داده میشود.
روشهای جزئیات محور
برعکس روش دانش محور محققان در این روش به دنبال یافتن اجزای مختلف صورت برای تشخیص چهره خواهند بود. فرض بنیادین در این روش این مشاهده بوده که انسان بدون دشواری در زوایای مختلف چهره و شرایط نوری متفاوت میتواند به‌راحتی چهره را تشخیص دهد. اجزای مختلف چهره مانند ابروها، چشم‌ها، بینی و دهان براحتی توسط آشکارساز لبه استخراج میشوند. بر اساس اجزای استخراج شده مدلی آماری از رابطه‌ی اجزای صورت با هم ساخته میشود تا در تأیید وجود چهره مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از مشکلات این نوع روش‌ها این است که تصویر اجزای مختلف صورت بخاطر شرایط نوری نامناسب، نویز و یا پوشش خراب شود. وجود این مشکل احتمال بروز این مسأله که مرزهای اجزای صورت از دست برود و یا بخاطر ایجاد سایه‌های زیاد الگوریتم بی‌فایده گردد را نیز افزایش میدهد.
روشهای الگو محور
در روش الگو محور الگوی استانداردی از چهره‌ی انسان به صورت دستی و یا به صورت تابعی ریاضی از پیش تعیین گردد.با دریافت تصویر ورودی، همبستگی میان تصویر در مرزهای صورت، چشم‌ها و.. با الگو بدست می‌آید. تصمیم نهایی در خصوص تشخیص تصویر بر اساس مقدار همبستگی خواهد بود.
اگر چه این روش به راحتی قابلیت پیاده سازی دارد اما از آنجایی که در مصاف با تصاویر با مقیاس مختلف، زاویه چهره و اشکال متفاوت باز می‌ماند گزینه‌ی خوبی برای استفاده در مساله‌هایی که تصاویر چهره در آن در شرایط مختلف وجود دارد نخواهد بود.
روشهای ظاهر محور
بر خلاف روش الگو محور که در آن الگوی مورد استفاده توسط گروهی متخصص تولید میگردد در روش ظاهر محور این الگو از آموزش عامل هوش مصنوعی بوسیله‌ی تعدادی مثال از تصاویر چهره حاصل میشود. به طور معمول روشهای ظاهر محور بر اساس آنالیز آماری و یادگیری ماشین استوار است. در همین حال از کاهش کیفیت تصاویر نیز در جهت بهبود عملکرد محاسباتی استفاده میشود.
کارهای مرتبط
وایولا و جونز در روشی برای حل مسأله تشخیص اشیاء مبتنی بر یادگیری ماشینی را معرفی کرده‌اند که قادر به پردازش سریع تصاویر با میزان تشخیص بالا خواهد بود.
روش معرفی شده که به نوعی نماینده‌ی روشهای ظاهرمحور محسوب میشود از سه عنصر کلیدی استفاده میکند:
انتگرال تصویر که توانایی محاسبه سریع مجموع مقادیر پیکسلهای موجود در یک قاب مستطیل شکل را به ما میدهد.
آدابوست که ما را قادر به تنظیم پارامتر‌های مختلف، نوع و تعداد مشخصه‌های هار مورد استفاده در الگوریتمهای کلاس‌بندی موجود در مدل آبشاری میکند تا بتوان با استفاده از کمترین تعداد از مشخصه‌های هار و در نتیجه محاسبه‌ی کمتر به بیشترین میزان تشخیص رسید.
روش آبشاری در کلاس‌بندی اشیا.
انتگرال تصویر
ماتریس مجموع محیطی ساختمان داده و الگوریتمی برای محاسبه‌ی سریع و دقیق زیرمجموعه‌ای از یک ماتریس (برای مثال یک تصویر) که به شکل مستطیلی ظاهر میشود، است.
در ادبیات پردازش تصویر از این الگوریتم به عنوان انتگرال تصویر نیز یاد میشود. همانطور که از نام تکنیک پیداست مقدار درایه‌ی (x, y)ماتریس مجموع محیطی برابرست با مجموع همه‌ی مقادیر بالا و چپ درایه‌ی (x, y) ماتریس اصلی.
تکنولوژی تشخیص چهره (Face detection) ، یکی از انواع سیستم Biometric محسوب می شود و از مهمترین تکنولوژی های تشخیص و شناسایی افراد است که در Access control نیز مورد استفاده قرار می گیرد و پس از موفقیت سیستم شناسایی از طریق اثر انگشت در چند سال اخیر جزء مهمترین تکنولوژی های تشخیص بیومتریک به شمار می آید.
این اهمیت و توسعه کاربرد به دو دلیل عمده زیر می باشد: الف- این سیستم شایستگی استفاده در کاربردهای مختلف امنیتی ، پردازش تصویر ، شناسایی اتوماتیک سریع و بدون دخالت شخص را دارد و سرعت پردازش را بالا و خطا را کاهش داده است . ب- با وجود سیستمهای بیومتریک قابل اعتمادی مانند تشخیص اثر انگشت و عنبیه چشم سیستم تشخیص چهره رابطه عاطفی تری با کاربر ایجاد کرده و بدون تماس کامل عضوی از بدن با سیستم عملیات تشخیص انجام میگیرد و القای اطمینان بیشتری در کاربر ایجاد میکند و البته توسعه کاربردهای دوربین های دیجیتالی پیشرفته عامل موثری در توسعه و بالا رفتن طرفداران این سیستم بوده است.
سیستم تشخیص چهره براساس الگوریتم های شناسایی و مقایسه تصاویر کارمی کند. که اساس و پایه این الگوریتم ها شناسایی و آنالیز ویژگی های مربوط به اندازه ، شکل و موقعیت چشم ، بینی ، گونه ها و اعضای چهره کاربر می باشد. نحوه کار این سیستم بدین گونه است که تصاویر رقمی در ورودی سیستم ارسال می شود و سیستم به طورخودکار عکس Biometric را از عکس نمونه دریافت می نماید تا داده Biometric را گرفته و آن رابا نمونه های دیگر مقایسه کند ومشخص می نماید که آیا شناسایی و تفاوت سازی آن انجام شده است و یا خیر.مرحله کدگذاری از مکانیسم خود ساخته بر پایه پردازش آماری تعداد تصاویر زیادی استفاده میکند و نتیجه این پردازش لیستی از تصاویر جداگانه است که مشابه نمونه ورودی است که در بردارهای مناسب رتبه بندی شده است.
بطورکلی یک سیستم بیومتریک تشخیص چهره، از چهار ماژول تشکیل یافته است:
۱-ماژول سنسور:
در حالی که تشخیص چهره دو بعدی با دوربین معمولی امکان پذیر میباشد در روش سه بعدی نیاز به یک سنسور پیچیده و سطح بالایی از لحاظ فنی میباشد چرا که بایستی قابلیت کسب اطلاعات عمیق تر را داشته باشد . ماژول سنسور وظیفه گرفتن تصویر اشخاص را بر عهده دارد و بسته به نیاز و کاربرد دستگاه گیرنده میتواند یک دوربین سیاه و سفید و یا رنگی و یا یک ماژول مخصوص با قابلیت استخراج اطلاعات عمیقتر و یا یک دوربین مادون قرمز با تصاویر مادون قرمز باشد.
۲-ماژول مخصوص تشخیص و استخراج اطلاعات:
تصاویر بدست آمده توسط این ماژول در ابتدا ارزیابی محتوایی شده و داده های نامربوط ازقبیل پس زمینه – موها و گردن و شانه و غیره حذف و تنها محتوای ناحیه چهره را شناسایی میکند . سپس تصویر بدست آمده تحت فرایندهای محاسباتی و عملیاتی پیچیده برای استخراج اطلاعات مربوط به ویژگیهای سطحی چهره و تجزیه اطلاعات کلی تصویر قرار میگیرد. در حقیقت در این مرحله تصویر خروجی که بایستی توسط ماژول طبقه بندی کننده برای تعیین هویت و تشخیص چهره مورد استفاده قرار گیرد در این مرحله با استفاده از روشهای پیچیده PCA, LDA و غیره آماده میگردد.
۳- ماژول طبقه بندی :
در این ماژول قالب تصویر استخراج شده از مرحله قبلی با قالبهای موجود در گالری تصاویر مقایسه میگردد و در نتیجه معلوم میشود که آیا چهره گرفته شده جزء قالبهای موجود میباشد و قابل شناسایی است یا خیر . و در صورت مثبت بودن جواب ماژول تصمیم گیری هویت شخص را که بر اساس نتیجه مقایسه ماژول طبقه بندی بوده است را تایید میکند . بر اساس امتیاز بدست آمده از مقایسه که همان درصد تطابق قالب گرفته شده با قالبهای موجود میباشد کاربر مورد نظر مورد تایید قرار گرفته و یا پذیرفته نمیشود .
۴- ماژول پایگاه داده ها:
این ماژول برای ثبت نام – نگهداری – واکشی قالب چهره کاربران را بر عهده دارد . در طول ثبت نام ماژول سنسور تصاویر را ثبت کرده و مجموعه این تصاویر همان گالری تصاویر را ایجاد میکند که در مرحله طبقه بندی مورد استفاده قرار میگیرد .در بیشتر روشهای تشخیص چهره چندین نمای متفاوت از یک شخص در حالتهای مختلف روحی خنده – اخم و عصبانیت – عادی و یا با عینک از کاربر گرفته میشود و این تعدد در بالابردن ضریب شناسایی اهمیت ویژه ایی دارد در خصوص اطلاعات سه بعدی که در جهت افزایش دقت در تشخیص مورد استفاده قرار میگیرد علاوه بر اطلاعات دو بعدی تصویر اطلاعات مربوط به ساختار داخلی اندام نظیر کاسه چشم.
این دستگاه ها می توانند چندین گروه و تصاویررا ذخیره نمایند و حتی در محیط های با نور کم چهره را آنالیز نمایند. علاوه براین قابلیت اتصال به قفل های الکترونیکی ، زنگ در ، دکمه خروج وسنسوررا نیز داراهستند و می توانند چندین منطقه زمانی و گروه را تعریف نمایند.
فن آوري بازشناسي چهره يکي از معدود روشهاي بيومتريک مي باشد که با دارا بودن مزاياي دقت بالا و سطح پايين دخالت فرد، در مواردي مانند امنيت اطلاعات، اجرا و نظارت بر قانون، کنترل تردد و ثبت تردد در سیستم های حضور و غیاب مورد استفاده قرارميگيرد. به همين دليل اين فناوري درطي بيست سال گذشته در عرصه هاي صنعتي و علمي مورد توجه قرار گرفته است.
کاربردهای زیادی برای مبحث شناسایی چهره می توان متصور شد که محدوده وسیعی از تصاویر متحرک تا تصاویر ثابت و از کاربدهای امنیتی تا کاربردهای تجاری را شامل می شود: – معمول ترین کاربرد شناسایی چهره ، انطباق تصاویر ثابت می باشد. نمونه ای از این کاربرد را می توان در شناسایی مجرمین دید . حالت ساده تری از شناسایی مجرمین را می توان در کاربردهایی چون تائید هویت دارنده کارتهای شناسایی ، گواهینامه ، گذرنامه و کارتهای اعتباری دانست. – کنترل نامحسوس و ایجاد امنیت در بانکها، فروشگاه ها، فرودگاه ها و یا نظایر اینها یکی دیگر از کاربردهای ارزشمند شناسایی چهره است – علاوه بر کاربردهای فوق ، شناسایی و پردازش چهره کاربردهای دیگری هم دارند از جمله : دنبال کردن خط دید چشم و تعیین نژاد، جنس و حالت صورت
https://behsanandish.com/wp-content/uploads/a10-1.png256256توسعه دهندهhttps://behsanandish.com/wp-content/uploads/logo-farsi-englisi-300x195-1.pngتوسعه دهنده2020-01-10 10:00:162019-11-27 16:00:38تشخیص چهره انسان به کمک پردازش تصویر قسمت 2
زيست سنجی عبارت است از دانش و فن‌آوري اندازه‌گيري و تحليل آماري داده‌هاي زيستي. در فن‌آوري اطلاعات واژة زيست سنجی به مجموعه فن‌آوريهايي اطلاق مي‌گردد كه در آنها از اندازه‌گيري و تحليل ويژگيهايي از بدن انسان همچون اثر انگشت، اثر كف دست، شبكيه و عنبية چشم، الگوهاي صوتي، الگوهاي مربوط به رخسار ، دمانگاري صورت، شكل دست يا گوش، داده‌هاي به دست آمده از گام، الگوهاي وريدي، دي.ان.اي و يا ويژگيهايي همچون دستخط(امضا) و ديناميك ضربه زدن به صفحه‌كليد براي تأييد هويت اشخاص استفاده ميشود. اين فن‌آوريها در تلاشند تا اندازه گيري و مقايسة ويژگيهاي بر‌شمرده شده را به منظور بازشناسي افراد به صورت خودكار درآورند.
