انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

نوشته شده توسط moshaveranetehran.net   
دسته: انجام پایان نامه | مقالات
نمایش از پنج شنبه, 13 خرداد 1395 07:59
بازدید: 183

فهرست مطالب

فصل اول:

آشنايي با ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي

1 كليات

1ـ1 بينايي و اتوماسيون كارخانه

2ـ1 بينايي انسان در مقابل بينايي ماشين

3ـ1  پارامترهاي مقايسه اي

    1ـ3ـ1 تطبيق پذيري

    2ـ3ـ1 تصميم گيري

    3ـ3ـ1 كيفيت اندازه گيري

    4ـ3ـ1 سرعت واكنش

    5ـ3ـ1 طيف موج واكنش

    6ـ3ـ1 توانايي درك صحنههاي دو بعدي و سه بعدي

    7ـ3ـ1 خلاصة‌مقايسه

4ـ1 توجيه اقتصادي

فصل دوم

سيستم بينايي و كنترل

2 كليات سيستم

1ـ2 تصويرگيري

فهرست مطالب

1ـ1ـ2 نورپردازي

2ـ1ـ2 تشكيل تصوير و متمركز نمودن آن

3ـ1ـ2 شناسايي تصوير

2ـ2 پردازش

3ـ2 خروجي يا نمايش داده هاي تصويري

فصل سوم

پردازاش تصوير

3 مقدمه

     1ـ3 پيكسل

     2ـ3 پنجره

     3ـ3 مكان پيكسل

4ـ3 مكان پيكسل

5ـ3 خطاي كوانتايز كردن

    1ـ5ـ3 خطاي اندازه گيري

6ـ3 هيستوگرام

    1ـ6ـ3 ايجاد هيستوگرام

    2ـ6ـ3 مشخصات

7ـ3 سيستمهاي رنگي  CMYB و RGB

 
   

موسسه آموزش عالي شمال

موضوع:

سيستم هاي كنترل بينا

استاد راهنما:

جناب آقاي مهندس وحيدي

گردآورندگان:

فرزاد عزيزخاني ـ سعيد شكيب
سال تحصيلي : 84 ـ‌1383

تقديم به  استاد وحيدي

  كه آموخت چطور بياموزيم

 

 

فصل اول

آشنايي با ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي


1ـ كليات

تكنولوژي ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي شامل فرآيندهايي است كه نيازمند بكارگيري علوم مختلف مهندسي و نرم افزاري كامپيوتر مي باشد. اين فرآيند را مي توان به چند دسته اصلي تقسيم نمود:

1ـ ايجاد تصوير به شكل ديجيتالي

2ـ بكارگيري تكنيكهاي كامپيوتري جهت پردازش و يا اصلاح داده هاي تصويري

3ـ بررسي و استفاده از نتايج پردازيش براي اهدافي چون هدايت ربات يا كنترل نمودن تجهيزات خودكار، كنترل كيفيت يك فرآيند توليدي، يا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزيه و تحليل آماري در يك سيستم توليدي كامپيوتري (MAC).

قبل از آنكه بتوان هر يك از بخشهاي خاص اين تكنولوژي را بطور تخصصي بررسي نمود. مي بايستي آشنايي كلي با هر يك از اجزاء سيستم پيدا كرد و از اثرات هر بخش بر روي بخش ديگر مطلع بود. ماشين بينايي و تصويربرداري ديجيتالي از موضوعاتي است كه در آينده نزديك تلاش و تحقق بسياري از متخصصان را بخود اختصاص خواهد داد.

در طي سه دهة گذشته تكنولوژي بينايي كامپيوتري بطور پراكنده در صنايع فضايي، نظامي و بطور محدود در صنعت بكار برده شده است. جديد بودن تكنولوژي نبودن سيستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصين اين رشته باعث شده است تا اين تكنولوژي بطور گسترده استفاده نشود. تا مدتي قبل از دوربين ها و سنسورها استفاده شده معمولاً بصورت سفارشي و مخصوص ساخته مي شدند  تا بتوانند براي منظور خاصي مورد استفاده قرار گيرند. همچنين فرآيند ساخت مدارهاي مجتمع بسيار بزرگ (VLSI ) آنقدر پيشرفت نكرده بود تا سنسورهاي حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود.

استفاده از سنسورهاي ذكر شده مستلزم اين بود كه نرم افزار ويژه اي براي آن تهيه شود و معمولاً اين نرم افزارها نيز نياز به كامپيوترهايي با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه اين مطالب مهندسين مجبور بودند كه آموزشهاي لازم را پس از فراغت از تحصيل فراگيرند. زيرا درس ماشين بينايي در سطح آموزشهاي متداول مهندسي ( ليسانس) در دانشگاهها و به شكل كلاسيك ارائه نمي شد.

تكنولوژي ماشين بينايي در دهة آينده تاثير مهمي بر تمامي كارهاي صنعتي خواهد گذاشت كه دليل آن پيشرفتهاي تكنولوژي اخير در زمينه هاي مرتبط با ماشين بينايي است و اين پيشرفتها در حدي است كه از اين تكنولوژي هم اكنون حياتي مي باشد.

بطور كلي سه شرط ضروري براي فراگير شدن يك تكنولوژي جديد عبارت است از :

1ـ وجود سخت افزار اعتماد با قيمت معقول

2ـ وجود متخصصيني كه دانش سخت افزاري و نرم افزاري را در بكارگيري تكنولوژي داشته باشند.

3ـ وجود نياز يا بروز مشكلي كه نيازمند حل باشد.

امروزه تمامي اين شرايط در مورد تكنولوژي ماشين بينايي صادق است. سنسورهاي حالت جامد و كامپيوترهاي شخصي امروزي به عنوان ابزارهاي كارآمد، مطمئن و ارزان براي پردازش تصوير و تصميم گيري درباره آن موجود مي باشد. دانشگاهها ( در امريكا) به تعداد كافي مهندسيني را تربيت مي‌كنند كه دانش و مهارت كافي در زمينه ماشين بينايي را دارند و بالاخره به دليل حفظ استانداردها در سطح ملي نياز به افزايش بهره‌وري و بهبود كيفيت در امريكا وجود دارد. علاوه بر اين، بدليل مسائلي از قبيل نياز به بررسي دعاوي صنعتي و نياز به داشتن اطلاعات كامل از محصول در مراحل مختلف بطوريكه دسترسي به آن مقتدر باشد صنايع توليدي را وادار مي كند تا فرآيند جمع آوري و ذخيرة اطلاعات مربوط به محصول در مراحل مختلف توليد را خودكار نمايند.

در گذشته بسياري از فرآيندهاي توليد بر اساس بكارگيري نيروي انساني و بينايي وي طراحي شده اند. در اين سيستمها بينايي انسان به عنوان جزء لاينفك تواناييهاي فرآيند بوده است. ورود رباتها به كارخانجات و حذف نيروي انساني، ضرورت اضافه نمودن بينايي مصنوعي به سيستم را ايجاب مي نمايد. جهت بررسي موضوع نياز به بكارگيري ماشين بينايي بجاي بينايي انسان لازم است تا مطالعه دقيق تري صورت گيرد و تواناييهاي اين دو با هم مقايسه گردند.

 

1ـ1ـ بينايي و اتوماسيون كارخانه

وظايف اساسي كه مي تواند توسط سيستمهاي ماشين بينايي انجام گيرد شامل سه دسته اصلي است:

1ـ كنترل

2ـ بازرسي

3ـ ورود داده

كنترل در ساده ترين شكل آن مرتبط با تعيين موقعيت و  ايجاد دستورات مناسب مي باشد تا يك مكانيزم را تحريك نموده و يا عمل خاصي صورت گيرد. هدايت نقاله هاي هدايت شونده خودكار(AGV’s ) در عمليات انتقال مواد در يك كارخانه، هدايت مشعل جوشكاري در امتداد يك  شيار يا لبه، يا انتخاب يك سطح بخصوص براي انجام عمليات رنگ پاشي، توسط ربات، مثالهايي از بكارگيري ماشين بينايي در كنترل مي باشند.

كاربردهاي ماشين بينايي در بازرسي مرتبط با تعيين برخي پارامترها مي‌باشد.

ابعاد مكانيكي و هم چنين شل آن، كيفيت سطوح، تعداد سوراخها در يك قطعه، وجود و يا عدم وجود يك ويژگي يا يك قطعه در محل خاص از جمله پارامترهايي هستند كه توسط ماشين بينايي ممكن است بازرسي شوند. عمل اندازه گيري توسط ماشين بينايي كم  و بيش مشابه بكارگيري روشهاي سنتي استفاده از قيدها و سنجه هاي مخصوص و مقايسه ابعاد مي باشد. ساير عمليات بازرسي بجز موارد اندازه گيري شامل مواردي چون كنترل وجود بر چسب بر روي محصول ( داروئي، غذايي، . . . ) بررسي رنگ قطعه، وجود مواد خارجي در محصولات غذايي نيز با تكنيكهاي خاص انجام مي گيرد:

كار بازرسي ممكن است حتي شامل مشخص نمودن خواص يا ويژگيهاي الكتريكي يك محصول گردد. با مشاهدة خروجي اندازه گيري هاي الكتريكي مي‌توان صحت عملكرد محصولات الكتريكي را بازرسي نمود. هر چند كه در چنين مواردي چنانچه سيستم بينايي كار ديگري بجز مورد ذكر شده انجام ندهد. معمولاً روش ساده تر و مقرون به صرفه تر بدين صورت خواهد بود كه كار بازرسي فوق توسط يك ريز پردازنده و ابزارهاي مربوطه انجام گيرد.

اطلاعات مربوط به كيفيت محصول و يا مواد و همچنين تعقيب فرآيند توليد را مي توان توسط ماشين بينايي گرفته و در بانك اطلاعاتي سيستم توليد كامپيوتري جامع بطور خودكار وارد نمود. اين روش ورود اطلاعات بسيار دقيق و قابل اعتماد است كه دليل آن حذف نيروي انساني از چرخة مزبور مي باشد. علاوه بر اين، ورود اطلاعات بسيار مقرون به صرفه خواهد بود چرا كه اطلاعات بلافاصله پس از بازرسي و به عنوان بخشي، از ان جمع آوري و منتقل است منحصر به يك سيستم پيچيدگي سيستمهاي بينايي متفاوت مي باشد. اين سيستمها ممكن است منحصر به يك سيستم باركدينگ  معمولي كه براي مشخص نمودن نوع محصول جهت كنترل موجودي بكار مي رود. تشكيل شده باشد يا ممكن است متشكل از يك سيستم بينايي صنعتي كامل براي اهدافي چون كنترل كيفيت محصول باشد.

