Машины обретают зрение

Июньская конференция VISION Russia 2015 была посвящена новой высокотехнологичной индустрии машинного зрения и возможностям использования ее достижений для нужд промышленности и бизнеса. В настоящее время на рынке машинного зрения и оптики появилось много активных игроков, но сам рынок еще только формируется и нуждается в экспертизе и ноу-хау мировых лидеров в этой области.

На конференции и выставке VISION Russia 2015, прошедшей в июне в московском Экспоцентре при поддержке Европейской ассоциации по машинному зрению (EMVA), можно было познакомиться с многообразием применений технологий машинного зрения. Эта единственная в России специализированная выставка машинного зрения проводится второй год. Она нацелена на создание условий для взаимодействия международных и отечественных коммерческих и государственных организаций.

Система промышленного зрения Compact Vision System компании National Instruments (по данным «Остек-Электро»)

Как считают эксперты, обновление промышленной инфраструктуры и расширение спектра приложений с учетом нужд государства и частного бизнеса приведут к росту рынка систем и технологий машинного зрения. Поэтому сейчас самое время объединить усилия российских и международных компаний, государственных и научно-исследовательских предприятий и институтов для развития российской индустрии машинного зрения.

На VISION Russia были продемонстрированы новые продукты и достижения в сфере машинного зрения для промышленного и непромышленного применения, а также прикладные решения и услуги. На той же площадке, где была развернута выставка, проходил форум по микроэлектронике и нанотехнологиям SEMICON Russia, собравший специалистов электронной и полупроводниковой промышленности. В числе участников VISION — компании Basler, Baumer Optronic, дистрибьюторы National Instruments, «ВиТэк», Opto Engineering, «Остек-Электро», НПК «Геоматика», Euresys. Генеральным партнером проекта выступило немецкое выставочное общество Messe Stuttgart.

Построение системы машинного зрения с применением отдельных компонентов и средств разработки позволяет создавать более гибкие и многофункциональные решения, чем при использовании готовых продуктов (по данным компании «ВиТэк»)

КАКИЕ ЗАДАЧИ РЕШАЕТ МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ?

Производители, российские и зарубежные эксперты, интеграторы, работающие в области машинного зрения, рассказали о практическом применении соответствующих технологий, систем и компонентов для решения задач, стоящих перед промышленными предприятиями. Посетители форума могли познакомиться также с разнообразными непромышленными приложениями машинного зрения в таких сферах, как безопасность, видеонаблюдение, транспорт, логистика и перевозки, спорт и ретейл.

В компании «Остек-Электро» к основным областям применения машинного зрения относят контроль качества продукции, мониторинг и идентификацию объектов, управление технологическими процессами. Современное ПО для машинного зрения реализует сотни алгоритмов обработки, обеспечивает обмен данными с промышленными ПЛК и ПК, осуществляет отображение результатов и поддерживает принятие решений на основе данных инспекции.

Одна из разновидностей продуктов машинного зрения — семейство мобильных лазерных сканеров (лидаров) Velodyne. Такие решения могут применяться, например, в робототехнике (по данным компании «Геоматика»)

Машинное зрение обычно применяется для управления качеством, при учете сырья и материалов и для контроля за их движением, что в конечном счете способствует сокращению расходов и увеличению объемов производства, уточняют в компании «ВиТэк». Оно обеспечивает ускоренное проведение инспекций и повышение их качества, исключая при этом человеческий фактор: визуальный контроль заменяется на более эффективную систему машинного зрения. Причем автоматический контроль можно внедрять на всех этапах производства — как известно, чем раньше выявляется дефект, тем дешевле обходится его исправление.

Компоненты системы машинного зрения (по данным компании «ВиТэк»)

Система машинного зрения позволяет увеличить количество контролируемых параметров, проводить проверку очень мелких деталей, вести статистику отклонений от нормы для оптимизации процесса, измерять геометрию и объемы объектов сложных форм, осуществлять контроль маркировки или подсчет изделий с заданными характеристиками. В результате удается выявить брак на ранних стадиях, обеспечить гарантированное качество продукции, сократить простои и оптимизировать производство на основании статистических данных. Качество можно не только контролировать, но и управлять им. Полученные численные значения и статистические данные упрощают диагностику и устранение проблем, учет и контроль, подсчет и сортировку изделий.

Участники проходивших в рамках форума семинаров получили полезную информацию о технологических преимуществах машинного зрения для решения задач по контролю количества, качества, размеров, комплектности, упаковки, идентификации и маркировки продукции, а также по управлению роботами, машинами и механизмами.