فن‌آوريهاي زيستي در ابتدا براي كاربردهاي تخصصي نيازمند امنيت بالا پيشنهاد شدند اما اينك به عنوان عناصر كليدي در توسعة تجارت الكترونيك و سيستمهاي برخط و به همان صورت براي سيستمهاي امنيتي نا‌برخط و سيستمهاي امنيتي منفرد مطرح مي‌باشند.
اين فن‌آوريها اجزاء مهمي را براي تنظيم و نظارت بر نحوة دسترسي و حضور در سيستم فراهم مي‌آورند. محدوده‌هاي عمدة كاربرد اين فن‌آوريها عبارتند از : تجارت الكترونيك، نظارت امنيتي، دسترسي به پايگاه داده‌ها، كنترل مرزها و مهاجرت، تحقيقات قضايي و پزشكي از راه دور.
توسعة فن‌آوريهاي زيست سنجی فراتر از كاربردهاي سنتي نيازمند امنيت بالا، يك اجبار نشأت گرفته از انگيزه‌هاي مالي است. امنيت معاملات براي آيندة توسعة تجارت الكترونيك يك مسألة حياتي است و نگرانيهاي فراواني دربارة راه حلهاي فعلي وجود دارد. مشكل شماره‌هاي شناسايي شخصي و شناسه‌هاي هويتي – مانند كارتها- اين است كه آنها صحت هويت شخصي را كه از آنها استفاده مي‌كند تأييد نمي‌كنند. آمارها ميزان زيان ناشي از تقلب را به طور ساليانه براي كارتهاي اعتباري بالغ بر چهارصد و پنجاه ميليون دلار و براي خودپردازها حدود سه‌ميليارد دلار برآورد مي‌كنند. برتري سيستمهاي مبتني بر زيست سنجی آن است كه به شدت به ويژگيهاي فردي اشخاص وابسته‌اند و به راحتي نمي‌توانند مورد سوء استفاده قرار گيرند.
۲-بررسي عملكرد سيستمهاي موجود
فعاليتهاي انجام شده تا به حال منجر به ظهور ماشينهاي گران قيمت زيست- سنجي شده است كه علاوه بر قيمت زياد معمولاً از لحاظ سرعت و عملكرد مناسب نيستند يا حداقل براي دستيابي به عملكرد مناسب بايد محيط استفادة آنها شرايط خاصي را داشته باشد و يا كاربران آنها آموزشهاي گسترده‌اي را گذرانده باشند.
در حالي كه بعضي از فن‌آوريهاي زيست سنجی در قالب توليدات تجاري به بازار عرضه شده‌اند بسياري از اين دسته فن‌آوريها در مرحلة تحقيق و آزمايش قرار دارند. فن‌آوريهاي مزبور نيازمند كارهاي مطالعاتي بيشتر براي افزايش پايداري و بهبود عملكردشان براي استفاده در كاربردهاي ويژه هستند.
پايداري در برابر تقلب ،دقت عملكرد، سرعت و تجهيزات مورد نياز، همخواني با سخت‌افزار و نرم‌افزار موجود، هزينه ،سادگي استفاده و پذيرش از سوي كاربر از جمله عوامل تعيين‌كننده در موفقيت هر يك از فن‌آوريهاي به كار گرفته شده مي‌باشند.
جدول زیر مقايسه‌اي از معمول‌ترين سيستمهاي زيست سنجی موجود را ارائه مي‌دهد.
ميزان پذيرش كاربر
سادگي استفاده
دقت عملكرد
نوع سيستم
پايين
متوسط
بالا
اثر انگشت
متوسط
بالا
متوسط
هندسه دست
بالا
بالا
متوسط
صوت
پايين
پايين
بالا
شبكيه چشم
متوسط
متوسط
متوسط
عنبيه چشم
بالا
متوسط
متوسط
امضا
بالا
بالا
پايين
چهره
مقايسة سيستمهاي زيست سنجی معمول
۳- اجزاي سيستمهاي زيست سنجی
عمليات سيستمهاي زيست سنجی در بر دارندة دو مرحلة مجزا مي‌باشد: ثبت كاربرو بازشناسي كاربر. در مرحلة اول اطلاعات مربوط به كاربر به سيستم وارد مي‌شوند و در مرحلة دوم اطلاعات ورودي حاضر با اطلاعات ذخيره شده مقايسه مي‌گردند.
مراحل لازم عملياتي در يك سيستم امنيتي مبتني بر زيست سنجی
مرحلة تأييد هويت عبارت است از تطبيق ويژگيهاي مورد ادعاي يك شخص بر ويژگيهاي موجود او در پايگاه داده‌ها كه يك فرايند يك به يك است.
سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی بنا به انتخاب به وجود آورنده، به جاي مرحلة تأييد هويت مي‌توانند مرحلة ديگري را كه بازشناسي ناميده ميشود جايگزين كنند. در اين روش نياز نيست كه درخواست كننده ادعاي هويت شخص خاصي را بنمايد بلكه سيستم ويژگيهاي او را با تمامي ركوردهاي موجود مقايسه مي‌كند و در صورت تطابق با يكي از آنها او را به عنوان شخص داراي ويژگيهاي موجود در ركورد يافت شده بازشناسي مي‌كند كه اين فرايند يك پردازش يك به چند را شكل مي‌دهد.
سيستمهاي تشخيص هويت زيستي معمول غالباً شامل اجزاي زير مي‌باشند:
الف)گيرندة اطلاعات: زيرسيستمي است كه گرفتن نمونه‌هاي زيست‌سنجی (صوتي، تصويري و…) را بر عهده دارد. ويژگيهاي خاص استخراج شده از نمونه‌ها قالبهايي را براي مقايسة بعدي تشكيل مي‌دهند. اين فرايند بايد سريع و ساده بوده در عين حال قالبهايي با كيفيت خوب را توليد كند.
ب) ذخيره كننده: قالبهاي به دست آمده بايد براي مقايسة بعدي ذخيره شوند. اين زير سيستم مي‌تواند جزئي از وسيلة گيرندة اطلاعات سيستم باشد و يا در يك سرور مركزي قابل دستيابي توسط يك شبكه جاي گيرد. جايگزين ديگر، يك شناسة قابل حمل نظير يك كارت هوشمند است. هر كدام از انتخابهاي فوق مزايا و مشكلات خاص خود را دارد.
ج) مقايسه گر: اگر سيستم زيست سنجی در مقام بازشناسي افراد به كار گرفته شود بايد هويت شخص با قالب ذخيره شدة مورد ادعاي او مقايسه شود. در بعضي سيستمها ممكن است امكان بروزآوري خودكار قالب مورد مراجعه پس از هر تطبيق درست وجود داشته باشد. اين امر به سيستم توانايي سازگاري با تغييرات تدريجي كوچك در ويژگيهاي كاربر را مي‌دهد.
د) اتصالات: غالباً براي ايجاد ارتباط بين گيرندة اطلاعات، ذخيره كننده و مقايسه‌گر نياز به اتصالات لازم وجود دارد. غالباً سيستمهاي زيست سنجی نيازمند شبكه و رابطهاي برنامه‌نويسي مورد نياز براي ايجاد اتصال بين اجزاء مي‌باشند. امنيت و كارايي، عناصر كليدي براي اين جزء مي‌باشند.
۴-ارزيابي كارايي سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی
موضوع مهمي كه در پذيرش سيستمهاي زيست سنجی از اهميت شايان توجهي برخوردار است تعيين كارايي هر يك از اجزاء و كل سيستم زيست سنجی به روشي قابل اعتماد و هدفمند است.
براي تعيين كارايي سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی معيارهاي ويژه‌اي به كار گرفته مي‌شوند. در اين كاربردها تعدادي كاربر (سرويس‌گيرنده) به سيستم وارد مي‌شوند و متقلب به عنوان شخصي تعريف ميشود كه مدعي هويت شخص ديگري است. متقلب ممكن است به عنوان كاربر در سيستم وجود داشته باشد و عمل وي ممكن است عمدي يا غيرعمدي باشد. عمل تأييد هويت بايد كاربران را بپذيرد و متقلبان را رد كند.
نرخ پذيرش نادرست(اف. اي. آر) به عنوان نسبت تعداد متقلباني كه به اشتباه توسط سيستم پذيرفته شده‌اند به تعداد كل متقلبان آزمايش شده تعريف گرديده، به صورت درصد بيان ميشود. اين نرخ، احتمال پذيرش متقلبان را توسط سيستم بيان مي‌كند و بايد در سيستمهاي نيازمند امنيت بالا كمينه شود.
نرخ عدم پذيرش نادرست (اف. آر. آر) به عنوان نسبت تعداد كاربران سيستم كه به اشتباه توسط سيستم پذيرفته نشده‌اند به تعداد كل كاربران مورد آزمايش قرار گرفته تعريف گرديده، به صورت درصد بيان ميشود. اين نرخ، احتمال عدم پذيرش كاربران مجاز را توسط سيستم بيان مي‌كند و بايد به صورت ايده‌آل مخصوصاً در سيستمهايي كه در آنها كاربر در صورت عدم پذيرش از دسترسي به سيستم محروم ميشود كمينه گردد.
روند تشخيص هويت مبتني بر زيست سنجی دربردارندة محاسبة فاصلة قالب ذخيره شده و نمونة حاضر است. تصميم براي پذيرش يا رد نمونة حاضر بر اساس يكآستانة از پيش تعريف شده اتخاذ مي‌گردد. بنابراين واضح است كه كارايي سيستم به شدت وابسته به انتخاب اين آستانه است و اين امر موجب ايجاد يك بده‌بستان بين نرخ پذيرش نادرست و نرخ عدم پذيرش نادرست مي‌گردد. نرخ خطاي برابر(اي.اي.آر) به صورت آستانة برابري اين دو نرخ تعريف ميشود و غالباً به عنوان يك ويژگي نشان دهندة كارايي سيستم مطرح مي‌گردد. شكل زیر نشان دهندة رابطة سه پارامتر تعريف شده براي يك سيستم نمونه است.
FAR،FRRوERRبراي يك سيستم نمونه
پارامتر مهم ديگر كارايي، زمان تشخيص هويتاست كه به صورت زمان متوسط صرف شده براي فرايند تشخيص هويت تعريف ميشود. اين زمان شامل زمان لازم براي گرفتن نمونة حاضر نيز مي‌باشد.
در حالي كه بعضي از عرضه‌كنندگان سيستمهاي امنيتي مبتني بر زيست سنجی براي محصولاتشان پارامترهاي كارايي فوق را در شرايط آزمايشگاهي بيان مي‌كنند پارامترهاي كارايي قابل طرح در جهان واقعي براي سنجش كارايي واقعي اين گونه سيستمها به ندرت وجود دارند. علت اين امر اين واقعيت است كه به حساب آوردن همة پيچيدگيهاي ممكن جهان واقعي تأثير گذار بر سيستمهاي زيست سنجی تقريباً غير ممكن است. به عنوان نمونه زمان واقعي تشخيص هويت به شدت وابسته به ميزان آموزش كاربر، محيط عملياتي و شرايط رواني كاربر همچون ميزان فشار روحي اوست. مشخصات ارائه شده توسط عرضه‌كننده را بايد به ديد راهنماهاي نه چندان متناسب با دنياي واقعي نگريست.
وسایلی که با کنترل از راه دور کار می‌کردند در اواخر قرن نوزدهم و به شکل چند اژدر کنترل از راه دور ظاهر شدند. در اوایل دهه ۱۸۷۰ میلادی، اژدر های کنترل از راه دور توسط جان اریکسن( به‌صورت پنوماتیک)، جان لوییس لِی (هدایت به‌صورت الکتریکی و با کمک سیم) و ویکتور وُن شلیها( هدایت به‌صورت الکترونیکی و با کمک سیم) ساخته شدند.
اژدر بِرِنان که توسط Louis Brennan در سال ۱۸۷۷ اختراع شد، نیرو محرکه خود را از دو پروانه که در جهت عکس یکدیگر می چرخیدند به دست می آورد. این دو پروانه با بیرون آوردن سریع سیم های فولادی از طبلک هایی که در داخل اژدر قرار گرفته بودند، به چرخش در می آمدند. اختلاف سرعت در در آزاد کردن سیم ها، به ایستگاه ساحلی اجازه می داد تا اژدر را به سمت هدفش هدایت کند. این اژدر اولین موشک قابل هدایت کاربردی در دنیا بود. در سال ۱۸۹۷، مخترع بریتانیایی Ernest Wilson، گواهی ثبت اختراع، برای ساخت یک اژدر که توسط امواج هرتیزان(رادیویی) کنترل می‌شد را به نام خود ثبت کرد و در سال ۱۸۹۸، Nikola Tesla یک اژدر کنترل از راه دور بی‌سیم را به‌صورت عمومی در معرض نمایش گذاشت زیرا قصد داشت آن را به نیروی دریایی ایالات‌متحده بفروشد.