 

2ـ1ـ بينايي انسان در مقابل بينايي ماشين

نقش بينايي انسان در يك سيستم اتوماسيون صنعتي بسيار پيچيده بوده و نمي توان آن را به عنوان يك سيستم جدا كه داراي نقش جداگانه اي است،‌در نظر گرفت. سيستم بينايي انسان به عنوان جزئي از يك مجموعه بوده و داراي تاثيرات متقابل بر روي ساير سنسورها مي‌باشد. ميزان وابستگي بينايي به ساير سنسورهاي بدن مختلف بوده و بستگي به هوشمندي فرد و همچنين سيگنالهاي دريافت شده از ساير سنسورهاي بدن دارد.

علاوه بر اين، حلقه هاي بازخور پيچيده پاسخهاي تطبيقي، و پردازش سيگنالها در سطوح مختلف در بخشهاي مختلف بدن وجود دارند. به عنوان مثال مردمك چشم انسان در مقابل ورود پرتوهايي با مشخصات ويژه حساس مي باشد.

خستگي در افراد، بيماري، ميزان آموزش و دانش آنها در ميزان كارآيي بينايي انسان تاثير مي گذارند. اين تاثيرها معمولاً بگونه اي است كه مقدار آن براحتي قابل اندازه گيري نيست.

لذا معمولاً اندازه گيري مقايسه اي بر اساس ميزان دستيابي به هدف تعيين شده صورت مي گيرد.

 

3ـ1ـ پارامترهاي مقايسه اي

در اين قسمت ماشين بينايي بر اساس وظايفي كه انجام مي دهد و پارامترهاي وابسته به آن در ارتباط با فرايندهاي صنعتي يا توليدي يا بينايي انسان مقايسه خواهد شد نظر به اينكه مقايسه تمامي وظايف بسيار مفصل خواهد بود، به بررسي بخش محدودي از نقشهايي كه اهميت بيشتري در كاربردهاي صنعتي دارند پرداخته مي شود.

تطبيق پذيري

تصميم گيري

كيفيت اندازه گيري

توانايي بررسي صحنه هاي دو و سه بعدي

توجيه اقتصادي

عامل مهم در استفاده از ماشين بينايي در مقايسه با بكارگيري نيروي انساني افزايش توانمندي و بهبود كارايي مي باشد. توجه خاص به آن دسته از كارآئيهاي ماشين بينايي كه خارج از توان بينايي انساني مي‌باشد. مي تواند بيانگر توجيه استفاده از ماشين بينايي در فرآيندهاي توليدي باشد.

 

1ـ3ـ1ـ تطبيق پذيري

توانايي سيستم در تنظيم تغيير و اصلاح خودكار عملياتش مطابق با پارامترهاي  محيط در جهت رسيدن به هدف مطلوب را تطبيق پذيري سيستم گويند.به عنوان مثال وقتي كه شيئي مورد بازرسي قرار مي‌گيرد و يا بازرسي اوليه نمي توان قضاوت كاملي انجام داد. توانايي در تصميم گيري و اجراي يك مشاهدة ثانوي دقيق تر را مي توان تطبيق پذيري فرد با شرايط ناميد.

تواناييهاي سيستم ماشين بينايي تغيير پذير نيستند. اين تواناييها با توجه به سخت افزار و نرم افزار بكار رفته در سيستم مي باشند. سيستم ماشين بينايي پس از تنظيمات اوليه عمل ديدن را با دقت مشخص و ثابتي تكرار مي كند. اين سيستمها به دليل اينكه مي توانند براي شرايط مختلف اندازه گيري تنظيم مي شوند، تطبيق پذير هستند.

بينايي انسان از نظر اينكه مي تواند تصاوير را از زواياي مختلف ديده و با وجود مانع برسر راه ديد از يك زاويه مشخص قادر به تشخيص شيء باشد و هم چنين به دليل اين كه مي تواند شيء را در صورت نياز با بزرگنمائيهاي متفاوت و با جزئيات متفاوت مشاهده كند، بسيار تطبيق پذيرتر مي باشد. سيستم بينايي انساني يك سيستم پويا است كه ميزان توانايي آن به مشخصات فيزيكي چشم و هم چنين هوشمندي فرد بستگي دارد. اين موضوع در شكل 1ـ1 نمايش داده شده است:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 1ـ1 سيستم بينائي انسان

هوشمندي به عوامل متعددي كه قابل اندازه گيري نيستند نيز، بستگي دارد. برخي از اين عوامل عبارتند از بادگيري، توانايي بررسي روابط حاكم بريك مجموعه و درك موضوعات انسان اين فرايند ها را بطور خودكار انجام مي دهد و توانايي بادگيري آنرا از طريق سعي و خطا بدون نياز به برنامه ريزي قبلي دارد.

نياز به اغلب فرآيندهاي توليد ثابت و بسيار محدود بوده كه نوع محصول و فرايند، نوع و ميزان نياز را مشخص مي كند، از آنجائيكه هزينه هاي توليد ارتباط مستقيم با محدودة كيفيت محصول دارد، بسيار مطلوب خواهد بود تا بتوان محصولاتي با  كيفيت مشخص و در حد لازم ( داراي محدوده تعريف شده معين) و با درجه اطمينان معلوم توليد نمود.

خاصيت تطبيق ناپذيري و ماشين بينايي ممكن است به عنوان يك مزيت آن در برخي از كاربردهاي صنعتي مطرح شود چرا كه ماشين بينايي، اندازه گيري و قضاوتي يكسان و بدون تغيير را براي فرآيند هاي مشابه در خطوط توليد حاصل خواهد نمود و در نتيجه محصولاتي با كيفيت يكنواخت ارائه خواهند شد.

بطور خلاصه، بينايي انسان بسيار تطبيق پذيرتر از سيستم ماشين بينايي است. اين تطبيق پذيري بينايي انساني منتج از وجود مغز هوشمند انسان در چرخة فرآيند ديدن است.

بطوريكه مغز در صورت نياز دستور تغييرات و اطلاحات لازم را در شرايط ديدن صادر مي كند. تطبيق پذيري يك سيستم بينايي در مراحل اوليه ايجاد يك سيستم بسيار مفيد است چرا كه در هنگام ايجاد يك سيستم جديدي مقادير پارامترهاي آن سيستم ما معلوم مي باشند.

 

2ـ3ـ1ـ تصميم گيري

در هر كاربرد خودكار صنعتي كه در آن سيستم بينايي بكار گرفته شده است حداقل در يك مرحله آن تصميم گيري وجود دارد. تصميم گيري ممكن است بر اساس مقادير پارامترهايي باشد كه بگونه اي مرتبط با پارامترهاي مورد اندازه گيري هستند.

سيستم بينايي انسان قادر به درك و تفسير صحنه ها مي باشد و مي‌تواند در هنگام بازرسي بر اساس مشخصاتي از قبيل رنگ، شكل ، بو و موارد مشابه، قضاوتهاي صحيح و قابل تمايزي بنمايد. هر چند كه تاثير عوامل رواني و عصبي مي تواند منجر به تفاسير غلطي از آنجه ديده شده است گردد. به عنوان مثال، چنانچه يك خط در مجاور اشكال متفاوتي قرار گيرد ممكن است طول آن بسته به اشكال مجاور قدري بلندتر ( يا كوتاهتر) از مقدار واقعي آن بنظر برسد.

چنانچه سيستمهاي ماشين بينايي بخواهند بمنظور قضاوت تصميم گيري مورد استفاده قرار گيرند. مي بايستي پارامترهاي مشخصي كه قابل اندازه گيري هستند. در نظر گرفته شوند. در حاليكه سيستم بينايي انسان مي تواند بر اساس عبارات نسبي شبيه عبارت روشن يا تاريك عمل نمايد، ماشين بينايي نيازمند به مقادير دقيق عددي مثل مقدار مشخصي از سطح خاكستري ( Gray Level ) در يك سيستم كه داراي تعدادي سطوح عبارتند از المانهاي نقطه مانند صفحة‌ تصوير كه تشكيل دهنده تصاوير مي باشند.

تصميم گيري ماشين بينايي بر اساس پارامترهاي واقعي يكنواخت تر از بينايي انسان است. هر چند كه مقادير غير عددي مي باشد ساده تر از ماشين بينايي مي باشد. يكنواختي عملكرد بينايي انساني بسيار وابسته به عواملي چون خستگي، عوامل محيطي و شرايط فيزيكي فرد مي‌باشد.

 

3ـ3ـ1ـ كيفيت اندازه گيري

يكنواختي نتايج ميزان دقت دو عامل مهم در كيفيت اندازه گيري هستند. در كاربردهايي كه اندازه گيري بر اساس مقادير عددي مي بايستي انجام گيرد. وضوحاً ماشين بينايي برتر از بينايي انساني است.

سيستم بينايي انسان قادر به تشخيص ده تا بيست سطح  مختلف بين رنگ سفيد و سياه كامل مي باشد و چنانچه اين رنگها در كنار هم گذاشته شوند و و بخواهند تشخيص مقايسه اي صورت گيرد.

انسان قادر به تشخيص موارد بسيار بيشتري مي باشد. استفاده از ابزارهاي كمكي نيز مي تواند تعداد سطوح قابل تشخيص را افزايش دهد. كارآيي سيستم بينايي انسان در طول يك دوره زمان بدليل عوامل چون خستگي، شرايط محيطي، حواس پرتي متغير مي باشد.

توانايي تشخيص تعداد سطوح خاكستري توسط ماشين بينايي مرتبط و محدود به تعداد بيتهاي مورد استفاده براي ذخيره عدد بيانگر اين سطوح مي باشد. يك سيستم چهار بيتي حداكثر داراي 16 سطح خاكستري خواهد بود كه اين عدد معادل بزرگترين عددي است كه توسط يك سيستم چهار بيتي مي تواند بيان شود.

براي داشتن 256 سطح خاكستري بايستي حداقل از سيستم هشت بيتي استفاده نمود. سيستمهاي 16 و 32 بيتي امكان تشكيل و تشخيص سطوح خاكستري بيشتري را فراهم مي كند ولي در حال حاضر چنين سيستمهايي كمتر بكار گرفته شده اند و اكثر خطاي تصادفي ناشي ء از خستگي يا اشتباه نيستند و عملكرد آنها در طول دوره كاركرد طولاني يكسان و ثابت است و حساسيت دوربينها براي توليد تصوير با سطوح خاكستري زياد به اندازه كافي مي باشد.