КОМПОНЕНТНАЯ БАЗА СИСТЕМ МАШИННОГО ЗРЕНИЯ

В рамках секции «Современные технологии машинного зрения: мощнее и доступнее» Максим Сорока, генеральный директор компании «ВиТэк», рассказал о современных компьютерных платформах для систем машинного зрения, наиболее популярных при универсальных применениях процессорах ARM и x86, а также о возможностях использования новейших поколений процессоров, выпускаемых компаниями NVIDIA, Intel, Samsung и Broadcom, в решении задач захвата и обработки изображений.

Оптика для систем машинного зрения: плоский телецентрический объектив и осветитель. Серия TC4K — техническое решение Opto Engineering для установок с пространственными ограничениями. Оно предусматривает возможность использования дополнительных аксессуаров для решения самых сложных задач, например для измерения металлических деталей

Системы машинного зрения различаются по стоимости и сложности, а вычислительный модуль и камера могут быть совмещены или разделены. Смарт-системы наделяются «интеллектом» — например, могут подсчитывать количество изделий.

В этих системах применяются разные типы процессоров: DSP, FPGA (или программируемые логические контроллеры, ПЛК), х86 или ARM, а также комбинированные варианты. К последним относятся DSP+ARM (например, TI KeyStone Multicore DSP), FPGA + ARM (XILINX Zynq), х86 + GPU (Intel, AMD), ARM + GPU (NVIDEA, Samsung, QUALCOMM и др.). По сумме потребительских свойств специалисты «ВиТэк» самую высокую оценку дают процессорам DSP, а также ARM в сочетании с графическими процессорами GPU. В компании Baumer Optronic привлекательным решением для предварительной обработки изображений считаются FPGA-камеры. Технология FPGA позволяет программировать такие камеры для различных прикладных задач.

Платформа для разработки приложений с использованием бинокулярного технического зрения (по данным компании Watcom)

Одна из интересных разработок, представленных на форуме, — модуль бинокулярного технического зрения российской компании Watcom. Он предлагается в двух вариантах — на базе FPGA Spartan-3E Xilinx или с ARM Cortex M4. Модуль DM642-EVM-1 представляет собой автономную платформу, предназначенную для обработки видео, передаваемого двумя независимыми видеодатчиками. Помимо возможности создания приложений для обработки видеосигнала, поступающего по двум независимым каналам, он позволяет комбинировать алгоритмы обработки данных с использованием сигнального процессора с алгоритмами на базе матрицы FPGA. В результате удалось значительно увеличить производительность модуля за счет перераспределения ресурсоемких задач.

Возможные области применения данного продукта включают в себя управление техническими устройствами при помощи жестов, восстановление траектории движения спортсмена, реконструкцию объектов, снятых с различного ракурса, детектирование препятствий, подсчет пассажиров на транспорте и посетителей в выделенных зонах, обеспечение трехмерного зрения роботов и их пространственной ориентации, построение траектории движения.

ОПТИКА — ЗАЛОГ УСПЕХА

Например, на высокоскоростных производственных линиях можно использовать бителецентрический объектив с коллимированным осветителем. Получаемое с его помощью четкое изображение по краям объекта упрощает проведение точных измерений и выявление дефектов. Катадиоптрический объектив дает полное (3600) изображение небольших объектов. Его можно легко интегрировать практически в любую систему, использовать для контроля цвета, проверки точности резьбы пластиковых бутылок, герметизации фиалов и т. п.

Специальная оптика используется и при производстве тонких и длинных объектов, например медицинских шприцев. Существующие системы обеспечивают возможность осмотра внешней и внутренней поверхности объекта в одном изображении высокого разрешения. При решении некоторых задач макрообъективы заменяют микроскопы, позволяя измерять объекты с микронной точностью. В одной системе зачастую применяется несколько камер машинного зрения.

FPGA-камеры компании Baumer Optronic находят широкое применение в различных промышленных приложениях

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конференция подтвердила растущий спрос на технологии машинного зрения со стороны российских и зарубежных предприятий, ориентированных на модернизацию производства в соответствии с передовыми стандартами качества. Системы машинного зрения призваны повысить качество продукции, обеспечить учет и контроль, сократить издержки. По признанию ведущих игроков отрасли, несмотря на то что рынок машинного зрения в России находится только в начале своего пути, он уже сейчас демонстрирует хорошие темпы роста и, вопреки сложным экономическим условиям, обладает высоким потенциалом для промышленного и непромышленного применения.