Archibald Low، به دلیل تحقیقات نوآورانه اش بر روی موشک ها و هواپیما های هدایت پذیر در جریان جنگ جهانی اول به‌عنوان “پدر سیستمهای هدایت رادیویی” شناخته می شود. در سال ۱۹۱۷، او یک هواپیمای کنترل از راه دور را برای یگان پروازی سلطنتی بریتانیا به نمایش گذاشت و در همان سال، اولین موشک هدایت شونده با سیم را ساخت.
ریشه واژه “ربات”
واژه “ربات” اولین بار برای یک ماشین انسان‌نمای خودکار در نمایشنامه کارخانه ربات‌سازی روسوم که توسط کارل چاپک نویسنده اهل جمهوری چک در سال ۱۹۲۰ نوشته شده به کار رفت. اما کارل، برادرش جوزف چاپک را به‌عنوان مخترع اصلی واژه ربات می شناسد. خود کلمه “ربات”، کلمه ای جدید نبود و در زبان اسلاوی، به‌صورت robota(کارگر اجباری) وجود داشت. منظور از این واژه آن دسته از روستاییان و کشاورزانی بودند که تحت نظام فئودالی حاکم بر اروپای قرن نوزدهم، مجبور به کار اجباری برای فئودال ها بودند. در داستان تخیلی چاپک، انسان‌های مصنوعی و بدون روح، با کمک فنّاوری های جدیدی خلق می‌شدند. چاپک به خوبی این ماشینها را در همان زمینه قدیمی طبقه اجتماعی robota های دوران فئودالیسم قرار داد به طوری که واژه ربات در نمایشنامه او به دسته جدیدی از کارگر های مصنوعی و ساخته دست بشر اشاره داشت.
صحنه ای از نمایش نامه کارخانه ربات سازی روسوم نوشته شده توسط کارل چاپک که در آن سه ربات مشخص هستند
رباتهای اولیه
در سال ۱۹۲۸، یکی از اولین رباتهای انسان‌نما به نام اریک، در نمایشگاه سالانه انجمن MES به نمایش گذاشته شد. او در این گردهمایی سخنرانی کرد. این ربات که توسط W. H. Richards ساخته‌شده بود دارای بدنه آلومینیومی، ۱۱ آهنربای الکتریکی و یک موتور حرکتی بود که توان آن توسط منبع تغذیه ۱۲ ولتی تامین می‌شد. این ربات می‌توانست دست ها و سرش را تکان دهد و از طریق کنترل از راه دور و یا کنترل صوتی هدایت می‌شد. اریک و ربات بردارش یعنی جرج، برای نمایش قابلیت‌هایشان، به دور دنیا سفر کردند.
ربات اریک – سال ۱۹۲۸ میلادی
در سال ۱۹۲۶، شرکت Westinghouse، ربات Televox را معرفی کرد. این ربات از جنس مقوا ساخته‌شده بود و به چند دستگاه برقی دیگر متصل بود و کاربر می‌توانست با استفاده از این ربات، آنها را خاموش یا روشن کند.
در سال ۱۹۳۹، ربات انسان‌نمای Elektro، در نمایشگاه جهانی نیویورک رونمایی شد. این ربات قدی معادل ۲ متر و ۱۰ سانتی‌متر و وزنی معادل ۱۲۰ کیلوگرم داشت و می‌توانست از طریق فرم آن‌های صوتی حرکت کند، حدود ۷۰۰ کلمه صحبت کند(با استفاده از یک گرامافون با سرعت ۷۸ دوران در دقیقه)، سیگار بکشد، بادکنک ها را بترکاند و سر و دستانش را تکان دهد. بدنه این ربات از چرخنده های فولادی و چارچوبی برای نصب موتور دستگاه ساخته‌شده بود و روی آن پوشش آلومینیومی کشیده شده بود. در سال ۱۹۲۸، اولین ربات ساخت کشور ژاپن به نام Gakutensoku توسط ماکوتو نیشیمورا (زیست شناس) طراحی و ساخته شد.
رباتهای جدید خودگردان یا خودمختار (autonomous robots)
اولین رباتهای الکترونیکی خودگردان با رفتار پیچیده توسط William Grey Walter در موسسه عصبی Burden در شهر بریستول انگلستان و در سال های ۱۹۴۸ و ۱۹۴۹ ساخته شدند. او می خواست ثابت کند ارتباطات زیاد بین تعداد محدودی از سلول های مغز میتواند باعث نمود رفتار های بسیار پیچیده ای شود. در واقع او معتقد بود راز نحوه کار کردن مغز در در نحوه اتصال اجزای آن نهفته است. اولین رباتهای ساخت او، به نام Elmer و Elsie بین سال های ۱۹۴۸ و ۱۹۴۹ ساخته شدند و اغلب به دلیل شکل و سرعت پایین حرکتشان به آنها لاک پشت گفته می‌شد. این رباتهای لاک پشتی سه چرخه، از قابلیت فتوتاکسیس( ردیابی مسیر نور تابانده شده) بهره می بردند و با کمک این قابلیت می‌توانستند در صورت کم شدن باتری، مسیر خود را به ایستگاه شارژ مجدد پیدا کنند.
Walter بر استفاده از الکترونیک آنالوگ برای شبیه‌سازی فرآیند های مغزی تاکید داشت در حالی که افراد هم عصر او مانند Alan Turing و John von Neumann به فرآیند های ذهنی به‌صورت دیجیتال نگاه می‌کردند. کار های او الهام بخش بسیاری از محققین رباتیک نسل های آینده مانند Rodney Brooks ، Hans Moravec و Mark Tilden بود. تجسم های جدیدی از رباتهای Walter را میتوان در شاخه‌ای از رباتیک به نام رباتیک BEAM( زیست‌شناسی، الکترونیک، زیبایی شناسی و مکانیک) مشاهده کرد.
اولین رباتی که به‌صورت دیجیتالی عمل می کرد و قابل برنامه ریزی بود توسط George Devol در سال ۱۹۵۴ ساخته شد و در نهایت Unimate نام گرفت. این ربات، زمینه را برای صنعت رباتیک مدرن فراهم کرد. Devol اولین Unimate را در سال ۱۹۶۰ به شرکت جنرال موتورز فروخت. این ربات در سال ۱۹۶۱ در یکی از کارخانه های این شرکت در نیوجرزی آمریکا نصب شد تا قطعات داغ فلز را از یک دستگاه ریخته‌گری بلندکرده و آنها را در جایی انبار کند. گواهی ثبت اختراع Devol برای اولین بازوی رباتیک قابل برنامه ریزی و تمام دیجیتال، به‌عنوان پایه و اساس صنعت رباتیک مدرن شناخته می شود.
اولین ربات palletizer(ربات برداشت مواد و قرار دادن آنها در جایی دیگر) در سال ۱۹۶۳ و توسط شرکت Fuji Yusoki Kogyo ساخته شد. در سال ۱۹۷۳، رباتی با شش محور الکترومکانیکی توسط شرکت رباتیک KUKA در آلمان ثبت شد. باز رباتیک مفصلی(PUMA) توسط Victor Scheinman در سال ۱۹۷۶ ساخته شد و طرح آن به شرکت Unimation فروخته شد.
کاربرد رباتهای صنعتی و تجاری امروزه به شدت افزایش پیدا کرده و این رباتها، وظایفشان را ارزان تر و یا با دقت و اطمینان پذیری بیشتری نسبت به انسانها انجام میدهند. از رباتها همچنین برای انجام کارهایی استفاده می شود که انجام دادن آنها برای انسانها، بسیار سخت یا خطرناک یا کسل کننده است. رباتها، کاربردهای فراوانی در تولید، مونتاژ، بسته بندی، حمل و نقل، اکتشافات زمینی و فضایی، جراحی های پزشکی، سلاح های نظامی، تحقیقات آزمایشگاهی و تولید انبوه کالاهای مصرفی و صنعتی دارند.
آینده رباتیک
روشهای مختلفی برای توسعه علم رباتیک و رباتها به وجود آمده است. یکی از این روش ها رباتیک تکاملی نام دارد که در آن تعدادی از رباتهای مختلف تحت آزمایش های متفاوتی قرار میگیرند. آن دسته از ربات‌هایی که عملکرد بهتری را در آزمایش های فوق داشته باشند به‌عنوان مدلی برای ساخت نسل بعدی رباتها مورداستفاده قرار میگیرند. یکی دیگر از این روش ها، رباتیک توسعه ای نام دارد که تغییرات و پیشرفت های یک ربات را در زمینه های حل مسئله و کاربردهای دیگر مورد بررسی قرار می دهد. اخیرا نوع جدیدی از رباتها معرفی شده که هم به‌عنوان یک گوشی هوشمند و هم به‌عنوان ربات عمل می کند و نام آن RoboHon است.
با پیشرفته تر شدن رباتها، ممکن است در آینده به سیستم عامل استانداردی برای آنها نیاز باشد. “سیستم عامل ربات”(ROS) مجموعه ای از برنامه های کد منبع باز است که در حال حاضر در دانشگاه استنفورد، دانشگاه MIT و دانشگاه فنی مونیخ و البته چند دانشگاه دیگر در حال توسعه است. ROS امکان برنامه‌نویسی سیستم جهت یابی و اعضای بدن ربات را، صرف نظر از نوع سخت افزار به کار رفته در آن، فراهم می کند. همچنین این سیستم عامل دستورات سطح بالایی را نیز برای مواردی چون تشخیص تصویر و یا باز کردن در ها ارائه می کند. وقتی سیستم عامل ROS بر روی کامپیوتر داخلی ربات بوت می شود، داده‌هایی مانند طول و میزان حرکت اعضای مختلف ربات را به دست می آورد. این داده‌ها از طریق سیستم عامل به الگوریتم های سطح بالاتری منتقل میشوند. علاوه بر این، مایکروسافت نیز با کمک نرم افزار Robotics Developer Studio که از سال ۲۰۰۷ در دسترس است، در حال توسعه یک سیستم عامل به نام”ویندوز برای رباتها” می باشد.
ژاپن امیدوار است تا سال ۲۰۲۵ بتواند تمامی رباتهای خدماتی را به‌صورت تمام مقیاس، تجاری سازی کند. بسیاری از تحقیقات در زمینه فناوری در ژاپن توسط موسسات وابسته به دولت، به‌خصوص وزارت بازرگانی این کشور انجام می شود.
بسیاری از کاربردهای رباتها در آینده برای مردم مشخص است. اما این در حالی است که این کاربرد ها در حال حاضر بسیار دور از دسترس توانایی فعلی رباتها هستند. حتی از سال ۱۹۸۲، این اطمینان وجود داشت که روزی رباتها میتوانند:
قطعات را با جدا کردن ضایعات قالب گیری تمیز کنند.
اتومبیل ها را با اسپری و بدون دخالت انسان رنگ کنند.
چیز های مختلفی را بسته بندی کنند( مثلا بسته های شکلات را به‌صورت کاملا مرتب در جعبه قرار دهند).
کابل های هارنس بسازند.
کامیون ها را با جعبه های محصولات پر کنند.
کالا های نرم مانند پوشاک و کفش را منتقل کنند .
پشم چینی گوسفندان را انجام دهند .
پروتز (اندام های مصنوعی) را تهیه و نصب کنند.
غذا های فست فودی را آماده کنند و یا در سایر صنایع خدماتی کار کنند.
در خانه مشغول به کار شوند (رباتهای خانگی).
به‌طورکلی میتوان گفت این پیش بینی ها در بازه زمانی فعلی بیش از حد خوشبینانه است.
کاربردهای جدید و نمونه های اولیه آنها
در سال ۲۰۰۸، شرکت Caterpillar، ایده ساخت دامپ تراکی را که می‌توانست بدون نیاز به راننده، مواد معدنی را از معدن به بیرون منتقل کند، مطرح کرد. بسیاری از تحلیل گران معتقدند کامیون های بدون راننده، در نهایت لجستیک را متحول خواهد کرد و انقلابی عظیم را در صنعت به وجود خواهد آورد.تا پایان سال ۲۰۱۴، Caterpillar توانست این دامپ تراک تمام اتوماتیک را بسازد که انتظار میرود فرآیند معدن کاری را به طور چشمگیری متحول کند. در سال ۲۰۱۵، این کامیون های ساخت Caterpillar توسط شرکت معدنیRio Tinto Coal Australia ، به طور کامل در عملیات معدن کاری در استرالیا مورداستفاده قرار گرفتند. برخی تحلیل گران معتقدند در چند دهه آینده، بسیاری از کامیون ها کاملا خودکار خواهند بود.