4ـ3ـ1ـ سرعت واكنش

زمان مورد نياز براي تصميم گيري توسط ماشين بينايي بستگي به اندازه ماتريس تصوير زمان پردازش لازم در كارت تصويرگير و نوع دوربين دارد.

دوربينهاي نوع لامپي كه با استاندارد RS-170 كار مي كنند تعداد 30 تصوير در ثانيه توليد مي كنند كه اين تصاوير بر روي مونيتورهاي موجود در بازار ( تلويزيون) قابل نمايش هستند.

چنانچه از استاندارد RS-170 استفاده نشود. مي توان تعداد تصوير درثانيه را پنج تا ده برابر افزايش داد. دوربينهاي حالت جامد مي تواند در زمان بسيار  كوتاه معادل ده ميكروثانيه (00001/0 ثانيه) تصويرگيري كنند. زمان لازم جهت خواندن سيگنال تصوير از سنسور، سرعت پردازش و پهناي باند سيستم دارد. با استفاده از تكنيكهاي پردازش موازي مي توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهاي موازي كاهش داد.

زمان واكنش سيستم بينايي انسان در حدود 06/0 ثانيه يا 16/1 ثانيه مي باشد. اين موضوع توسط اين حقيقت تائيد مي شود كه وقتي تصاويري با سرعت 30 عدد در ثانيه، يك صحنة متحرك را نشان مي دهند. ( مشابه آنچه در فيلمهاي تلويزيوني متداول است) چشم انسان قادر به تشخيص انقطاع بين تصاوير نيست.

سيستمهاي ماشين بينايي مورد استفاده در صنعت كه براي كنترل بر چسب روي بطريها بكا رمي رود مي تواند با سرعتي معادل 900 بطري در دقيقه يا در حدود يك بطري در 07/0 ثانيه كار كنند. البته مي توان با گرفتن تصاويري كه بيش از يك بطري را در بر مي‌گيرد. سرعت كنترل را بيش از اين نيز افزايش داد. سرعت چشم انسان براي انجام كار مشابه حداكثر 60 بطري در دقيقه مي باشد كه اين سرعت در اثر خستگي .شرايط نامساعد محيطي كاهش نيز مي يابد.

بطور خلاصه، تصويرگيري توسط ماشين بينايي تقريباً 10 برابر سرعت بينايي انسان مي باشد. اين نسبت با پيشرفت تكنولوژي  در علوم الكترونيك روبه افزايش مي باشد در حاليكه سرعت چشم انسان مقدار مشخصي است سرعت انجام فرآيند كامل توسط ماشين بينايي در حدود 15 برابر چشم انسان مي باشد:

 

5ـ3ـ1ـ واكنش طيف موج

چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رويت ( در حدود 400 ميلي ميكرون امواج الكترومغناطيس) كه طيف محدودي است. مي تواند اشياء را ببيند. دامنه، ديد از طول موج بنفش در 290 ميكرون تا طول موج قرمز در 790 ميلي ميكرون مي باشد ( شكل 2ـ1 را مشاهده كنيد).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 2ـ1 طيف امواج قابل رويت توسط سيستم بينايي انسان و ماشين.

واكنش سيستم ماشين بينايي در مقايسه باچشم انسان بسيار وسيع تر بوده ( درحدود 100000ميلي ميكرون) و دامنه از پرتو گاما و x در مطنقه طول موج كوتاه شروع شده و تا طول موج مادون قرمز درقسمت طول موجهاي قرمز مي تواند بااطلاعات تصويري و در طول موج نور قابل رويت تلفيق شود و منبع انرژي حرارتي را در يك فرآيند توليد صنعتي مشخص نمايد. استفاده از دوربينهاي مادون قرمز در تشخيص نشر حرارت بدليل نا مناسب بودن عايق بندي حرارتي يك كوره يا حرارت حاصل از اصطكاك در ياتاقانها از جمله مثالهاي كاربردي در صنعت مي باشند كه در عمل باآن مواجه هستيم.

توانايي چشم انسان در تشخيص رنگها پيچيده بوده و در هنگام تشخيص مولفه هاي آن بطور مجزا در نظر گرفته نمي شوند. در عوض، ميانگين انرژي در طول موجهاي مختلف مورد استفاده قرار گرفته و رنگ ديده شده يكي از طول موجهاي ما بين آنها مي باشد.

ماشين بينايي براي شناسايي رنگها نيازمند سه دسته اطلاعات است كه همان مولفه هاي رنگ يعني طول موجهاي قرمز، سبز و آبي مي باشد.

ايجاد رنگ بر روي مونيتور نيز با تحريك سازي تصاوير رنگي به حافظه اي معادل سه برابر تصاوير غير رنگي نياز دارد. همچنين حجم پردازش تصاوير رنگي كه حاوي اجزاء R و G و B ( قرمز، سبز و آبي) مي باشند در مقايسه با تصاوير تك رنگ بيشتر مي باشد.

بطور خلاصه، طيف طول موج قابل رويت توسط ماشين بينايي بسيار وسيعتر از طيف قابل رويت توسط چشم انسان مي باشد همچنين امكان تلفيق و استفاده از طول موجهاي مختلف يك تصوير توسط ماشين بينايي وجود دارد. يكنواختي و دقت ماشين بينايي در مورد تصاوير رنگي بيش از چشم انسان مي‌باشد.

 

6ـ3ـ1ـ توانايي درك صحنه هاي دو بعدي  و سه بعدي

سيستم بينايي انسان قادر به تشخيص اجسام سه بعدي مي باشد. اين توانايي امكان تعيين فاصله جسم را فراهم مي آورد. اين توانايي ذاتي كه در كارهاي روزمره از قبيل رانندگي و يا تشخيص اينكه در توده اي از اجسام روي هم انباشته شده كداميك روي ديگري قرار دارد و كداميك در زير واقع شده است. به انسان كمك فراواني مي كند. سيستمهاي ماشين بينايي نيز مي توانند با بكارگيري دو دوربين و يا تعداد بيشتر و تكنيكهاي پيچيده تر، پردازش تصوير اجسام را به شكل سه بعدي ببينند.

در حاليكه هر دو سيستم بينايي انسان و ماشين قادر به ديدن اجسام دو بعدي مي باشند، ماشين بينايي مي تواند در ديدن اجسام با دقت مشخصي كه توسط وضوح تصوير تعيين مي شود.

اندازه گيري با درجه اي از دقت محدود را ايجاد نمايد و از اين جهت با بينايي انسان متفاوت است. سيستم بينايي انسان مي تواند بطور سريع فاصله بين دو نقطه واقع بر روي صفحه را حدس بزند ولي در صورت نياز به اندازه گيري دقيق نياز به ابزارهاي اندازه گيري از قبيل خط كش مي باشد.

 

7ـ3ـ1ـ خلاصه مقايسه

جدول 1ـ1 توانائيهاي و ويژگيهاي ماشين بينايي را با بينايي انسان مقايسه مي‌كند.  بطور كلي، تمام آنچه كه توسط سيستم بينايي انسان انجام مي گيرد، مي تواند توسط ماشين بينايي انجام گيرد وكارايي ماشين بينايي از نقطه نظر دقت و اطمينان برتر از بينايي انسان مي‌باشد.

جدول 1ـ1) مقايسه بينايي انسان با ماشين بينايي

 

انسان

ماشين

انعطاف پذيري

بسيار تطبيق پذير و انعطاف پذير در مقابل نوع كارو ورود اطلاعات

محدود به تنظيمات اوليه، نيازمند دادههاي عددي (پيكسل ها)

توانايي

قادر به تخمين نسبتا دقيق موارد توصيفي مثل: تشخيص ميوه ي بد از روي رنگ و شكل آن

قادر به اندازه گيري ابعاد مي باشد.

مثال: طول يك قطعه يا ابعاد يك سوراخ بر حسب تعداد پيكسل.

حساسيت

قابليت تطبيق با شرايط نوري، خواص فيزيكي سطح اجسام و فاصله تاجسم، محدوديت در توانايي تشخيص تعداد سطوح خاكستري، بستگي به بيننده دارد و ممكن است در يك زمان متفاوت از زمان ديگر باشد. تعداد سطوح خاكستري قابل تشخيص بين 7 تا 10 مي باشد.

حساس به فركانس و سطح روشنايي، حساس به خواص فيزيكي سطح جسم و همچنين فاصله جسم، قابليت بيان سطح خاكستري بصورت عددي دقيق و مشخص، براحتي قادر به تشخيص 256 سطح خاكستري مي باشد.

واكنش

سرعت واكنش كند و حداكثر در حدود  ثانيه مي باشد.

بسيار بالا كه البته بستگي به پردازشگر مورد استفاده و پهناي بانددارد. سرعت واكنش در حدود  ثانيه بوده و سرعتهاي بالاتر نيز از نظر تكنيكي قابل دسترسي است.

دو و سه بعدي

صحنه هاي سه بعدي براحتي قابل درك مي‌باشد.

صحنه هاي دو بعدي براحتي قابل تشخيص مي باشد ولي صحنه‌هاي سه بعدي براحتي مقدور نيست ونيازمند به 2 دوربين نبوده و سرعت نيز كم است.

خروج داده ها

اطلاعات اخذ شده مي‌بايستي بطور دستي انتقال داده شود.

هزينه انتقال و ورود اطلاعات زياد بوده و ميزان خط زياد مي باشد

اطلاعات اخذ شده بطور خودكار و مداوم وارد بانك اطلاعاتي مي شود. انتقال و ورود اطلاعات دقيق و كم هزينه مي‌باشد.

دريافت داده ها

بر اساس مقياس لگاريتمي است و متاثر از رنگ زمينه مي باشد

مي تواند به هر دو صورت خطي و لگاريتمي دريافت نمايد.

طول موج

محدود به طيف قابل رويت از 300 تا 700 ميلي ميكرون

محدودة‌طيف از طول موجهاي پايين پرتو X تا طول موجهاي بالاي مادون قرمز مي باشد.

 

 

4ـ1ـ ملاحظات اقتصادي

هر گونه پيشنهادي مبني بر استفاده ماشين بينايي براي منظور خاص مي بايستي بر اساس تاثير اقتصادي آن در كاربرد مورد نظر باشد. توجيه اقتصادي بكارگيري ماشين بينايي شامل دو جنبه مي باشد: اولا تاثير آن بر روي بهبوددهي فرايند و ثانيا: هزينه هاي مستقيم توليد امكان بهبود كيفيت محصول از طريق انجام بازرسي 100 درصد محصول و كنترل پارامترهاي مورد بازرسي در مورد تك تك محصولات مي تواند نقش مهمي در توحيه اقتصادي كاربرد ماشين بينايي داشته باشد.

در همين حال ممكن است با بكارگيري ماشين بينايي هزينه هاي واحد محصول، كاهش پيدا كرده و بهره وري افزايش يابد.

بررسي هزينه هاي مربوط به انجام بازرسي توسط نيروي انساني و مقايسه آن با حالتي كه ماشين بينايي جايگزين نيروي انساني شده است . بيانگر پيچيدگي موضوع توجيه اقتصادي است و نشان مي دهد كه همواره نمي توان تمامي عوامل موثر را بصورت دقيق عددي مشخص نمود. تعيين تاثير بكارگيري بر ماشين بينايي بجاي نيروي انساني بر روي ساير كارگران ، كار آساني نيست و نهايتا مي توان بطور كيفي قضاوت نمود. در هر حال توجيه اقتصادي مي بايستي تمام مسائل فوق را در بر گيرد.

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

سيستم بينايي و كنترل
2ـ كليات سيستم

يك سيستم ماشين بينايي شامل تمام اجزاء لازم بمنظور تهيه تعريف ديجيتالي يك تصوير تغيير و اصلاح داده ها و ارائه نمايش داده هاي تصويري ديجيتال به دنياي بيرون (تجهيزات خارجي) مي باشد. چنين سيستمي چنانچه در يك محيط صنعتي بكار گرفته شود ممكن است به دليل اينكه متصل به ساير تجهيزات خط توليد مي باشد بسيار پيچيده بنظر مي رسد. ولي اگر چنانچه با توجه به نقش و وظيفه سيستم بينايي اجزاء اصلي تشكيل دهنده آن بيان شوند، مشخص خواهد شد كه پيچيدگي زيادي در سيستم وجود ندارد. اجزاء اصلي سيستم شامل سه قسمت اصلي است:

  1. قسمت تصويربرداري
  2. پردازش
  3. نمايش يا وسايل خروجي اطلاعات

اغلب سيستمهاي بينايي موجود در بخشهايي از قبيل باركدينگ، انتشارات چاپ و تهيه كپي و بالاخره اتوماسيون كارخانجات بكار گرفته شده اند. قيمت چنين سيستمهايي متفاوت بوده و از حدود چند هزار دلار (قابل استفاده توسط كامپيوترهاي شخصي) تا چند ميليون دلار براي سيستمهاي پيچيده مورد استفاده در چاپ و صنايع خودكار مي باشد.

كاربردهاي تجاري باركدينگ براي اهدافي چون جمع آوري خودكار داده ها  براي كنترل توليد و كنترل موجودي و در نتيجه كارآيي بيشتر بخش فروش مي باشد. باركدينگ مورد استفاده در بخش صنعت از استاندارد بالايي برخوردار مي باشد و مواردي كه نياز است تا در باركدينگ صنعتي كالا لحاظ گردد بسيار مشابه با موارد مورد نظر در مسائل انبارداري بخشهاي مختلف كالاهاي تجاري مي باشد. با توجه به اينكه وزارت دفاع آمريكا (يكي از خريداران عمده كالا) آن دسته از كالاهايي را خريداري مي كند كه طبق استاندارد مربوطه باركد شده باشند استفاده از سيستم باركدينگ در بخش توليد افزايش يافته است.

تجهيزات مورد استفاده در باركدينگ تجهيزات ساده اي مي باشند ولي در عين حال اين سيستم نيز داراي سه قسمت اصلي ذكر شده سيستم ماشين بينايي است. با توجه به اينكه تكنولوژي باركدينگ يكي از جنبه هاي خاص ماشين بينايي مي باشد اين موضوع در فصل جداگانه اي مورد بررسي قرار گرفته است.

كاربردهاي مرتبط با مقوله انتشارات شامل اسكن كردن مطالب نوشتاري و تصاوير مي باشد. با اسكن كردن متون و عكسها مي توان اين اطلاعات را بصورت عددي و كد در آورد و بر روي آن تغييرات احتمالي ايجاد نمود و بالاخره اين اطلاعات ديجيتالي را بمنظور نمايش بر روي صفحه مونيتور يا جهت چاپ به چاپگردهاي ليزي ارسال نمود.

كاربردهاي ماشين بينايي اين اتوماسيون كارخانجات شامل عملياتي چون بازرسي خودكار بمنظور بهبود كيفيت محصولات توليد شده گردآوري اطلاعات براي مديريت و كنترل موجودي و در كنترل ماشين يا كنترل فرآيندها براي بهبود بهره وري توليد مي باشد.

شكل شماتيك يك سيستم بينايي صنعتي ساده كه براي اتوماسيون خط مونتاژيك كارخانه بكار رفته و داراي يك دوربين مي باشد در شكل 1ـ2 نمايش داده شده است. سيستم بينايي ابتدا با مشاهده قطعه از آن يك تصوير تهيه مي كند سپس مشخص مي نمايد كه آيا قطعه داراي مشخصات مورد نظر مي باشد يا خير و نهايتاً با توجه به نتيجه بدست آمده سيگنال فرمان متناسب را ايجاد و ارسال مي نمايد. تجهيزات لازم براي تصويربرداري شامل لامپها دوربين و احتمالاً يك كارت تصويرگر كامپيوتري مي باشد. تجهيزات پردازش شامل هر دو بخش سخت افزار و نرم افزار است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 1ـ2 سلول توليدي مجهز به سيستم بينايي

تجهيزات نمايش و خروج اطلاعات كه سيستم ماشين بينايي را به خط توليد متصل مي كند شامل اجزاء الكترونيكي بوده كه نقش واسطه را دارند. تجهيزاتي از قبيل كنترلرهاي فرآيند كامپيوتر مركزي كنترل كننده سيستم توليدي يكپارچه كامپيوتري (CIM)، و وسايلي از قبيل زنگ خطر مي توانند به سيستم ماشين بينايي متصل شوند.

سيگنالهاي الكتريكي فرمان كار كنترل را انجام مي دهند و متناسب با نوع فرمان (رد، قبول، كيفيت پائين) ممكن است فرمان داده شود تا قطعه از روي نوار نقاله خارج و در ظرف مخصوص قرار گيرد (بعلت معيوب بودن قطعه). داده هاي بدست آمده بمنظور كنترل موجودي و تحليلهاي آماري به بانك اطلاعاتي سيستم توليد يكپارچه كامپيوتري منتقل مي شود تا در صورتيكه مشكلي وجود داشته باشد(كمبود مواد اوليه خارج شدن ماشين از تنظيم اوليه و....) هشدار لازم داده شود.

شكل شماتيك سيستم فوق براي يك خط مونتاژ در شكل 2ـ2 نشان داده شده است صحت انجام وظايف هر بخش و اجزاء آن شديداً وابسته به وظايف ساير اجزاء مي باشد و لازم است جهت دستيابي به اهداف مورد نظر شخص درك كاملي از هر قسمت داشته باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 2ـ2 نقش سيستم در يك سلول توليدي داراي بينايي

 

1ـ2 تصويرگري

تصويرگري در ماشين بينايي بمعني تبديل اطلاعات تصويري يك شيء فيزيكي و خواص ظاهري آن بصورت داده هاي عددي است بگونه اي كه اين تصوير مي تواند توسط پردازشگر پردازش شود. تصويرگري ممكن است شامل چهارفرآيند زير باشد:

1. نورپردازي

  1. 2.  تشكيل تصوير يا متمركز كردن آن
  2. 3.  تبديل تصوير به سيگنالهاي الكتريكي

4. قالب بندي كردن سيگنال خروجي تصوير

 

1ـ1ـ2 نوپردازي

نورپردازي يك عامل كليدي و تأثيرگذار بر روي كيفيت تصوير تشكيل شده است كه به  عنوان ورودي ماشين بينايي مورد استفا ده قرار مي گيرد. ممكن است تا 30 درصد حجم كار و تلاش طراحي اجزاء يك سيستم ماشين بينايي را بخود اختصاص دهد. با توجه به اينكه هيچ سيستم نورپردازي جامع و كاملي كه براي تمامي كاربردها كارآرايي داشته باشد وجود ندارد پس لازم است تا براي هر كاربرد بطور جداگانه و اختصاصي تجهيزات نورپردازي در نظر گرفته شود. روش نورپردازي و نوع منبع نور بر ميزان پردازش هاي لازم بعدي و نتايج حاصله آن تأثير دارد.

بسياري از سيستمهاي ماشين بينايي كه در گذشته در صنعت بكار رفته اند از نور قابل رؤيت استفاده كرده اند كه علت آن از يك طرف در دسترس بودن آن و از طرف ديگر خودكار نمودن عمل بازرسي كه قبلاً توسط كارگر انجام مي شده است مي باشد. بازرسي توسط كارگر بر اساس توانايي چشم و در محدوده طول موج نور قابل رؤيت مي باشد. چهار نوع لامپ از لامپهايي كه نور قابل رؤيت توليد مي كنند و اغلب در صنعت استفاده شده اند عبارتند از: لامپهاي التهابي فلورسنت بخار جيوه و بخار سديم استفاده از نور غير قابل رؤيت شبيه  اشعه ايكس ماوراء بنفش و مادون قرمز بدليل نياز به انجام بازرسي هاي ويژه كه توسط نور قابل رؤيت انجام پذير نيست رو به افزايش است. روشهاي نورپردازي جهت كاربردي صنعتي ماشين بينايي شامل چهاردسته زير است:

1. نورپردازي از پشت

  1. 2.  نورپردازي از مقابل
  2. 3.  نورپردازي داراي ساختار
  3. 4.  نورپردازي لحظه اي

نور پيرامون محيط كار كه منابعي بجز منبع اصلي نورپردازي سيستم ماشين بينايي دارد بر مجموع ميزان نور تابيده شده بر جسم اثر گذاشته و بطور كلي بصورت نويز در داده هاي تصويري ظاهر مي شود. براي كم كردن تأثير نور پيراموني مي توان از پرده نوري يا ديواره هاي محافظ استفاده نموده تا از ورود آن به لنز دوربين جلوگيري شود.