یک ربات باسواد ( رباتی که توانایی خواندن دارد) به نام Marge، از طریق هوش مصنوعی خود میتواند روزنامه بخواند، کلماتی را که از نظر املایی مشکل دارند پیدا کرده و تصحیح کند، در مورد بانک های مختلف مثلا بانک Barclays یاد بگیرد و متوجه شود که برای غذا خوردن، برخی رستوران‌ها مناسب تر از بقیه هستند.
Baxter یک ربات جدید است که در سال ۲۰۱۲ معرفی شد. این ربات میتواند با هدایت دیگران، چیز های جدیدی یاد بگیرد. برای مثال یک کارگر میتواند به Baxter یاد دهد که یک کار را چگونه انجام دهد. برای این کار او دست هایش را به شکل مورد نظر حرکت می دهد و Baxter حرکات دست او را به خاطر می سپارد. برای تنظیم میزان دقت و ویژگی های مختلف دیگر، دکمه ها و کنترل های بیشتری بر روی دستBaxter وجود دارد. هر کارگر ساده ای میتواند Baxter را برنامه ریزی کند و این کار تنها چند دقیقه زمان می برد. کاری که برای سایر رباتهای صنعتی، به میزان زیادی برنامه‌نویسی و کد نوشتن نیاز دارد تا بتوان از آن استفاده کرد. در واقع میتوان گفت Baxter برای عمل کردن به برنامه‌نویسی احتیاج ندارد. به هیچ مهندس نرم افزاری نیاز ندارد. همچنین میتوان به Baxter آموزش داد تا بتواند کار های پیچیده تر و یا چند کار را به‌صورت همزمان انجام دهد. در سال ۲۰۱۵، ربات دیگری به نام Sawyer برای انجام کارهای کوچک تر و دقیق تر ساخته شد.
یک روبات دارای سه مشخصه زیر است ۱-داری حرکت وپویایی است ۲-قابلیت برنامه ریزی جهت انجام کارهای مختلف را دارد ۳-بعد از اینکه برنامه ریزی شد.قابلیت انجام وظایفش را به صورت خودکار دارد. ممکن است روزی فرا برسد که روباتها جای انسانها را در انجام کارها بگیرند. حتی بعضی از آنها ممکن است به صورت محافظ شخصی از جان انسانهادر مقابل خطرات احتمالی حفاظت کنند.
آناتومی اندام روبات های شبیه انسان
در سال ۱۹۵۰ دانشمندان تصمیم گرفتند.شکلی از رباتهای دو پارا درست کنند.که از لحاظ فیزیکی شبیه انسان باشند.این گونه روباتها متشکل از دو بازو دو پا هستند.که دستها و پاها به صورت متقارن وشبیه بدن انسان در سمت راست وچپ ربات قرار گرفته اند.برای انجام چنین کاری آنها می بایست در ابتدا آناتومی بدن خود را می شناختند.آنها معتقد بودن که انسانها طی میلیونها سال تکامل یافته اند.،تا اینکه امروزه قادرند انواع مختلفی از کارها را انجام دهند.اگر از مردم راجع به روباتهای شبیه انسان سوال کنید.آنها در اولین وهله به یاد فیلم پلیس آهنی می افتند.شما نیز می توانید با استفاده از کاغذهای استوانه ای و تک های چوب وچسب شکلی مانند زیر درست کنید.
حرکت در روبات
هنگامیکه شما راجع به مطلبی فکر می کنید و برای آن دنبال پاسخ می گردید.می توانید جواب خود را در طبیعت بگیرید.به حیواناتی که اطراف ما هستند.،و مانند ما می توانند در چهار جهت حرکت کنند.دقت کنید.به طور مثال به حرکت فیل توجه کنید.مفاصلی که در پاها وجود دارند.سبب حرکت پاها به سمت عقب،جلو، چپ و راست می شوند هنگامکه این حیوان حرکت می کند وزن خود را بر روی پا هایش تقسیم میکند.بنابراین این امکان را دارد که تعادلش را حفظ کند و بر روی زمین نیافتد.در روباتها نیز همین مسئله وجود دارد اگر یکی از پاهای آن در هوا قرار بگیرد روبات متوقف می شود.واین امکان وجود دارد بر روی زمین بیافتد.به حرکت مورجه ها دقت کنید.این موجود ۶ پا دارد. در هنگام حرکت به سمت جلو سه پایش را به سمت جلو وسه پای دیگرش را در همان موقعیت به سمت عقب فشار میدهد .دو پا از یک طرف ویک پا از طرف دیگرهمواره کار مشترکی را انجام می دهند. واین کار سبب حرکت مورچه به سمت جلو می شود. حشرات بدلیل داشتن پاهای بیشتر وفرم پاها راحتر از حیوانات چهار پا می توانند تعادل خود را در حرکت حفظ کنند.بهمین دلیل رباتهای شبیه حشرات بیشتر از روباتهایی شبیه سگ و گربه ساخته شده اند.
لگو روبات(lego robot)
برای شروع به ساخت روبات بهتر است .،که با لگو ها ونحوه اسمبل کردن آنها آشنا شوید.لگوها ایده های خوبی در ساخت روبات به شما می دهند.بسیاری از روباتهایی که ساخته شده اند.حشره،حیوان،انسان نیستند.بلکه آنها لگو هستند.شما می توانید بدنه روبات خود را بوسیله لگوها بسازید.و مدارات الکترونیک را در آن جا سازی کنید. بیشتر ماشینهایی که وجود دارند از چهار چرخ تشکیل شده اند.دو چرخ جلویی دارای چرخش زاویه ای هستند.،و دو چرخ عقبی در جای خود ثابت هستند.،وتنها میچرخند،حرکت به سمت راست،جلو و عقب را چرخهای جلویی تعیین می کنند.در برخی از ماشینها هر چهار چرخ دارای این وضعیت هستند.از این موارد در ساخت لگو روباتها شبیه ماشین استفاده می شود.برخی از ماشینهای پیشرفته از راه دور کنترل می شوند(remote control) که این مسئله را براحتی می توان در روباتها بست وتوسعه داد. برای ساخت یک لگو ماشین احتیاج به چهار چرخ پلاستیکی و دو میله تحت عنوان محور احتیاج دارید.شاید بتوانید این قطعات را براحتی در یک ماشین اسباب بازی پیدا کنید.برخی از طراحان روبات به جای چهار چرخ از سه چرخ استفاده می کنند.در این حالت عموما دو چرخ ثابت وتنها در جای خود می چرخند و تنها یک چرخ دارای حرکت آزاد است.نوع دو چرخ آن نیز وجود دارد.در این حالت هر دوچرخ دارای حرکت آزاد زاویه ای هستند. برای حل مشکل تعادل روباتها در هنگام چرخش از چهار چرخ استفاده می شود. در هر طرف دوچرخ وجود دارد.که چرخهای در هر سمت بوسیله تسمه یا نواری پلاستیکی بهم متصل می شوند. کلمه ربات توسط Karel Capek نویسنده نمایشنامه R.U.R (روباتهای جهانی روسیه) در سال ۱۹۲۱ ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی(robotnic) به معنی کارگر میباشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. البته پیش از آن یونانیان مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه چیزی بوده که ما امروزه ربات می‌نامیم. امروزه معمولاً کلمه ربات به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام میشود را انجام دهد، استفاده میشود.
رباتها چه کارهایی انجام میدهند؟
بیشتر رباتها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار میگیرد.
رباتها از چه ساخته میشوند؟
رباتها دارای سه قسمت اصلی هستند: * مغز که معمولاً یک کامپیوتر است. * محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و … * سنسور که میتواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد. با این سه قسمت، یک ربات میتواند با اثرپذیری و اثرگذاری در محیط کاربردی‌تر شود.
تأثیر رباتیک در جامعه:
علم رباتیک در اصل در صنعت به‌کار میرود و ما تأثیر آن را در محصولاتی که هر روزه استفاده می‌کنیم، می‌بینیم. که این تأثیرات معمولاً در محصولات ارزانتر دیده میشود. رباتها معمولاً در مواردی استفاده میشوند که بتوانند کاری را بهتر از یک انسان انجام دهند یا در محیط پر خط فعالیت نمایند مثل اکتشافات در مکان‌های خطرناک مانند آتش‌فشان‌ها که میتوان بدون به خطر انداختن انسانها انجام داد.
مشکلات رباتیک:
البته مشکلاتی هم هست. یک ربات مانند هر ماشین دیگری، میتواند بشکند یا به هر علتی خراب شود. ضمناً آنها ماشینهای قدرتمندی هستند که به ما اجازه میدهند کارهای معینی را کنترل کنیم. خوشبختانه خرابی رباتها بسیار نادر است زیرا سیستم رباتیک با مشخصه‌های امنیتی زیادی طراحی میشود که میتواند آسیب آنها را محدود کند. در این حوزه نیز مشکلاتی در رابطه با انسان‌های شرور و استفاده از رباتها برای مقاصد شیطانی داریم. مطمئناً رباتها میتوانند در جنگ‌های آینده استفاده شوند. این میتواند هم خوب و هم بد باشد. اگر انسانها اعمال خشونت آمیز را با فرستادن ماشینها به جنگ یکدیگر نمایش دهند، ممکن است بهتر از فرستادن انسانها به جنگ با یکدیگر باشد. رباتها میتوانند برای دفاع از یک کشور در مقابل حملات استفاده میشوند تا تلفات انسانی را کاهش دهد. آیا جنگ‌های آینده میتواند فقط یک بازی ویدئویی باشد که رباتها را کنترل میکند؟
مزایای رباتیک:
مزایا کاملاً آشکار است. معمولاً یک ربات میتواند کارهایی که ما انسانها می‌خواهیم انجام دهیم را ارزانتر انجام دهد. علاوه بر این رباتها میتوانند کارهای خطرناک مانند نظارت بر تأسیسات انرژی هسته‌ای یا کاوش یک آتش‌فشان را انجام دهند. رباتها میتوانند کارها را دقیقتر از انسانها انجام دهند و روند پیشرفت در علم پزشکی و سایر علوم کاربردی را سرعت بخشند. رباتها به ویژه در امور تکراری و خسته کننده مانند ساختن صفحه مدار، ریختن چسب روی قطعات یدکی و… سودمند هستند.
تاثیرات شغلی:
بسیاری از مردم از اینکه رباتها تعداد شغل‌ها را کاهش دهد و افراد زیادی شغل خود را از دست دهند، نگرانند. این تقریباً هرگز قضیه‌ای بر خلاف تکنولوژی جدید نیست. در حقیقت اثر پیشرفت تکنولوژی مانند رباتها (اتومبیل و دستگاه کپی و…) بر جوامع ، آن است که انسان بهره‌ورتر میشود.
قوانین سه‌گانه رباتیک:
ایزاک آسیموف نویسنده داستان‌های علمی تخیلی قوانین سه‌گانه رباتیک را به صورت زیر تعریف‌کرده است: ۱ـ یک ربات نباید به هستی انسان آسیب برساند یا به واسطه بی‌تحرکی، زندگی یک انسان را به مخاطره بیاندازد. ۲ـ یک ربات باید از دستوراتی که توسط انسان به او داده میشود، اطاعت کند؛ جز در مواردی که با قانون یکم در تضاد هستند. ۳ـ یک ربات باید تا جایی‌که با قوانین یکم و سوم در تضاد نباشد از خود محافظت کند.
آینده رباتیک:
جمعیت رباتها به سرعت در حال افزایش است. این رشد توسط ژاپنی‌ها که رباتهای آنها تقریباً دو برابر تعداد رباتهای آمریکا است، هدایت شده است. همه ارزیابی‌ها بر این نکته تأکید دارد که رباتها نقش فزاینده‌ای در جوامع مدرن ایفا خواهند کرد. آن ها به انجام کارهای خطرناک، تکراری، پر هزینه و دقیق ادامه میدهند تا انسانها را از انجام آنها باز دارند.
ربات امدادگر
یکی از راهکارهایی که برای نجات مصدومین زلزله استفاده می شود، به کاربستن رباتیک و علوم کامپیوتر در عملیات امداد و نجات است. از طریق این فناوری‌ها میتوان به مصدومین گرفتار در زیر آوار دسترسی پیدا کرده و جان آنها را نجات داد این ربوتها به گونه‌ای طراحی شده است که بتوان مسیر خود را در شکاف‌های باریک و از میان آوار به‌جا مانده از ساختمان بیابد و در لا‌به‌لای آنها به جستجوی مصدومین حادثه بپردازد. پیکره‌ی این رباتها به یک دوربین و یک میکروفون برای دریافت داده‌هایی از میان ویرانی‌ها مجهز شده است. به علاوه یک حسگر حرارتی نیز به تجهیزات این ربوت ها افزوده شده، تا بتواند حرارت بدن مصدوم را دریافته و موقعیت او را بیابد. این حسگر، این امکان را نیز فراهم میسازد که حتی اگر در زیر آوار منبع نوری نیز وجود نداشت و مصدومین در تاریکی گرفتار شده بودند، باز هم فرصت یافته شدن آنها وجود داشته باشد. طراحی منعطف این ربوتها برخی توانمندی‌های مختص محیط‌های دچار سانحه را به آن افزوده است، اگر در شرایطی این ربوتها با مانعی در زیر آوار برخورد کند و به سبب این برخورد تعادل خود را از دست بدهد و یا از ارتفاعی، فرو بیفتد، خواهد توانست با چرخش پیکره‌ی خود مجدداً به وضعیت متعادل و مناسب برای حرکت بازگردد.