منابع نوري معمول و سنتي داراي پايداري كافي نبوده و كيفيت يكنواختي ندارند. خروجي نور اين لامپها بسته به شرايط كاري و عمر آن متغير مي باشد. به عنوان مثال خروجي لامپ فلورسنت در طي 100 ساعت اول كار آن تا حدود 15 درصد كاهش پيدا مي كند و پس از آن نيز روز به روز اين كاهش ادامه مي يابد هر چند سرعت كاهش كمتر خواهد بود. لامپهاي فلورسنت در دماي 105 درجه فارنهايت بيشترين نوردهي را دارند و در مقابل ولتاژ تغذيه حساس مي باشند البته اين حساسيت كمتر از لامپهاي التهابي است. تغييرات ولتاژ تغذيه و نامنظم بودن آن كه مي تواند در نتيجه راه اندازي ساير تجهيزات باشد و تغييرات دماي اطاق بر ميزان نور خروجي و نهايتاً كيفيت تصوير تأثير خواهد گذاشت. با توجه به مطالب گفته شده مطلوب نظر مي رسد تا شدت نور بطور پيوسته و منظم اندازه گيري و كنترل شود. براي اين منظور ابزارهاي مناسب و نسبتاً ارزان قيمتي در بازار موجود مي باشد. بطور كلي تمام قسمت تصويرگيري سيستم بينايي بايستي بطور منظم كنترل شود تا مطمئن باشيم كه سيستم در محدوده  قابل قبولي كار مي كند.

نورپردازي از پشت: وقتيكه كه شيء مورد بررس بين دوربين و منبع نور قرار مي گيرد نورپردازي را اصطلاحاً نورپردازي از پشت گويند( شكل 3ـ2). در اين روش سايه اي از جسم تشكيل مي شود و مرز جسم كاملاً مشخص مي باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 3ـ2 نورپردازي از پشت

مزيت نورپردازي از پشت ايجاد تصوير با كنتراست بالا و تفكيك آسان مرز جسم (براي مواد كدر) مي باشد. كنتراست بالا باعث كم شدن پردازش هاي بعدي شده همچنين اين حساسيت سيستم به تغييرات نوردهي منبع نور مي كاهد. در مورد نورپردازي اجسامي كه مسطح نيستند ممكن است لازم باشد تا با استفاده از عدسي هاي مناسب نور به جسم تابانده شود.

روش نوردهي از پشت براي اعمالي از قبيل تشخيص ترك مك و وجود اشياء خارجي در قطعات شفاف ايده آل مي باشد. تشخيص ترك استخوان در تصاوير اشعه ايكس و اندازه گيري ميزان نشر انرژي حرارتي از يك ساختمان مادون قرمز از جمله مثالهاي اين روش نورپردازي مي باشند.

نورپردازي از پشت ممكن است با نورپردازي داراي ساختار مشخص تلفيق شود. اين كار تصويركردن يك الگوي خاص از پرتو نور بر روي سطح زمينه و اندازه گيري فاصله بين جسم و الگو انجام مي گيرد. اطلاعات مربوط به سطح جسم برجستگيها و فرو رفتگيهايي كه از سايه جسم قابل تشخيص نيست را نمي توان با استفاده از اين روش نورپردازي بدست آورد. به عنوان مثال نمي توان وجود يا عدم وجود يك پيچ را در يك سوراخ كور بازرسي آورد. به عنوان مثال نمي توان وجود يا عدم وجود يك پيچ را در يك سوراخ كور بازرسي كرد و همچنين در مورد چند قطعه كه بر روي همديگر قرار دارند، نمي توان تشخيص داد كه كداميك در رو و كداميك در زير قرار گرفته است.

اساساً تصوير حاصل از روش نوردهي از پشت تك رنگ است. با توجه به اينكه لبه هاي تصوير بگونه اي بر روي صفحه سنسور تشكيل تصوير مي دهند كه ممكن است يك پيكسل كامل را پر نكنند بنابراين اين پيكسلها داراي مقادير حد واسطي بين سياه و سفيد مطلق خواهند بود. به عنوان مثال مقدار عددي پيكسلي كه 50 درصد آن توسط جسم پوشيده شده است در يك سيستم داراي 16 سطح خاكستري معادل عدد 7 خواهد بود و بطور كلي مقدار عددي هر پيكسل كه نشانگر مرزهاي قطعه باشد متناسب با مقدار پوشش آن خواهد بود. شي ء نشان داده شده در شكل 4ـ2 در قسمت مرزها فقط بخشي ء از مساحت پيكسلها را پوشش مي دهد كه مقادير عديد پيكسلها يا همان خاكستري بدست آمده براي پيكسلها و همچنين مقدار كاهش يافته آن نمي تواند هيچگونه اطلاعاتي در خصوص شكل قطعه ارائه دهد و بايستي اطلاعات مربوط به اينكه چه شكلي در مقابل دوربين قرار گرفته است با مقادير عددي پيكسلها توأم گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 4ـ2   a) نورپردازي از پشت   b) داده هاي تصويري

نورپردازي از مقابل: در روش نورپردازي از مقابل نور منعكس شده از سطح جسم به دوربين وارد مي شود. در اين روش دوربين و منبع نور در يك طرف شي ء مطابق شكل 5ـ2 قرار مي گيرند. با استفاده از اين روش مي توان اطلاعاتي درباره سطح جسم يا برجستگي فرورفتگيهاي آن و همچنين ابعاد جسم بدست آورد. بسته به زاويه دوربين مي توان از تكنيكهاي اندازه گيري مات و يا نورپردازي Specular استفاده نمود.

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 5ـ2 نورپردازي از مقابل: دوربين و منبع نور در يك طرف شيء قرار دارند.

تكنيكهاي اندازه گيري با استفاده از نورپردازي مات به عنوان نورپردازي با ميدان تاريك شناخته مي شود. يك سطح صاف بصورت تاريك ظاهر مي شود و نور پراكنده شده از سطح توسط دوربين مطابق اشكال 2ـ6 و 7ـ2 ديده مي شود. در اين روش دوربين بصورت عمود بر سطح قرار مي گيرد. سطوح صاف در تمامي قسمتها بجز در جاهائيكه آثاري مثل خراش وجود دارد بصورت سياه ديده خواهند شد. وجود خراشيدگي باعث پراكنده شدن نور در جهات مختلف مي‌شود و بخشي ء از اين نور توسط دوربين ديده مي شود.

نورپردزاي لحظه اي: در نورپردازي لحظه اي شيء براي مدت بسيار كوتاه ولي با شدت زياد (5 تا 500 ميكروثانيه) نوردهي مي شود (شكل 8ـ2 را مشاهده كنيد).

پالس كوتاه نوردهي ممكن است براي ايجاد يك تصوير ساكن از اجسام در حال حركت بكار رود و يا ممكن است براي كاهش اثر نامطلوب نور محيط استفاده شود. در فرآيندهاي توليد معمولاً قطعات بر روي نوار نقاله متحرك بوده و يا قطعه طبعاً در حال حركت مي‌باشد.

در اين نورپردازي لازم است تا دوربين و منبع نور براي ايجاد پالس كوتاه نور سكنرون شوند. با توجه به اينكه لازم است تا تصوير ساكن از جسم تهيه شود لذا مدت پالس حائز اهميت فراوان مي باشد. به عنوان مثال سرعت عبور تصوير از صفحه سنسور براي يك شيء با طول 10 سانتي متر كه بر روي نوار نقاله اي با سرعت 10 سانتي متر بر ثانيه قرار دارد چنانچه از ماتريس تصوير 100×100 و استاندارد RS170 استفاده شود معادل 33/0 سانتي متر يا 3/3 پيكسل در زمان 033/0 ثانيه خواهد بود. در اين حالت جسم بصورت ساكن بنظر خواهد رسيد چونكه در مدت زمان پالس 5 ميكروثانيه شيء به اندازه 50 ميكروسانتي متر يا 005/0 پيكسل حركت خواهد كرد.

در صورتيكه از دوربين نوع لامپي استفاده شود بايستي تنظيم خودكار نور ورودي دوربين (Iris) را از مدار خارج نمود در غير اينصورت چون دوربين ورودي خود را بر اساس مييزان متوسط نور ورودي تنظيم مي كند. باعث خواهد شد فقط قسمتي از پالس ديده شود. شدت نور پالسي بايستي حداقل ده برابر شدت نور محيط اطراف باشد.

اگر از دوربين نوع حالت جامد استفاده شود مي بايستي يك سيگنال شروع به ازاي هر فريم عمودي دوربين ارسال شود. تصوير حاصل از شيء در زمان پالس نور توسط دوربين گرفته شده و سپس به كارت تصويرگير منتقل مي شود هر چند كه انتقال تصوير گرفته شده ممكن است زمان طولاني تري را لازم داشته باشد. در هنگام تصويرگيري هر يك از المانهاي صفحه سنسور دوربين سطح ولتاژ خود را در طول زمان نمونه گيري ثابت نگه مي دارد تا نمونه گيري (تبديل تصوير به سيگنالهاي الكتريكي) در تمامي المانهاي انجام گيرد.

 

 

 

 

 

 

شكل 6ـ2

نورپردازي مات و a Specular) با بكارگيري دوربين در روش نورپردازي مات عيوب بصورت نقاط روشن در يك زمينه تاريك ظاهر مي شوند.

b) در نورپردازي Specular عيوب بصورت نقاط تاريك در يك زمينه روشن ظاهر مي گردند.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 7ـ2 بازرسي ساختار چوب با سيستم بينايي

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 8ـ2 a) توزيع طيف موج در نورپردازي لحظه اي b) و دامنه طول موج خروجي

نورپردازي داراي ساختار: نورپردازي داراي ساختار عبارت از نور دادن به شيء با پرتوهاي نوري داراي الگوي خاص يا بصورت الگوي مشبك است. از تلاقي شيء با تصوير پرتوهاي نور داراي ساختار يك الگوي منحصر به فرد از شيء حاصل مي شود كه اين الگو بستگي به شكل و اندازه هاي جسم دارد (شكل 9ـ2). يك جسم سه بعدي داراي تصويري خواهد بود كه طبعاً وقتي در صفحه سنسور قرار مي گيرد داراي دو بعد بيشتر نخواهد بود. با استفاده از تكنيك نورپردازي داراي ساختار نه تنها مي توان فواصل افقي بلكه اندازه هاي عمودي را نيز بر روي قطعه اندازه گيري نمود و شكل سه بعدي قطعه را مشخص كرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 9ـ2 نورپردازي داراي ساختار زاويه اي

a) هندسه مسئله    b) نورپردازي داراي ساختار

مشاهده مي شود كه خط نشان داده شده در شكل 9ـ2 از حالت خط مستقيم خارج شده و بصورت منقطع درآمده است كه علت آن وجود برآمدگي بر روي قطعه  است. اندازه فاصله بين قسمت مقطع وسطي با امتداد اوليه مرتبط با ارتفاع برآمدگي مي باشد (البته نحوه قرار گرفتن دوربين مبنع نور و.... قبلاً تنظيم و ثابت شده است). اطلاعات بيشتر شبيه فواصل بين اجزاء قطعه را مي توان با استفاده از گونه هاي مختلف ساختار نور بدست آورد. در شكل 10ـ2 بازرسي يك شيء كره اي شكل را با استفاده از نورپردازي داراي ساختار و با پرتو نور مدور نمايش مي دهد و شكل 11ـ2 نورپردازي داراي ساختار با پرتوهاي موازي مايل را بر روي جسمي با شيارهاي موازي يا سوراخ دار نشان مي دهد. پهناي قسمت سايه تابعي از زاويه تابش نور و عمق شيار مي باشد. براي مشخص نمودن ميزان تلرانس ابعاد اندازه گيري شده بايستي روش گردكردن مقادير پيكسلها معلوم باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 10ـ2) نورپردازي داراي ساختار مدور: دوربين و همچنين منبع تغذيه نور داراي فاصله مساوي از سطح جسم كروي مي باشند تا عيوب جسم كه بصورت بيضوي چرخانده مي شود شكل ثابتي داشته باشند و بتوان آنها را مشخص نمود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 11ـ2) نورپردازي داراي ساختار موازي و زاويه دار: سايه هاي تشكيل شده بيانگر اجزائي چون شيار و سوراخ مي باشند. (پهناي سايه تابعي از زاويه تابش مي باشد).

نورپردازي داراي ساختار را مي توان با روشهاي ارزان قيمت و با بكارگيري فيلم منفي با پروژكتور معمولي يا پروژكتور مخصوص مورد استفاده در عكاسي ايجاد نمود. ساختار صفحه اي را مي توان با استفاده از نور ليزر كه به عنوان اسكنر باركدينگ بكار مي رود ايجاد نمود. قسمت كدخوان باركدينگ عمل مي نمايد كه يك خط نوراني را بر روي سطح جسم مي اندازد و تصوير اين خط توسط سيستم بينايي ديده مي شود. با استفاده از چند رشته فيبر نوري مي توان مدلهاي مختلف نورپردازي داراي ساختار را ايجاد نمود. در روش نورپردازي با استفاده از فيبر نوري موضع نوردهي ممكن است نسبت به منبع نور فاصله داشته باشد. همچنين در صورت نياز به مشخص نمودن تغييرات ايجاد شده در سطح جسم مي توان نورپردازي داراي ساختار را بصورت پالسي (لحظه اي) ايجاد كرد و بدين ترتيب پارامتر زمان را نيز وارد محاسبات نمود.

 

2ـ1ـ2 تشكيل تصوير و متمركز نمودن آن

تصوير شيء توسط يك عدد لنز، مشابه آنچه در دوربين عكاسي وجود دارد متمركز ميشود. تفاوت بين دوربين عكاسي و سيستم ماشين بينايي در اين است كه در دوربين عكاسي از فيلم استفاده مي شود در حاليكه در ماشين بينايي از يك صفحه سنسور استفاده مي شود. سنسور تصوير را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كند.

معمولاً دوربين مورد استفادهدر ماشين بينايي بطور جداگانه و با توجه به تواناييها و نيازي كه براي يك كاربرد خاص وجود دارد مشخص مي گردد. علاوه بر اين با توجه به اينكه لنز وسيله اي است كه تطابق بين دوربين و كاربرد خاص مورد نظر را ايجاد مي كند نوع و پارامترهاي آن مي بايستي با دقت مشخص گردند. چهارپارامتر مهم مرتبط با لنز مورد استفاده در سيستمهاي بينايي عبارتند از:

  1. بزرگنمايي
  2. فاصله كانوني
  3. عمق ميدان
  4. نوع اتصال لنز

اپتيك مربوط به پارامترهاي لنز مورد استفاده در ادامه اين فصل بطور مختصر مرور خواهد شد تا اطلاعات پايه اي را در كاربرد سيستمهاي بينايي در موارد صنعتي فراهم كند.

متمركز شدن شعاعهاي نور در هنگام عبور از لنز ناشي ء از اين است كه سرعت انتشار نور در هوا بيشتر از سرعت آن در شيشه و ساير مواد اپتيكي مي باشد. پرتوهاي نور در هنگام عبور از هوا به شيشه (ورود به لنز) به سمت بردار عمود بر سطح تلاقي مايل مي شوند.

شكل 12ـ2 پرتوهاي نور و مسير آن را در هنگام عبور از لنز نشان مي دهد.

پرتوهايي كه از لنز خارج مي شوند (شيشه به هوا) بطور معكوس عمل خواهند نمود يعني از بردار عمود بر سطح لنز در محل تلاقي دور مي شوند. در نتيجه يك پرتو نور  عمود بر سطح هوا ـ شيشه ـ هوا هيچگونه تغييري نخواهد داشت و يك دسته پرتو كه تحت زاويه به لنز تابيده مي شود نهايتاً با زاويه اي برابر همان زاويه تابش از آن خارج خواهد شد. ولي پرتو نور ورودي نسبت به پرتو نور خارجي قدري جابجا خواهد شد (موازي) كه مقدار جابجايي در صورتيكه سطوح شيشه موازي باشد بستگي به ضخامت شيشه و ضريب انعكاس آن دارد (شكل 12ـ2 b).

 

 

 

 

 

 

 

شكل 12ـ2  a) مسير پرتوهاي نور عمود بر سطح b) تحت زاويه c) عبور از لنز

يك لنز عبارتست از قطعه شيشه اي كه سطوح دو طرف آن بشكل كروي مي باشد. تمامي پرتوهاي نور كه وارد يك لنز مي شوند در يك نقطه بنام كانون متمركز مي شوند. محل اين كانون از رابطه زير بدست مي آيد:

 

در حاليكه F عبارتست از فاصله كنوني از مركز لنز و R1 و R2 پرتوهاي منحني سطوح دو طرف لنز مي باشد.

پرتوهاي نور از كانون مي گذرند و بهمان صورت خط مستقيم از كانون ادامه مي يابند. اين شعاعها مي توانند بر روي صفحه اي كه پشت كانون و در هر لحظه اي از آن قرار دارند، تشكيل تصوير بدهند. تصوير تشكيل شده بصورت وارونه بوده و اندازه آن متناسب با فاصله بين صفحه تصوير تا لنز بوده و هر چه اين فاصله بيشتر باشد اندازه تصوير بزرگتر خواهد بود. صفحه سنسور دوربين در محل ثابتي در اين ناحيه قرار مي گيرد. چون سنسور در هنگام ساخت دوربين در مكان ثابتي قرار داده مي شود لذا فاصله بين سنسور تا لنز نمي تواند به عنوان يك عامل متغير در نظر گرفته شود.

بزرگنمايي: بزرگنمايي (m) عبارتست از نسبت اندازه تصوير جسم كه بر روي صفحه تصوير تشكيل مي شود به اندازه واقعي آن. با توجه به اينكه ابعاد سنسور و تصوير شكل شده بر روي ان نسبت به اندازه واقعي جسم كوچكتر مي باشد مقدار m در كاربردهاي متداول صنعتي كوچكتر از يك خواهد بود. در حاليكه مقدار m در كاربردهاي تصويربرداري ميكروسكوپي بيشتر از يك خواهد بود.

ارتفاع تصوير (Hi) نشان داده شده در شكل 13ـ2 تابعي است از فاصله بين لنز و صفحه اگر نوك شيء مورد بررسي را كه در رأس پيكان نمايش داده شده است با O و نوك تصوير شيء را با i نمايش دهيم مثلث با مثلث متشابه خواهد بود و مي توان از تشابه مثلثها استفاده نمود و نسبت به فواصل را نوشت. در اين صورت مقدار بزرگنمايي عبارتست از اندازه تصوير شيء به اندازه شيء.

 

Hiارتفاع تصوير تشكيل شده بر روي صفحه سنسور و Di فاصله بين لنز و صفحه تصوير مي باشد. اين فاصله مقدار ثابتي است كه در هنگام ساخت دوربين تعيين مي شود. Do فاصله بين شيء و لنز دوربين است.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 13ـ2 بزرگنمائي لنز

بزرگنمايي سيستم بر اساس حداكثر اندازه (اندازه تصويري كه قرار است بر روي صفحه سنسور ايجاد شود يا اندازه كه فاصله بين لنز و صفحه شيء است) مي باشد. هر چه فاصله بيشتر باشد بزرگنمايي كمتر خواهد بود.

اجسام دو بعدي كه در فاصله 30 اينچي (در محل صفحه شيء) قرار دارند در صورتيكه لنز داراي اعوجاج نباشد ميتوانند كاملاً متمركز شده و تصوير مطلوبي بر روي صفحه سنسور تشكيل دهند. ولي در اغلب كاربردهاي صنعتي اجسام مورد بازرسي سه بعدي هستند. آن قسمتهايي از قطعه كه در صفحه شيء قرار نمي گيرند و فاصله آن تا دوربين متفاوت است تصوير تاري را بر روي صفحه سنسور تشكيل خواهد داد. در اين حالت يك نقطه واحد از جسم بصورت يك سطح و به شكل مغشوش بر روي صفحه تصوير ظاهر خواهد شد (شكل 14ـ2). علت اين پديده اين است كه پرتوهاي انعكاسي از آن نقطه از جسم در فاصله اي متفاوت از فاصله كانوني شان بر روي صفحه سنسور تشكيل تصوير مي دهند. در شكل 15ـ2 رابطه بين دايره مغشوش و عمق ميدان نشان داده شده است.

نقطه a واقع در صفحه شيء در نقطه اي مثل a در صفحه تصوير ظاهر خواهد شد و نقطه كه واقع در بين صفحه شيء و لنز بصورت نقطه مي باشد و در مكاني بين صفحه تصوير و لنز ظاهر خواهد شد. در نتيجه نقطه بصورت فاصله كه اصطلاحاً دايره مغشوش ناميده مي شود در صفحه تصوير ظاهر خواهد شد.

بطور مشابه نقطه كه در فاصله دورتر از صفحه شيء نسبت به لنز قرار دارد داراي بطور مشابه نقطه كه در فاصله تصوير بوده و در فاصله دورتري از آن ظاهر خواهد شد. تصوير حاصل در اين صورت نيز يك عكس تار و خارج از تمركز خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

شكل 15ـ2) عمق ميدان: هر نقطه واقع در عمق ميدان در صفحه تصوير در محدوده دايره مغشوش قرار خواهد گرفت.