مباني رباتيك
ربات ها ماشين هايي هستند كه به تقليد رفتار انسان ها يا حيوانات مي پردازند . انسان ها داراي جسم مي باشند و از ماهيچه براي حركت بدن ، حسگر براي دريافت اطلاعات محيط ، قدرت براي فعال كردن ماهيچه ها ، مغز براي پردازش اطلاعات حسگرها و دستور به ماهيچه ها و ويژگي هاي نامشهود ديگر مانند هوش و روحيه برخوردارند . به طور مشابه ربات ها نيز از ساختار قابل حركت ، موتورها ، حسگرهايي براي مشاهده محيط ، فعال ساز براي كنترل حركت ، منبع تغذيه و پردازنده / كامپيوتر براي كنترل رفتار و اجزاي خود برخوردار مي باشند . ربات هاي صنعتي بازوها يا ماشين هاي خودكار مكانيكي هستند كه توسط كامپيوتر كنترل شده و از آنها در خطوط مونتاژ كارخانه ها استفاده مي شود . وظايف آنها بازه وسيعي را از اتصال اجزاي بدنه اتومبيل تا قرار دادن يك قطعه بسيار كوچك در يك دستگاه الكترونيكي در بر مي گيرد . يك ربات صنعتي كه از شش مفصل برخوردار است ، شباهت بسيار زيادي به بازوي انسان دارد . اين شش اتصال در واقع معادل شانه ، آرنج و مچ هستند . هر كدام از اين اتصالات توسط يك موتور DC/AC كنترل مي شوند . خود اين موتورها توسط سيگنال هايي كه توسط كابل منتقل مي شود ، كنترل مي گردند . كامپيوتر كنترلي ربات شامل برنامه هايي است كه رفتار هر موتور را كنترل مي كند و بدين ترتيب ربات عمل مورد نياز را انجام مي دهد . براي حركت ربات ، اين رايانه ، موتورها و دريچه هاي مرتبط را فعال مي كند . ربات ها قابل برنامه ريزي جديد بوده و مي توان با برنامه ريزي جديد رفتار متفاوتي را از آنها انتظار داشت . برنامه يك ربات جوشكاري حاوي دستورات لازم در زمينه ميزان جريان برق و اعمال جريان براي المان جوشكاري ربات است تا بدين ترتيب بعنوان قطعات فلزي با قطرهاي مختلف را به هم جوش داد . حسگرهاي موجود ، اطلاعات محيطي را به صورت پسخورد در اختيار كامپيوتر كنترلي قرار مي دهند و آنها را قادر مي سازند تا عمليات ربات را مطابق با شرايط محيطي تنظيم كنند . كامپيوترها سيگنال هاي فرمان را به ابزار رباتيك ارسال مي نمايند و بدين ترتيب عمليات كارخانه كنترل مي گردد . مي توان ماشين هاي رباتيك را به گونه اي برنامه ريزي كرد كه وظايف مختلفي را انجام دهند و در نتيجه ربات ها مي توانند به منظور توليد محصولات مختلف ، مورد استفاده قرار گيرند . ربات هاي فوق در كارخانه هايي مورد استفاده قرار مي گيرند كه محصولات متنوعي را در دسته هاي كوچك توليد مي كنند و محصولات هر دسته با دسته ديگر فرق مي كند . ربات ها با سخت افزار فرآيند توليد ادغام مي شوند . پس از اينكه كار جاري خط توليد به پايان رسيد ، مي توان از اين ربات ها براي كار ديگر دوباره استفاده كرد . خط توليدي كه در آن از ربات استفاده مي شود ، ممكن است فقط شش ماه دوام داشته باشد . پس از آن ، كارخانه به دليل تغيير محصول توليدي خود بايد خط توليد فوق را جمع آوري كند . از آنجايي كه مي توان ربات ها را براي انجام كارهاي مختلف برنامه ريزي كرد ، مي توان آنها را به راحتي از يك خط توليد جدا كرده و در جاي ديگر مورد استفاده قرار داد. كارخانه موتورولا از دو ربات به طور همزمان براي مونتاژ قطعات الكترونيكي در دستگاه هاي راديويي خود استفاده مي كند . اين دو ربات دوازده كار پايه اي مانند قرار دادن قطعات الكترونيكي بر روي بوردهاي چاپي را بطور مشترك با هم انجام مي دهند . اين دو ربات به صورت جفت و دقيقا مانند دو بازوي يك انسان در خط مونتاژ كار مي كنند و كامپيوتر كنترل كننده با ارسال سيگنال هاي مناسب مانع از برخورد آنها باهم مي شود .
حواس انسان براي ربات ها :
تمركز طراحان بر شبيه سازي حواس انسان براي ربات ها است . ربات ها بايد بتوانند حسي از محيط پيرامون خود داشته باشند ( مشابه حواس انسان ) . آنها بايد بتوانند ببينند ، احساس كنند ، بشنوند ، بو بكشند و با انسان ها به زبان طبيعي صحبت كنند .رادارها ، دستگاههاي كاشف ، ميكروفن هاي جهت دار ، اسكنر هاي بدن و موارد مشابه قادر ند بهتر از اعضا ي بدن انسان عمل كنند ، ببينند و يا اشياء را شناسايي كنند . مشكل اصلي ، گردآوري اطلاعات نيست ، بلكه تفسير و درك آنهاست . ساخت رباتي كه بتواند به سطح يك چاه نفت در دريا برود يا رباتي كه بتواند به يك راكتور هسته اي وارد شود ، بسيار متفاوت از رباتي است كه در آن لوله است . تصوير لوله تنها نشان دهنده جلبك هايي است كه به دور اتصالات جمع شده اند . اگر قرار است ربات تشخيص دهد كه مي تواند مشكل را حل كند يا نه ، بايد از هوش لازم براي رفع ابهام از تصوير و ايجاد يك تصوير واضح و روشن برخوردار باشد . ربات ها بايد اطلاعات مورد نياز را براي پاسخگويي به مسائل پيش آمده در جهان واقعي فراهم سازند . ربات ها بايد قادر به درك حوادث پيرامون خود باشند تا بتوانند بر آنها كنترل داشته باشند و گرنه ، داشتن حواس صرف براي گردآوري اطلاعات ، ارزشي نخواهد داشت . حواس آنها بايد پسخوري از اثرات رفتار انها بر جهان ، به آنها بدهد .
ربات هاي بيولوژيكي :
محققان به دنبال هوش هستند ، گرچه اين هوش لزوما به پيچيدگي مغز انسان كه از ميليارها نورون و تريليون ها اتصال برخوردار است نخواهد بود . گرچه بسياري از مناطق مغز انسان از ساختار يكنواختي برخوردارند ، ولي صدها منطقه در مغز وجود دارد كه از نظر معماري متمايز هستند . اين مساله سبب پيچيدگي شبيه سازي مغز انسان در ربات ها مي شود . در مقايسه ، حشرات و موجودات دريايي از نورون هاي كمتري برخوردارند . مهندسان با استفاده از داده هاي رفتاري مي دانند كه چگونه بخش هاي مغز اين موجودات با هم در ارتباط هستند و همچنين از نحوه تعامل نورون هاي آنها به منظور انجام يك كار خاص مطلع هستند . هوش مغز سوسك براي توسعه ربات هاي بيولوژيكي بكار گرفته شده است . حشرات در زمان حركت بالا ، زير با پيرامون موانع شش بازوي خود را كنترل مي كنند . ربات هاي شش بازويي مانند Lemur (مخففLimbed Excursion Mobile Utility Robot ) ” ربات با قدرت حركت عضوي ” از خصوصيات سيستم عصبي حشرات براي حركت در سطوح سخت و ناهموار به منظور گردآوري ، نمونه برداري و تحليل داده ها استفاده مي كنند . ماهيچه ها مسبب حركت و دستكاري در مخلوقات هستند . فعال سازي هاي ربات ها در واقع شبيه ساز ماهيچه ها به شمار مي روند . فعال سازي هايي كه از پليمرهاي فعال شونده با جريان برق (EAP) استفاده مي كنند ، بيشترين شباهت را به ماهيچه هاي بيولوژيكي دارند . EAP ها در پاسخ به تحريك هاي الكتريكي تغيير شكل مي دهند .در صورتي كه به سيال هاي الكترورئولوژيك (ERF) مبتني بر EAP تحريك الكتريكي وارد شود ، چسبناك مي شوند . از ERF ها براي توسعه فعال سازي هاي مينياتوري كنترل شونده توسط جريان برق استفاده مي شود . نيروهايي كه در محيط هاي دور اعمال مي شوند ، سبب تغيير در ويسكوزيته ERF شده و بدين شكل خود را در اجزاي مكانيكي ربات نشان مي دهند . از ربات هاي مبتني بر EAP در كاربردهاي پزشكي و فضايي استفاده مي شود . ربات ماهي اولين محصول تجاري است كه در آن از EAP استفاده شده است . اين ربات مي تواند بدون استفاده از موتور يا باتري و با استفاده القاء گرهاي موجود شنا كند . EAP ها را ميتوان به شكل هاي مختلفي ساخت . از تركيب آنها با حسگرهاي MEMS ( سيستم ميكروالكترومكانيكي ) مي توان به فعال سازهاي هوشمند دست يافت . EAP واسطي است بين انسان و ماشين در واقع جايگزيني است براي حواس انسان . بعنوان مثال ، مي توان از EAP بعنوان واسط بين ربات و مغز انسان استفاده كرد . كلاوس پيترزانر از دانشگاه ساوت همپتون در انگلستان رباتي ساخته است كه توسط يك نمونه پرورش يافته و خاص از موجودات زنده ” كپك مانند” كنترل ميشود . اين سلول ها از نور دوري مي كنند . يك نمونه ستاره اي شكل از اين سلول ها به يك ربات شش بازويي ربات متصل گرديده اند . تابش نور سفيد بر بخشي از ارگانيسم سلول سبب مرتعش شدن آن مي گردد . اين ارتعاشات به رايانه منتقل شده و بر اساس آن سيگنال هاي كنترلي براي حركت بازوها ارسال مي گردد . با تابش نور برروي بخش هاي مختلف ستاره ، بازوهاي متفاوتي را ميتوان حركت داد . با انجام اين كار به صورتي منظم و با قاعده ، ميتوان ربات را به راه انداخت .
بینایی ماشین (به انگلیسی: Machine vision) استفاده از حس گرها برای دریافت سیگنال‌هایی که تشکیل دهنده تصویر یک شی هستند که توسط کامپیوتر یا سایر وسایل پردازش سیگنال برای تفسیر و تحلیل سیگنال‌های دریافت شده از قطعه مورد استفاده قرار میگیرد. Machine vision به عنوان یک ابزار مهندسی در ابزارهای دیجیتال و در شبکه‌های کامپیوتری، برای کنترل ابزارهای صنعتی دیگر از قبیل کنترل بازوهای روبات یا خارج کردن تجهیزات معیوب به کار میرود.
در حقیقت Machine vision شاخه‌ای از علم مهندسی است که به رشته‌های علوم کامپیوتری (Computer science) و علم نورشناسی و مهندسی مکانیک و اتوماسیون صنعتی ارتباط دارد. یکی از مهمترین پر استفاده‌ترین کاربردهای آن در بازبینی و بررسی کالاهای صنعتی از جمله نیمه هادیها، اتومبیل‌ها، مواد خوراکی و دارو میباشد. همانند نیروی انسانی که با چشم غیر مسلح در خط تولید کالاها را برای تعیین کیفیت و نوع ساخت آنها بازبینی میکنند، Machine vision از دوربینهای دیجیتال و دوربینهای هوشمند و نرم‌افزارهای image processing (پردازش تصویر) برای این کار استفاده میکند. دستگاههای مربوطه (Machine vision) برای انجام دادن وظایفی خاص از جمله شمردن اشیاء در بالابرها، خواندن شماره سریالها(Serial numbers)، جستجوی سطح‌های معیوب به کار می‌روند.
در حال حاضر صنعت استفاده زیادی از سیستم ماشین بینایی برای بازبینی تصویریاشیاء (Visual inspection) که نیاز به سرعت بالا و دقت بالا و کار ۲۴ ساعته و تکرار محاسبات بالا دارد، وجود دارد. اگرچه انسان عملکرد بهتر و قابلیت تطبیق دهی بیشتری برای خطاهای تازه در زمان کوتاه دارد ولی با توجه به ویژگیهای ذکر شده این دستگاهها به مرور جای نیروی انسانی را که به دلیل انحراف و شرایط بد دارای خطا می‌باشند، در صنعت پر میکند. کامپیوترها به همان صورتی که انسان می‌بیند نمی‌توانند ببینند. دوربین‌ها همانند سیستم بینایی انسان نیستند و در حالی که انسان میتواند بر استنباط و فرضیات اتکا کند، تجهیزات کامپیوتری باید به وسیله آزمودن و تجزیه و تحلیل کردن جداگانه پیکسلها و تلاش کردن برای انجام نتیجه‌گیری با توجه به پشتوانه اطلاعاتی و روشهایی مانند شناسایی الگو مشاهده کنند.
علی‌رغم اینکه بعضی الگوریتمهای machine vision برای تقلید کردن از سیستم بینایی انسان توسعه یافته‌اند، تعداد معدودی روش برای تحلیل و شناسایی ویژگیهای مرتبط تصاویر به صورت مؤثر و ثابت توسعه یافته‌اند. سیستمهای Machine vision و computer vision قادر هستند به صورت ثابت تصاویر را تجزیه و تحلیل کنند، ولی image processing بر پایهٔ کامپیوتر به صورت کلی برای انجام کارهای تکراری طراحی میشوند و علی‌رغم پیشرفت‌های صورت گرفته در این زمینه، هیچ سیستم machine vision و computer vision قادر نیست با برخی از ویژگیهای سیستم بینایی انسان در قالب درک تصویر، تلرانس به تغییرات نور، تضعیف قدرت تصویر و تغییرات اجزا و… تطبیق پیدا کند.
سیستم اولیه ماشین بینایی Autovision II که در سال ۱۹۸۳ در یک نمایشگاه تجاری به عرضه گذاشته شد.
اجزای یک سیستم بینایی ماشین
اگرچه “بینایی ماشینی” بیشتر به عنوان یک فرآیند در کاربردهای صنعتی شناخته شده است، برای فهرست کردن اجزای سخت‌افزاری و نرمافزاری به کار برده شده نیز مفید میباشد. معمولاً یک بینایی ماشینی از اجزای زیر ساخته شده است:
۱. یک یا چند دوربین دیجیتال یا آنالوگ (سیاه-سفید یا رنگی) با اپتیک مناسب برای گرفتن عکس.
۲. واسطه‌ای که عکسها را برای پردازش آماده میسازد. برای دوربینهای آنالوگ این واسطه شامل یک دیجیتال کننده عکس است. هنگامی که این واسطه یک سخت‌افزارٍ جدا باشد، به آن Frame grabber (کارتی که برای دریافت سیگنال تصویری و فرستادن آن به کامپیوتر استفاده میشود) می گویند.
۳. یک پردازشگر (گاهی یک PC یا پردازنده تعبیه شده (Embedded Processor) مانند DSP
۴. نرم‌افزار Machine vision: این نرم‌افزار امکاناتی برای توسعه یک برنامه نرمافزاری که برای کاربردی مشخص است را فراهم میکند.
۵. سخت‌افزار ورودی / خروجی (مثلاً I/O دیجیتال) یا حلقه‌های ارتباطی (مثلاً ارتباط شبکه ای یا RS-232) برای گزارش نتایج.
۶. یک دوربین هوشمند: یک وسیله ساده که همه موارد فوق را داراست.
۷. لنزهایی که بتواند به مقدار مطلوبی روی سنسور تصویر زوم کند.
۸. منابع نوری مناسب و گاهی خیلی مخصوص (مثلاً چراغهای LED، فلورسنت، لامپهای هالوژن و . . .)
۹. یک برنامهٔ مشخص که بتواند تصاویر را پردازش کرده و مشخصه‌های مربوط و مناسب را شناسایی کند.
۱۰. یک سنسور همزمان ساز برای شناسایی اجزا (گاهی یک سنسور نوری یا یک سنسور مغناطیسی): این سنسور برای راه‌اندازی سیستمٍ استخراج و پردازش تصویر میباشد.
سنسور همزمان ساز تعیین میکند که چه زمانی یک بخش (که معمولاً روی یک حمل کننده حرکت میکند) در موقعیتی قرار گرفته است که باید مورد بررسی واقع شود. این سنسور هنگامیکه از زیر دوربین می‌گذرد و یک پالس نوری برای ثابت نگهداشتن تصویر ایجاد میکند، دوربین را برای گرفتن عکس فعال میکند. نوری که برای روشن کردن آن بخش به کار میرود در واقع برای آن است که مشخصه‌های مطلوب را برجسته و مشخصات نامطلوب (مثل سایه‌ها یا انعکاس‌ها) را به حداقل برساند.
معمولاً پنل‌های LED با اندازه و طراحی مناسب برای این هدف مورد استفاده قرار میگیرند. تصویر دوربین یا توسط یک frame grabber یا توسط یک حافظه کامپیوتری (که در آن از frame grabber استفاده نشده است) گرفته میشود. frame grabber یک وسیله دیجیتال کننده است (یا در داخل دوربین هوشمند یا بطور جداگانه) که خروجی دوربین را به فرمت دیجیتال تبدیل کرده (معمولاً این فرمت از یک آرایه دو بعدی از اعداد تشکیل شده که هر عدد متناظر شدت روشنایی نقطه متناظر در آن تصویر میباشد. به این نقاط پیکسل میگویند.) و سپس تصویر را به منظور پردازش توسط نرم‌افزارٍ Machine vision در حافظه کامپیوتر ذخیره میکند. به طور معمول نرم‌افزار، اقدامات متفاوتی را برای پردازش تصویر انجام میدهد.
گاهی در ابتدا تصویر برای کاهش نویز یا تبدیل سایه‌های خاکستری به ترکیب ساده‌ای از رنگهای سیاه و سفید دستکاری میشود (Binarization ). در قدم بعدی نرم‌افزار عمل شمردن، اندازه‌گیری و شناسایی اجسام، ابعاد، کاستی‌ها و مشخصات دیگر تصویر را انجام میدهد. در نهایت با توجه به ضوابط و معیارهای برنامه ریزی شده ممکن است بخشی را بپذیرد یا رد کند. اگر یک بخش رد شد، نرم‌افزار به یک دستگاه مکانیکی فرمان میدهد تا آن بخش را خارج کند و همچنین سیستم خط تولید را قطع کرده و به کارگر هشدار میدهد تا مشکلی که باعث ایجاد خطا شده را رفع نماید. اگرچه اکثر Machine visionها بر مبنای دوربینهای سیاه–سفید بنا نهاده شده‌اند، استفاده از دوربینهای رنگی در حال رایج شدن است.
همچنین امروزه شاهد شیوع فراوان استفاده از تجهیزات دوربینهای دیجیتال به جای یک دوربین و یک frame grabber جداگانه در Machine vision هستیم. استفاده از یک دوربین دیجیتال به منظور برقراری ارتباط مستقیم، باعث صرفه جویی در هزینه و نیز سادگی سیستم خواهد شد. دوربینهای هوشمند که در داخل آنها embedded processorها تعبیه شده‌اند، در حال تسخیر سهم بالایی از بازار Machine visionها هستند. استفاده از یک embedded processor (و یا یک پردازنده بهینه) نیاز ما به frame grabber و یک کامپیوتر خارجی را از بین می‌برد.
به همین خاطر این پردازنده‌ها باعث کاهش هزینه، کاهش پیچیدگی سیستم و همچنین اختصاص توان پردازشی مشخص به هر دوربین میشود. دوربینهای هوشمند معمولاً ارزان تر از سیستمهای شامل یک دوربین و یک برد و یک کامپیوتر خارجی هستند. همچنین توان بالای embedded processor و DSPها منجر به بالا رفتن عملکرد و توانایی آنها نسبت به سیستمهای مرسوم (که بر مبنای PC هستند) شده است.
روشهای پردازش
شمارش پیکسل
شمردن تعداد پیکسلهای روشن و تاریک.
تعیین آستانه
تبدیل یک عکس با قسمت‌های خاکستری به یک عکس سیاه و سفید به این طریق که با قرار دادن آستانه‌ای پیکسلهای روشن تر از آن را سفید و پیکسلهای تیره تر از آن را سیاه در نظر می‌گیریم.
بخش بندی کردن (Segmentation)
تبدیل تصویر ورودی به بخش‌های مختلف برای موقعیت یابی و شمارش پیکسلها.
تشخیص و شناسایی لکه‌ها و دستکاری
بررسی یک عکس برای یافتن گسسته از بین تمامی پیکسلها.(به عنوان مثال یک حفره سیاه رنگ در درون یک جسم خاکستری) این لکه‌ها به عنوان نشان اختصاصی عکس خواهند بود.
تشخیص و شناسایی توسط اجزاء موجود
استخراج اجزاءی خاص از یک تصویر ورودی مثلاً عکس.
تشخیص و شناسایی الگو به طور مقاوم در برابر تغییرات
به این معنا که موقعیت جسمی که ممکن است چرخانده شود یا اندازه اش تغییر کند یا قسمتی از این جسم توسط جسم دیگر پوشانده شود، را به طور دقیق شناسایی کند.
خواندن بارکد
شناسایی و تعیین کدهای یک بعدی (۱D) و دو بعدی (۲D) اسکن شده توسط ماشینها طراحی شده است.
پیدا کردن، مطابقت دادن و شمارش اشکال خاص در یک تصویر.
در اکثرموارد یک سیستم Machine vision به منظور بررسی کامل یک تصویر، از زنجیره مرکبی از این تکنیکهای پردازش استفاده میکند. به عنوان مثال میتوان به سیستمی اشاره کرد که بارکد را می‌خواند و هم سطح جسم را برای خراش احتمالی مورد بررسی قرار میدهد و هم ممکن است طول و عرض آن وسیله را اندازه‌گیری کند.
کاربردهای ماشین بینایی
همانطور که در بین حس‌های انسان بینایی از همه کاربرد وسیع تری دارد؛ بینایی ماشین نیز در زمینه‌های گوناگون کاربردهای متنوع و فراوانی دارد.
اتوماسیون صنعتی
دستگاهای ماشین بینایی دارای کاربردهای متنوعی هستند که از آن جمله به طور خلاصه میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
تولید صنعتی در مقیاس بزرگ.
ساخت اجزایی که نیاز به زمان تولید مشخصی دارند.
سیستمهای ایمنی موجود در محیط‌های صنعتی.
بررسی مواد اولیه تولید (مثلاً کنترل کیفیت و بررسی وقوع خطا)
کنترل موجودی انبار و سیستمهای مدیریتی (شمارش، بارکد خواندن و ذخیره اطلاعات در سیستمهای دیجیتال)
کنترل رباتهای تعقیب خطی که برای حمل بار در کارخانه‌های صنعتی استفاده میشوند.
کنترل کیفیت و بهبود محصولات غذایی.
ماشینی کردن اجزای کوچک صنعتی.
سیستمهای ماشین بینایی به طور گسترده در صنعت تولید نیمه هادیها کاربرد دارند. به راستی بدون وجود این سیستم‌ها تولید قطعات کامپیوتری کاهش می‌یابد. این دستگاهها برای بازبینی دقیق ویفرهای سیلیکونی و پردازش گرها به کار می‌روند. در صنعت خودروسازی، Machine vision برای هدایت روباتهای صنعتی، سنجیدن مناسب بودن کالاهای مشخص شده برای اهدافی خاص و بازبینی سطح‌های رنگ شده ماشین جهت یافتن عیب. اگرچه تکنیکهای مربوط به سیستمهای ماشین بینایی برای طیف‌های مرئی از اشیاء گسترش یافته‌اند ولی ممکن است مشابه با روش‌ها برای طیف‌های نامرئی نور مانند اشعه مادون قرمز یا اشعه به کار برده شوند.
تشخیص کاراکترهای پلاک از جمله کاربردهای فراگیر ماشین بینایی میباشد. با شناساندن کاراکترهای پلاک هر کشور به سیستم پردازشی و جستجوی شباهت میان آنها و تصاویر ورودی دوربین میتوان پلاک موجود در تصویر را خواند. این سیستم‌ها در پارکینگ‌های هوشمند؛ ورودی و خروجی سازمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ جهت کنترل تردد مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر اینها در صورت پلاک خوانی یک خودرو در ابتدا و انتهای یک مسیر میتوان سرعت میانگین آن را محاسبه و متخلفین را اعمال قانون کرد.