ناحيه اي كه در محدوده آن بتوان تصوير واضحي از شيء تهيه نمود و خارج از تمركز بودن شيء باعث نشود تا كيفيت تصوير نامطلوب باشد عمق ميدان ديد ناميده مي شود. وقتيكه از اجسام سه بعدي تصوير تهيه مي شود بايستي مطمئن بود كه عمق ميدان به اندازه كافي بوده بطوريكه تمامي نقاط جسم در اين ناحيه قرار گيرند (شكل 16ـ2) اندازه عبارتست از فاصله لنز تا مركز عمق ميدان ديد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 16ـ2 عمق ميدان

عمق ميدان: ناحيه بالا و پايين صفحه شيء كه در آن ناحيه لنز بتواند تمركز را در حد قابل قبول حفظ كند عمق ميدان ديد ناميده مي شود. در سيستمهاي بينايي وقتيكه نقطه يا نقاط مورد بازرسي در صفحه شيء قرار نمي گيرند توجه به عمق ميدان حائز اهميت مي باشد. عمق ميدان تابعي از اندازه دريچه دوربين بزرگنمايي لنز و اندازه المانهاي سنسور دوربين است. هر چه اندازه دريچه دوربين كوچكتر باشد عمق ميدان بيشتر خواهد شد ولي از طرف ديگر مقدار نور ورودي به لنز كاهش مي يابد.

دريچه دوربين مي تواند متغير و قابل تنظيم باشد بدين ترتيب همانگونه كه در شكل 14ـ2 نشان داده شده است ميزان نور ورودي به لنز قابل تغيير خواهد بود. عدد بيانگر كوچكترين اندازه دريچه ورودي بوده و هر چه عدد كوچكتر باشد معني آن اين است كه اندازه دريچه ورودي بزرگتر است. عددهاي استاندارد بوده و تفاوت هر عدد با عدد كوچكتر بعدي در ميزان نور ورودي به دوربين و به اندازه دو برابر مي باشد. بدين ترتيب عدد كوچكتر برابر نور بيشتر وارد لنز مي كند. عددهاي استاندارد عبارتند از 16،11،8،6/5،4،8/2،2،5/1

همانگونه كه قبلاً اشاره شد اندازه روزنه يا دريچه ورودي داراي دو اثر مي باشد. ورودي كوچكتر باعث خواهد شد تا:

  1. عمق ميدان بيشتر باشد.
  2. نور كمتري وارد لنز دوربين شود.

يك عدد بزرگ امكان تصويربرداري از شيء را در عمق ميدان بيشتري فراهم مي كند ولي بمنظور اينكه نور كافي به دوربين بردس بايستي دريچه دوربين براي مدت بيشتري باز بماند (زمان نوردهي طولاني تر). براي تصويربرداري از اجسام ساكن مي توان بدون ايجاد مشكل زمان نوردهي را طولاني تر كرد ولي در مورد اجسام متحرك چنانچه زمان نوردهي طولاني باشد تصاوير مبهم و ناواضحي حاصل خواهد شد.

با كوچكتر شدن ابعاد سنسور عمق ميدان كاهش مي يابد. رابطه بين عمق ميدان و پارامترهاي دوربين (ابعاد سنسور) عبارتست از:

=عمق ميدان

a اندازه پيكسل عدد f بيانگر درياچه ورودي و m همان بزرگنمايي لنز است.

نوع اتصال لنز: در هنگام خريد دوربين و لنز بايستي نوع اتصال لنز بر روي دوربين مشخص شود. البته با توجه به كاربرد مورد نظر نوع اتصال تا حد زيادي مشخص مي باشد. چهار نوع از انواع مختلف اتصالات كه معمولاً مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از:

  1. اتصال نوع C براي سيستمهاي ماشين بينايي
  2.  اتصال نوع U براي دوربينهاي 35 ميليمتري
  3.  اتصال نوع L براي نصب ثابت و وقتيكه دوربين در حالت صاف قرار مي گيرد.
  4.  اتصال نوع نيزه اي (Bayonet) براي تعويض سريع دوربينهاي 35 ميليمتري اتصال نوع C متدوالترين نوع اتصال مي باشد. برخي از سازندگان دوربين هم اكنون اتصال نوع نيزه اي را جايگزين نوع C نموده اند و در عين حال رنگ واسطه اي را در اختيار مشتري قرار مي دهند تا بتواند لنزهاي با اتصال C را نيز بر روي دوربين سوار نمايد. اتصال نوع C ابتدائاً براي دوربينهاي فيلمبرداري تلويزيوني ساخته شدند. لذا اندازه آن بر اساس استفاده از دوربينهاي نوع لامپي طراحي شده است. فاصله بين فلانچ اتصال و مركز صفحه تصوير برابر 5/17 ميليمتر يا 69/0 اينچ است. قطر ناحيه قابل استفاده لنز بگونه اي است كه از سنسورهايي تا ابعاد 512/0 اينچ مي تواند از استفاده شود. اين اتصال بصورت پيچي بوده و طول رزوه پيچ برابر يك اينچ و داراي 32 رزوه بر اينچ مي باشد.

 اتصال نوع U براي دوربينهاي 35 ميليمتري كاربرد وسيعي دارد. فاصله بين فلانچ اتصال و مركز تصوير 52/47 ميلي متر يا حدود 79/1 اينچ (حدوداً 3 برابر اتصال توع C) است. قطر اين اتصال حدوداً دو  و نيم برابر نوع C است و لذا از سنسورهاي تا قطر 25/1 اينچ مي توان استفاده نمود. اتصال پيچي بوده و از يك پيچ استفاده مي شود.

اتصال نوع L براي موارديكه اتصال صفحه اي و ثابت است، استفاده مي شود.

اتصال نوع نيزه اي طوري طراحي شده است تا بتوان لنز را در دوربينهاي 35 ميلي متري چند لنزه براحتي تعويض نمود. هر چند در سيستمهاي ماشين بينايي نيازي به تعويض سريع لنز نمي باشد ولي بدليل ارزاني برخي از سازندگان از اين نوع اتصال استفاده مي كنند. براي قراردادن لنزهاي با اتصال C بر روي دوربين داراي اتصال نيزه اي بايد از رينگهاي مخصوصي (رينگ تبديل) كه براي اين منظور ساخته شده اند، استفاده نمود.

 


3ـ1ـ2 تصويرگيري (شناسايي تصوير)

مقدمه: سيستمهاي بينايي داراي اجزاء الكتريكي ـ اپتيكي بوده كه امواج الكترومغناطيسي (نور) منتشر شده از شيء را به سيگنال الكتريكي تبديل مي كنند. اين سيگنال توسط قسمت پردازش سيستم بينايي مورد استفاده قرار مي گيرد. تصوير شيء توسط لنز دوربين بر روي صفحه تصوير متمركز و تشكيل مي شود. المانهاي سنسور كه بر روي صفحه سنسور و در درون دوربين قرار دارند، سيگنال الكتريكي را متناسب با تصوير تشكيل شده بر روي سنسور مي سازند. سنسور ممكن است از نوع حالت جامد يا نوع لامپي باشد.

دوربينهاي نوع لامپي مدتها قبل از دوربينهاي حالت جامد و در اوايل دهه 1930 ميلادي بمنظور استفاده در كارهاي تلويزيوني ساخته شدند. آنها داراي يك لامپ خلأ و يك صفحه حساس به نور برده كه نور دريافت شده از شيء بر اين صفحه تابيده مي شود. تصوير گرفته شده توسط المان حساس به نور دوربين، اسكن شده و يك سيگنال ولتاژ آنالوگ به عنوان خروجي توليد مي گردد. در صورتيكه بخواهيم دوربين را مستقيماً به صفحه نمايش تلويزيوني وصل نمائيم، بايستي خروجي دوربين بصورت استاندارد باشد و چنانچه اطلاعات تصويري بخواهد وارد كامپيوتر شود بايستي سيگنال بصورت رقمي (ديجيتال) درآيد.

دوربينهاي حالت جامد داراي فتوديودهاي جداگانه اي هستند كه به عنوان پيكسل يا مبدل انرژي نوراني به الكتريكي عمل مي كنند. اين المانهاي جداگانه معمولاً بصورت رشته خطي يا بصورت يك ماتريس مستطيلي كنار يكديگر چيده مي شوند. دوربينهاي حالت جامد در اواخر دهه 1960 ميلادي در آزمايشگاههاي تلفن Bell Telephone و به عنوان گونه اي از Charged Coupled Devices اختراع شدند. هر يك از اين فتوديودها يك ولتاژ توليد گردد كه بيانگر ميزان انرژي نوري تابيده شده بر سطح آن المان مي باشد و از خواندن تمامي ديودها با يك ترتيب خاص مي توان سيگنال الكتريكي مجموع كه بيانگر تصوير تابيده شده بر سطح سنسور مي باشد را توليد نمود. سيگناب ولتاژ خروجي را براي اينكه قابل نمايش دادن توسط صفحه تلويزيون معمولي باشد بايستي بصورت استاندارد درآورد و در صورتيكه بخواهد وارد كامپيوتر شود بايستي بصورت رقمي درآيد.

دوربينهاي نوع لامپي: پنج نوع اصلي لامپهاي تصوير مورد استفاده در سيستمهاي بينايي عبارتند از مشخصات اين دوربينها اندكي با همديگر متفاوت مي باشد كه در جدول 1ـ2 خلاصه شده است.  انتخاب نوع لامپ تصوير بستگي به مورد كاربرد آن دارد.

 

 

جدول 1ـ2 پارامترها و مواد مورد استفاده در دوربين

رزولوشن

L/P

تاخير %

حساسيت

nA/Lux

جريان تاريك

nA

ماده حساس

نوع لامپ

500

12

250

1

Zinc Selenide

Newvicon

750

3

40

8/0

Lead Oxide

Plumbicon

750

2

30ـ15

1

Selenium Arsenic

Seticon

240

0

200

5/0

Silicon

Silicon array

600

15

200

9/0

Antominy Trisulfde

Vidcon

 

ماده حساس شامل يك سطح آغشته به مواد حساس به نور مي باشد و تصوير از طريق لنز بر روي اين سطح تشكيل مي شود. متناسب با شدت نور و مدت تابش آن بر روي سطح يك شارژ الكتريكي در سطح سنسور و با توزيع متناسب ايجاد مي شود. نتيجه نهايي بصورت يك سيگنال آنالوگ مي باشد كه بيانگر تصوير شيء مي باشد. شارژ الكتريكي ايجاد شده توسط يك پرتو الكتريكي همانگونه كه در شكل 18ـ2 نشان داده شده است اسكن مي شود. زماني تصوير بطور كامل گرفته مي شود كه نور منعكس شده از جسم كاملاً به سطح سنسور برسد. شارژ الكتريكي ايجاد شده توسط شارژ الكتريكي تنظيم مي شود. پرتو اسكن كننده مطابق استاندارد از بالا به پايين حركت كرده و مطابق استاندارد RS-170 خروجي مي دهد.