سرعت سنج
با استفاده از تصویر دو دوربین میتوان عمق تصویر را بدست آورد و از این طریق تغییرات عمق را میتوان بدست آورد که به معنی سرعت است. در نوعی از سرعت سنج‌های بزرگراهی از بینایی ماشین جهت استخراج سرعت استفاده میشود. مزیت این سیستم‌ها بر نمونه‌های مشابهی که از رادار یا لیزر برای سرعت سنجی بهره می‌برند؛ پسیو بودن آنها است. پسیو بودن به این معنی است که امواجی از خود صادر نمی‌کنند و به همین علت استفاده از jammer یا detector به منظور جلوگیری از ثبت تخلف کارایی ندارد. این سیستم‌ها در نوع ثابت و متحرک طراحی میشوند. سیستمهای ثابت در کنار خیابان، جاده یا بزرگراه نصب شده و سیستمهای متحرک بر روی خودروی‌های پلیس نصب میشوند. از این سیستم‌ها میتوان به عنوان تردد شمار و سیستم کنترل ترافیک نیز بهره برد.
ثبت تخلف چراغ راهنمایی و رانندگی
با پردازش تصاویر دوربینهای نصب شده در تقاطع‌ها میتوان زمان، سرعت، جهت حرکت و پلاک خودروها را بدست آورد و بدین ترتیب تخلفات متنوعی از جمله عبور از چراغ قرمز، توقف روی خط عابر پیاده، گردش به چپ و راست و تخطی از سرعت مجاز هنگام عبور از تقاطع را ثبت کرد.
ایمنی رانندگی
برای افزایش سطح ایمنی در رانندگی؛ ماشینهای جدید مجهز به سیستمهای بینایی ماشینی شده‌اند که به راننده در حفظ هوشیاری و دقت کمک میکنند. از جمله این سیستم‌ها میتوان به سیستمهای تشخیص مانع؛ آینهٔ کنار هشدار دهنده؛ هشدار دهنده تابلوهای راهنمایی و رانندگی و هشدار دهنده خارج شدن از خطوط جاده اشاره کرد.
تشخیص حجم
با توجه به اینکه سیستمهای ماشین بینایی قادرند مشخصات مکانی نقاط تصاویر را استخراج کنند، میتوان از آنها به عنوان سیستمهای تشخیص حجم بهره برد. به عنوان نمونه میتوان به سیستم تشخیص حجم بار خودروهای سنگین اشاره کرد. این سیستم‌ها در محل‌های دفن زباله پسماند یا نخاله ساختمانی، معادن و کارخانجات تولید مصالح ساختمانی کاربرد دارد.
زمینه‌های مربوط به ماشین بینایی
ماشین بینایی به مهندسی سیستمهای تصویر در صنعت و تولید و همچنین به گستره وسیعی از علوم کامپیوتر شامل computer vision، کنترل تجهیزات، شبکه‌های کامپیوتری، مدارهای واسط و فراگیری ماشین مربوط میشود. لازم به ذکر است که دو مفهوم Machine vision و Computer vision نباید با یکدیگر اشتباه گرفته شوند. Computer vision مفهوم گسترده تری در حل مسائل تصویری دارد درحالیکه Machine vision یک روش مهندسی است که عموماً در مسائل مهندسی کاربرد دارد.
بینایی ماشین شاخه ای از دانش است که سعی دارد از طریق پردازش تصاویر دوبعدی، جهان سه بعدی پیرامون را بازسازی و تفسیر کند. به بیان ساده، بینایی ماشین یعنی اینکه کامپیوترها بتوانند جهان را به کمک دوربین‌ها ببینند، بفهمند و حتی از بینایی انسان پیشی بگیرند. بینایی ماشین میتواند در هر جایی که نیاز است تا ماشین به جای انسان ببیند، مورد استفاده قرار گیرد.
بینایی ماشین را از دو منظر علمی و تکنولوژیکی میتوان بررسی کرد. به عنوان یک رشته علمی، بینایی ماشین به توسعه تئوری سیستمهای هوشمندی می‌پردازد که اطلاعات را از تصاویر استخراج میکنند و به عنوان یک رشته تکنولوژیکی (فناورانه) تلاش دارد که از تئوری‌ها و مدل‌های توسعه داده شده برای ساخت سیستمهای بینایی ماشین بهره برداری کند. به عنوان مثال تولیدکنندگان صنایع مختلف سیستمهای بینایی ماشین را برای بازرسی چشمی که نیاز به سرعت بالا، بزرگ نمایی، عملکرد ۲۴ ساعته و تکرارپذیری دارد استفاده میکنند.
مفاهیم اولیه بینایی ماشین
بینایی ماشین را میتوان یک رشته ی میان رشته ای از علوم مختلف دانست.به طوری که میتواند در علومی مثل رایانه، برق و الکترونیک، صنایع، مکانیک و یا پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.از طرفی بینایی ماشین با مفاهیمی چون پردازش تصویر و یا پردازش ویدیو ارتباطی تنگاتنگ دارد.به طوری که در بسیاری از موارد نمیتوان خط قرمز مشخصی بین آنها قائل شد.
وقتی سراغ مفاهیم اولیه پردازش تصویر و بینایی ماشین می‌رویم با این کلمات Computer Vision ، Machine Vision و Image Processing مواجه می‌شویم.
پردازش تصویر(Image Processing) مفهومی جامع است. با این تعریف که یکی از شاخه‌های مدرن و متنوع هوش مصنوعی است که با ترکیب روشهای خاص و الگوریتمهای خاص بر روی یک تصویر، شما می‌توانید پروژه‌های مختلفی را با کاربردهای خاص انجام دهید.
وقتی شما می‌خواهید از این الگوریتمهای پردازشی استفاده کنید باید به سراغ یک پردازنده مانند کامپیوتر بروید و همچنین باید از یک دوربین برای گرفتن تصویر و فرستادن آن به کامپیوتر استفاده کنید. بعد از اینکه تصاویر از دوربین به کامپیوتر ارسال شد؛ شما باید از نرم‌افزارهای مربوط به این رشته استفاده کنید. در این صورت وقتی شما پروژه‌ای را توسط این روش انجام دادید؛ در حقیقت از سیستم بینایی کامپیوتری (Computer Vision) استفاده کرده‌اید.
در صنایع مختلف شما برای تعیین کیفیت و نوع ساخت و همچنین برای بازبینی و بررسی کالاهای صنعتی و کنترل آنها ازجمله نیمه‌هادی‌ها، اتومبیل‌ها، مواد خوراکی و دارو از نیروی انسانی که با چشم کالاها را بازبینی کند نیاز دارید. در این صورت اگر شما از کامپیوتر، دوربینهای صنعتی، لنز و لایتینگ و دیگر تجهیزات مورد نیاز یک پروژه استفاده کردید و توسط این تجهیزات و با نوشتن برنامه‌های کامپیوتری توانستید در صنایع مختلف یکی از کارهایی را که نیروی انسانی توسط چشمانجام میدهد را انجام دهید شما در حقیقت یک سیستم بینایی ماشین (Machine Vision) ساخته‌اید.
پردازش تصاویر (به انگلیسی: Image processing) امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته میشود که شاخه‌ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سر و کار دارد.
پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمدهٔ بهبود تصاویر و بینایی ماشین است. بهبود تصاویر دربرگیرندهٔ روشهایی چون استفاده از فیلتر محوکننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد(مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه)است، در حالی که بینایی ماشین به روشهایی می‌پردازد که به کمک آنها میتوان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک و محور تصاویر استفاده شود.
در معنای خاص آن پردازش تصویر عبارتست از هر نوع پردازش سیگنال که ورودی یک تصویر است مثل عکس یا صحنه‌ای از یک فیلم.خروجی پردازشگر تصویر میتواند یک تصویر یا یک مجموعه از نشانهای ویژه یا متغیرهای مربوط به تصویر باشد.اغلب تکنیکهای پردازش تصویر شامل برخورد با تصویر به عنوان یک سیگنال دو بعدی و بکاربستن تکنیکهای استاندارد پردازش سیگنال روی آنها میشود. پردازش تصویر اغلب به پردازش دیجیتالی تصویر اشاره میکند ولی پردازش نوری و آنالوگ تصویر هم وجود دارند.این مقاله در مورد تکنیکهای کلی است که برای همه آنها به کار میرود.
عملیات اصلی در پردازش تصویر ۱٫ تبدیلات هندسی: همانند تغییر اندازه، چرخش و… ۲٫ رنگ: همانند تغییر روشنایی، وضوح و یا تغییر فضای رنگ ۳٫ ترکیب تصاویر : ترکیب دو و یا چند تصویر ۴٫ فشرده سازی تصویر : کاهش حجم تصویر ۵٫ قطعه بندی تصویر : تجزیهٔ تصویر به قطعات با معنی ۶٫ تفاوت تصاویر : به دست آوردن تفاوت‌های تصویر ۷٫ میانگین گیری : به دست آوردن تصویر میانگین از دو تصویر
فشرده‌سازی تصاویر : برای ذخیره‌سازی تصاویر باید حجم اطلاعات را تا جایی که ممکن است کاهش داد و اساس تمام روشهای فشرده‌سازی کنار گذاردن بخش‌هایی از اطلاعات و داده‌ها است.
ضریب یا نسبت فشرده‌سازی است که میزان و در صد کنار گذاشتن اطلاعات را مشخص میکند. این روش ذخیره‌سازی و انتقال اطلاعات را آسان‌تر میکند و پهنای‌باند و فرکانس مورد نیاز کاهش می‌یابد.
امروزه روشهایی متعدد و پیشرفته برای فشرده‌سازی وجود دارد. فشرده‌سازی تصویر از این اصل مهم تبعیت میکند که چشم انسان حد فاصل دو عنصر تصویری نزدیک به هم را یکسان دیده و تمایز آنها را نمی‌تواند تشخیص دهد. همچنین اثر نور و تصویر برای مدت زمان معینی در چشم باقی مانده و از بین نمی‌رود که این ویژگی در ساخت تصاویر متحرک مورد توجه بوده‌است.
* روش JPEG نام این فرمت در واقع مخفف کلمات JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUP است. از این روش در فشرده‌سازی عکس و تصاویر گرافیکی ساکن استفاده میشود JPEG اولین و ساده‌ترین روش در فشرده‌سازی تصویر است به همین دلیل در ابتدا سعی شد برای فشرده‌سازی تصاویر متحرک مورد استفاده قرار گیرد. برای این منظور تصاویر به صورت فریم به فریم مانند عکس فشرده می‌شدند وبا ابداع روش MOTION JPEG برای ارتباط دادن این عکسها به هم تلاش شد که با مشکلاتی همراه بود.
* روش MPEG نام این فرمت مخفف عبارت MOVING PICTURE EXOERT GROUP است. این روش در ابتدای سال ۹۰ ابداع شد و در آن اطلاعات تصویر با سرعت حدود ۵/۱ مگابیت بر ثانیه انتقال پیدا میکرد که در تهیه تصاویر ویدئویی استفاده می‌شد. با این روش امکان ذخیره حدود ۶۵۰ مگابایت اطلاعات معادل حدود ۷۰ دقیقه تصویر متحرک در یک دیسک به وجود آمد. در MPEG بیت‌های اطلاعات به صورت سریال ارسال میشوند و به همراه آنها بیت‌های کنترل و هماهنگ‌کننده نیز ارسال میشوند که موقعیت و نحوه قرارگیری بیت‌های اطلاعاتی را برای انتقال و ثبت اطلاعات صدا و تصویر تعیین میکند.
* روش MP۳ MP۳ نیز روشی برای فشرده سازی اطلاعات صوتی به ویژه موسیقی است که از طریق آن حجم زیادی از اطلاعات صوتی در فضای نسبتاً کوچکی ذخیره میشود.
* روش MPEG۲ در روش MPEG۲ از ضریب فشرده‌سازی بالاتری استفاده میشود و امکان دسترسی به اطلاعات ۳ تا ۱۵ مگابیت بر ثانیه‌است از این روش در دی‌وی‌دی‌های امروزی استفاده میشود در اینجا نیز هر فریم تصویری شامل چندین سطر از اطلاعات دیجیتالی است.
* روش MPEG ۴ از این روش برای تجهیزاتی که با انتقال سریع یا کند اطلاعات سرو کار دارند استفاده میشود. این روش توانایی جبران خطا و ارائه تصویر با کیفیت بالا را دارد. مسئله خطا و جبران آن در مورد تلفن‌های همراه و کامپیوترهای خانگی و لپ‌تاپ‌ها و شبکه‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در شبکه‌های کامپیوتری باید تصویر برای کاربرانی که از مودم‌های سریع یا کند استفاده میکنند به خوبی نمایش داده شود، در چنین حالتی روش MPEG ۴ مناسب است. از این روش در دوربینهای تلویزیونی نیز استفاده میشود. ایده اصلی این روش تقسیم یک فریم ویدئویی به یک یا چند موضوع است که مطابق قاعده خاصی کنار هم قرار میگیرند مانند درختی که از روی برگ‌های آن بتوان به شاخه تنه یا ریشه آن دست یافت. هر برگ میتواند شامل یک موضوع صوتی یا تصویری باشد. هر کدام از این اجزا به صورت مجزا و جداگانه قابل کپی و یا انتقال هستند. این تکنیک را با آموزش زبان میتوان مقایسه کرد.
همان‌طوری‌که در آموزش زبان کلمات به صورت مجزا و جداگانه قرار داده میشوند و ما با مرتب کردن آن جملات خاصی می‌سازیم و می‌توانیم در چند جمله، کلمات مشترک را فقط یکبار بنویسیم و هنگام مرتب کردن آنها به کلمات مشترک رجوع کنیم، در اینجا هم هر یک از این اجزا یک موضوع خاص را مشخص میکند و ما می‌توانیم اجزا مشترک را فقط یکبار به کار ببریم و هنگام ساختن موضوع به آنها رجوع کنیم. هر یک از موضوعات هم میتوانند با موضوعات دیگر ترکیب و مجموعه جدیدی را بوجود آورند. این مسئله باعث انعطاف‌پذیری و کاربرد فراوان روش MPEG۴ میشود. برای مثال به صحنه بازی تنیس توجه کنید. در یک بازی تنیس میتوان صحنه را به دو موضوع بازیکن و زمین بازی تقسیم کرد زمین بازی همواره ثابت است بنا بر این بعنوان یک موضوع ثابت همواره تکرار میشود ولی بازیکن همواره در حال حرکت است و چندین موضوع مختلف خواهد بود. این مسئله سبب کاهش پهنای باند اشغالی توسط تصاویر دیجیتالی میشود. توجه داشته باشید که علاوه بر سیگنال‌های مربوط به این موضوعات سیگنال‌های هماهنگ کننده‌ای هم وجود دارند که نحوه ترکیب و قرارگیری صحیح موضوعات را مشخص میکند.
تصاویر رقومی(دیجیتالی): تصاویر سنجش شده که از تعداد زیادی مربعات کوچک(پیکسل) تشکیل شده‌اند. هر پیکسل دارای یک شماره رقمی(Digital Number) میباشد که بیانگر مقدار روشنایی آن پیکسل است. به این نوع تصاویر، تصاویر رستری هم میگویند.تصاویر رستری دارای سطر و ستون میاشند.
مقادیر پیکسلها: مقدار انرژی مغناطیسی که یک تصویر رقومی به هنگام تصویر برداری کسب میکند، رقم‌های دوتایی(Digit binary) یا بیت ها(Bits) را تشکیل میدهند که از قوه صفر تا ۲ ارزش گذاری شده‌است.هر بیت، توان یک به قوه ۲ (۱بیت=۲۱)میباشد. حداکثر تعداد روشنایی بستگی به تعداد بیت‌ها دارد. بنابراین ۸ بیت یعنی ۲۵۶ شماره رقومی که دامنه‌ای از ۰ تا ۲۵۵ دارد.به همین دلیل است که وقتی شما تصویر رستری از گیرنده خاصی مانند TM را وارد [[نرم افزار]]ی میکنید تغییرات میزان روشنایی را بین ۰ تا ۲۵۵ نشان میدهد.
دقت تصویر: دقت تصویر بستگی به شماره پیکسلها دارد.با یک تصویر ۲ بیتی، حداکثر دامنه روشنایی ۲۲ یعنی ۴ میباشد که دامنه آن از ۰ تا ۳ تغییر میکند.در این حالت تصویر دقت (تفکیک پذیری لازم) را ندارد.تصویر ۸ بیتی حداکثر دامنه ۲۵۶ دارد و تغییرات آن بین ۰ تا ۲۵۵ است.که دقت بالاتری دارد
کاربرد پردازش تصویر در زمینه‌های مختلف: امروزه با پیشرفت سیستمهای تصویر برداری و الگوریتمهای پردازش تصویر شاخه جدیدی در کنترل کیفیت و ابزار دقیق به وجود آمده‌است.و هر روز شاهد عرضه سیستمهای تصویری پیشرفته برای سنجش اندازه، کالیبراسیون، کنترل اتصالات مکانیکی، افزایش کیفیت تولیدو……..هستیم.
اتوماسیون صنعتی: با استفاده از تکنیکهای پردازش تصویر میتوان دگرگونی اساسی در خطوط تولید ایجاد کرد. بسیاری از پروسه‌های صنعتی که تا چند دهه پیش پیاده سازیشان دور از انتظار بود، هم اکنون با بهرگیری از پردازش هوشمند تصاویر به مرحله عمل رسیده‌اند. از جمله منافع کاربرد پردازش تصویر به شرح زیر است.
* افزایش سرعت و کیفیت تولی * کاهش ضایعات * اصلاح روند تولید * گسترش کنترل کیفیت
کالیبراسیون و ابزار دقیق: اندازه گیری دقیق و سنجش فواصل کوچک یکی از دقدقه‌های اصلی در صنایع حساس میباشد.دوربینهای با کیفیت امکان کالیبراسیون با دقت بسیار بالا در حد میکرون را فراهم آورده‌اند.
حمل و نقل: * تشخیص شماره پلاک خودرو * نرم افزار شمارش خودروهای عبوری از عرض خیابان
بی شک یکی از مؤثر ترین مولفه‌ها در مدیریت و برنامه ریزی دسترسی به آمار دقیق میباشد. درصورت وجود آمار دقیق و سریع میتوان از روشهای کنترل بهینه استفاده کرد و بهره وری را افزایش داد. به عنوان مثال اگر آمار دقیقی از میزان مصرف یک محصول غذایی وجود داشته باشد با برنامه ریزی مناسب میتوان زمینه تولید و عرضه اصولی آن را فراهم کرد. لذا احتمال نابسامانی در بازار و متضرر شدن کشاورز و مصرف کننده کاهش می‌یابد. چنان که بیان شد مهمترین فاکتور در برنامه ریزی دسترسی به آمار مناسب است اما تهیه آمار فرایند پیچیده و وقت گیر است و معمولا هزینه زیادی را در بر دارد. به عنوان مثال به دلایلی از جمله کنترل ترافیک یا کنترل میزان روشنایی خیابان باید خودروهای عبوری از خیابان شمارش شوند. این کار اگر به صورت دستی یا انسانی انجام شود، هزینه زیادی نیاز دارد، امکان سهل انگاری انسانی نیز وجود دارد پس استفاده از یک دستگاه مناسب که توانایی شمارش خودروهای عبوری را داشته باشد تنها گزینه ممکن است. با توجه به نیاز فوق نرم افزاری تهیه شده‌است که با استفاده از تصاویر گرفته شده از عرض خیابان خودروهای عبوری را تشخیص میدهد و تعداد آنها را شمارش میکند. این نرم افزار امکان استفاده در روز یا شب را دارا میباشد.
هنگامی که داده های سنجش از دور به فرمت رقومی(Digital) باشند،میتوان با استفاده از کامپیوتر ،پردازش و تجزیه و تحلیل های رقومیانجام داد.این پردازش برای افزایش کیفیت داده ها و تفسیر های چشمی انجام میگیرد.همچنین میتوان موضوع یا اطلاعات به خصوصی را از تصویر به دست آورد که همگی به صورت خودکار توسط کامپیوتر انجام میگیرد.
تصاویر آنالوگ: تصاویری مانند عکس های هوایی که توسط سیستم هایعکس برداری (دوربین) به دست میآیند.از آنجایی که در این عکس ها از فیلم عکاسیاستفاده شده است،پس هیچ پردازشی نیاز ندارد.
تصویر آنالوگ (عکس هوایی که نیاز به اصلاح و پردازش ندارد)
تصاویر رقومی(دیجیتالی): تصاویر سنجش شده که از تعداد زیادی مربعات کوچک(پیکسل) تشکیل شده اند.هر پیکسل دارای یک شماره رقمی(Digital Number) میباشد که بیانگر میزان روشنایی آن پیکسل است. به این نوع تصاویر ، تصاویر رستری هم میگویند.تصاویر رستری دارای سطر وستون میاشند.
تصویر بالا(رقومی) .پایین و سمت چپ(پیکسلها).سمت راست و پایین(شماره های هر پیکسلDNِ)
مقادیر پیکسلها: مقدار انرژی مغناطیسی که یک تصویر رقومی به هنگام تصویر برداری کسب میکند،رقم های دوتایی(Digit binary) یا بیت ها(Bits) را تشکیل میدهند که از قوه صفر تا ۲ ارزش گذاری شده است.هر بیت ، توان یک به قوه ۲ (۱بیت=۲۱)میباشد. حداکثر تعداد روشنایی بستگی به تعداد بیت ها دارد. بنابراین ۸ بیت یعنی ۲۵۶ شماره رقومی که دامنه ای از ۰ تا ۲۵۵ دارد.به همین دلیل است که وقتی شما تصویر رستری از سنجنده خاصی مانند TM را وارد نرمافزاری میکنید تغییرات میزان روشنایی را بین ۰ تا ۲۵۵ نشان میدهد.
دقت تصویر: دقت تصویر بستگی به عدد پیکسل ها دارد.با یک تصویر ۲ بیتی ، حداکثر دامنه روشنایی ۲۲ یعنی ۴ میباشد که دامنه آن از ۰ تا ۳ تغییر میکند.در این حالت تصویر دقت (تفکیک پذیری لازم) را ندارد.تصویر ۸ بیتی حداکثر دامنه ۲۵۶ دارد و تغییرات آن بین ۰ تا ۲۵۵ است .که دقت بالاتری دارد.
دقت تصویر ۳ بیتی دقت تصویر ۸ بیتی
ترمیم تصویر(Image restoration): در بیشتر تصاویری که توسط ماهواره ها یا رادار ها ثبت میگردند ، اختلالاتی در تصویر به وجود میاید که به دلیل خش میباشد.دو اختلال مهم در تصاویر چند باندی ، نواری شدن (Banding) و خطوط از جاافتاده میباشد.نواری شدن(باندی شدن): اشتباهی که توسط سنجنده ، در ثبت و انتقال داده ها روی میدهد.و یا تغییر پیکسل در بین ردیف ها میتواند باعث ایجاد چنین اشتباهی گردد.خطوط از جا افتاده ( خطا در تصویر) : اشتباهی که در ثبت و انتقال داده ها روی میدهد و در نتیجه، یک ردیف پیکسل در عکساز بین میرود.باندی شدننبود یک ردیف پیکسل در تصویر
بالا بردن دقت عکس: یکی از کار های مهمی که در پردازش تصویر انجام میگردد، بالا بردن دقت عکس به منظور دید و تفسیر چشمی دقیق تر میباشد.روش های بسیاری برای نیل به این هدف وجود دارد ولی مهمترین آنها ، افزایش تباین(Contrast) تصویر و عملیات فیلتر کردن میباشد.هیستوگرام تصویر: در هر تصویر رقومی ، مقادیر پیکسل ها بیانگر خصوصیات آن تصویر(مانند میزان روشنایی تصویر و وضوح آن) میباشد.هیستوگرام تصویر در حقیقت بیان گرافیکی میزان روشنایی تصویر میباشد. مقادیر روشنایی( برای مثال ۰-۲۵۵) در طول محور X بیان شده و میزان فراوانی هر مقدار در محور Y بیان میگردد. تصویر ۸ بیتی(۰-۲۵۵) در بالا و هیستوگرام مقادیر پیکسل تصویر در پایین . محور افقی بین ۰-۲۵۵ و محور قائم ، تعداد پیکسل ها میباشد.افزایش تباین از طریق امتداد اعداد ( DN) پیکسلها : معمولا دامنه مقادیر پیکسل های تصاویر با هر بیتی ( در اینجا مثلا ۸ بیت)، بین ۰-۲۵۵ نمیباشد .و مثلا بین ۴۸ تا ۱۵۳ میباشد . برای افزایش تباین ، مقادیر پیکسل ها را آنقدر امتداد میدهیم تا ۴۸ به جای ۰ و ۱۵۳ به جای ۲۵۶ قرار گیرد . در نتیجه تباین وهمچنین کیفیت عکس بالا میرود. به این عمل کشش خطی گویند.
![[عکس: analogpic.gif]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/analogpic.gif)
![[عکس: pixel.gif]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/pixel.gif){kind=tracking}
![[عکس: 2bit.gif]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/2bit.gif)
![[عکس: 8bit.jpg]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/8bit.jpg)
![[عکس: strip.jpg]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/strip.jpg)
![[عکس: noise.jpg]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/noise.jpg)
![[عکس: hstogram.gif]](https://hosting.soonet.ca/eliris/remotesensing/LectureImages/hstogram.gif)