در سيستمي كه خروجي دوربين مطابق استاندارد RS-170 باشد مي توان دوربين را مستقيماً به صفحه نمايش تلويزيون متصل نمود و سيگنال دريافت شده بصورت تصوير بر روي صفحه تلويزيون نمايش داده خواهد شد. استاندارد ويدئو (كه بنام RS-170 شناخته مي شود) توسط اتحاديه صنايع الكترونيك بنا شده است كه در بخش جداگانه اي با تفصيل بيشتر توضيح داده خواهد شد.

خروجي دوربين نوع لامپي يك سيگنال آنالوگ مي باشد. دامنه ولتاژ اين سيگنال متناسب با شدت شارژ الكتريكي و در نتيجه متناسب با شدت نور تابيده شده بر سطح سنسور كه توسط پرتو الكتريكي اسكن مي شود مي باشد. (شكل 19ـ2).

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 18ـ2 اسكن توسط پرتو الكتريكي

 

 

 

شكل 19ـ2 a) تصوير تشكيل شده كه اسكن مي شود.

             b) سيگنال ولتاژ خروجي كه بصورت آنالوگ مي باشد.

مواد حساس به نور استفاده شده در لامپ دوربين را مي توان بگونه اي تغيير داد  كه زمان واكنش را تحت تأثير قرار دهد. شرايط پاسخ ديناميكي مورد نياز براي تصويربرداري از اجسام در حال حركت با شرايط لازم براي تصويربرداري از اجسام ساكن و با نوردهي كم متفاوت است. براي پرهيز از تصاوير تار  مي بايستي در هنگام تصويربرداري اجسام متحرك زمان نوردهي حتي الامكان كوتاه باشد. در حاليكه بهنگام تصويربرداري از اجسام ساكن بهتر است مدت نوردهي تا حد امكان زياد باشد تا سنسور دوربين حداكثر فوتونهاي نور را دريافت كند. واكنش سطوح خيلي حساس كم بوده و در نتيجه تصوير لبه هاي اجسام متحرك بصورت تار خواهد آمد.

دوربين و مواد حساس استفاده شده تحت تأثير عوامل محيطي مثل شدت نور بسيار بالا امواج مغناطيسي بصورت تار درخواهد آمد.

دوربين نوع لامپي بعلت داشتن اجزائي مثل سيم پيچيهاي هدايت پرتو نسبتاً سنگين بوده و چندين پوند وزن دارند. در مقابل، دوربينهاي نوع  لامپي كه در موارد صنعتي استفاده مي شوند در حدود 10 تا 20 وات مي باشد در حاليكه مصرف دوربينهاي حالت جامد در حدود 1 تا 3 وات بيشتر نيست. رزولوشن دوربينهاي نوع لامپي در حالت كلي بيشتر از رزولوشن دوربينهاي حالت جامد مي باشد اما با پيشرفت تكنولوژي ساخت مدارهاي مجتمع بسيار بزرگ روز به روز دوربينهاي حالت جامد با رزولوشن بالاتر و در ابعاد كوچك ساخته مي شوند.

مشخصات: دوربينهاي لامپي در مواردي انتخاب مي شوند كه رزولوشن بالا يا تصاوير رنگي با كيفيت بالا و يا تصويربرداري در نور كم مورد نياز باشد. هم اكنون دوربين لامپي نوع ويديكن متداولترين دوربين از اين نوع مي باشد ولي بتدريج انواع جديدتر جايگزين مي شوند. ذيلاً هشت مشخصه دوربينهاي نوع لامپي ذكر شده است:

1. در صورت استفاده از قالبهاي بجز RS-170 و با سرعت نمونه گيري بالاي سيگنال مي توان از رزولوشن بالايي بدست آورد.

2. حساسيت زياد كه بستگي به نوع لامپ دارد.

3. بدليل اعوجاج تصور و فرسوده شدن لامپ بايستي مرتباً دوربين كاليبره شود.

4. بدليل كم بودن سرعت واكنش تأخير تصوير (كندي) وجود دارد.

  1. 5.  چنانچه شدت نور دريافت شده زياد باشد اصطلاحاً سوختگي تصوير بوجود خواهد آمد.

6. دوربينهاي لامپي سنگين تر و بزرگتر بوده و حرارت بيشتري از دوربينهاي حالت جامد توليد مي كنند.

7. اين دوربينها تحت تأثير ميدانهاي مغناطيسي قرار مي گيرند و تصوير دچار اعواجاج هندسي مي گردد.

8. اين دوربينها نسبت به ارتعاش حساس هستند.

تكنولوژي دوربينهاي لامپي نسبتاً تكنولوژي تكامل يافته اي است و نوآوري در آن بسيار كمتر مي باشد. با فراگير شدن استفاده از دوربينهاي حالت جامد تعمير دوربينهاي لامپي و تعويض قطعات آن مشكل و مشكل تر خواهد شد. در دوربينهاي نوع لامپي مورد استفاده در ماشين بينايي از اتصال نوع C براي وصل نمودن لنز به دوربين استفاده مي شود.

تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال: تبديل سيگنال آنالوگ دوربين هاي نوع لامپي به سيگنال ديجيتال شامل سه مرحله است:

1. سيگنال آنالوگ بايستي نمونه گيري شود.

2. مقدار نمونه ها بايستي به سطوح خاكستري مناسب نسبت داده شوند.

3. مقادير سطوح بايستي بصورت ديجيتال درآيند.

نمونه گيري، فرآيندي است كه در طي آن سيگنال ولتاژ كه بصورت آنالوگ مي باشد در زمانهاي مشخصي نمونه گيري مي شود يك تصوير كه داراي تغييرات كنتراست زيادي است شامل اجزاء فركانس بالا خواهد بود و در نتيجه بايستي سرعت نمونه گيري مي تواند با سرعت كمتري انجام شود. بالا بودن سرعت نمونه گيري سبب خواهد شد تا تعداد نمونه بيشتر و در نتيجه داده بيشتري ايجاد شود. در اين صورت براي ذخيره داده ها بايستي از رشته اي با

تعداد آلمان بيشتر استفاده شود. علاوه بر آن پهناي باند سيستم بايستي بگونه اي باشد كه داده ها بتوانند در زمان مناسب پردازش شوند. سرعت نهايي سيستم در هنگام پردازش داده هاي تصويري براي بهبود كيفيت تصوير و همچنين امكان بهبوددهي تصوير بستگي به نرخ نمونه گيري (تعداد نمونه ها) خواهد داشت. تكنيكهاي پردازش تصوير كه با كم و زياد كردن و تصحيح برخي از خواص تصويري انجام مي شود مي تواند باعث واضح تر شدن تصوير و كاهش تداخل گردد.

لازم است مقادير هر يك از نمونه ها به سطوح خاكستري مناسب نسبت داده شوند. مقادير عددي هر يك از پيكسلها بايستي اعداد صحيحي باشند لذا بايستي قاعده مشخصي براي گردكردن مقادير اعشاري بكار رود. گرد كردن اعشاري در بخش بعدي توضيح داده خواهد شد.

براي اينكه نمونه سيگنالهاي گرفته شده براي پردازش در سيستم بينايي مورد استفاده قرار گيرد لازم است مقادير آن بصورت ديجيتال درآيند. حداكثر طول حرف مقاب تعريف در سيستم بايستي مساوي يا بزرگتر از تعداد بيت لازم نشان دادن مقدار حداكثر سطح خاكستري باشد.

رزولوشن نهايي سيستم متأثر از فرايند تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال مي باشد. هر چه تعداد نمونه ها بيشتر باشد رزولوشن سيستم بالاتر خواهد بود اما اين افزايش رزولوشن به قيمت افزايش پهناي باند نياز به كامپيوترهاي با توان پردازش بالاتر و توان ذخيره سازي بيشتر خواهد بود. در دوربين نوع لامپي اجزاء سيستم تبديل سيگنال آنالوگ به سيگنال ديجيتال نسبتاً كوچك هستند كه ممكن است در داخل خود دوربين يا بر روي كارت تصويرگير سيستم بينايي سوار شوند.

حداقل سرعت نمونه گيري كه لازم است تا اطلاعات اساسي سيگنال را حفظ كند بستگي به طبيعت ديناميكي تصوير و تعداد المانهاي آن در هر رديف از تصوير دارد. نمونه گيري بايستي با سرعتي معادل حداقل دو برابر بالاترين فركانس تغييرات پيكسلهاي تصوير باشد. سيگنال آنالوگ يك دوربين لامپي با استاندارد RS-170 كه در شكل 20ـ2 نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 20ـ2 داده هاي نمونه گيري شده از سيگنال آنالوگ

A)               سيگنال آنالوگ با استاندارد RS-170

 رشته سيگنال نمونه گيري شده كه بصورت پالسهاي ولتاژ درآمده است.


دوربينهاي حالت جامد:

اساس كار دوربينهاي حالت جامد بر اين اصل استوار است كه هر پيكسل يا سطح كوچك در سطح سنسور يك سيگنال الكتريكي جداگانه ايجاد مي كند. اين سيگنال توسط المانهاي نيمه هادي كوچك و مجزا مي شوند. مقاومت الكتريكي اين المانها در اثر دريافت انرژي نوري بر سطح آنها كاهش پيدا مي كند كه اين كاهش متناسب با مقدار انرژي شده مي باشد.

سيگنال ولتاژ خروجي كه در شكل 21ـ2 نشان داده شده است بستگي به مقاومت المان نيمه هادي دارد.

 

 

 

 

 

 

شكل 21ـ2) مدار سنسور در يك دوربين حالت جامد

رابطه بين تغييرات انرژي نوري و ولتاژ خروجي يك رابطه خطي نيست و بستگي به خواص انتقال شارژ الكتريكي در المانهاي نيمه هادي دارد. نسبت افزايش جريان الكتريكي به افزايش انرژي نوري تابيده شده به المان را اصطلاحاً توان گاما مي نامند.

خروجي ايجاد شده بصورت سيگنال ولتاژ بوده كه متناسب با شدت نور تابيده شده بر سطح المان نيمه هادي مي باشد. يك سنسور شامل تعداد زيادي از اين المانها مي باشد كه ممكن است اين المانها بصورت خطي و يا بصورت يك رشته مستطيلي كنار هم چيده شوند. با نمونه گيري از خروجي هر يك از المانها داده هاي تصويري بدست مي آيند. المانها بايستي به اندازه كافي نسبت به نور حساس باشند تا بر اثر دريافت امواج در زمان ثابت امكان نمونه گيري از تمامي الوانهاي ماتريس وجود داشته باشد. خروجي سنسور بصورت يك سري از پالسهاي ولتاژ بوده كه بيانگر شدت نور در مكانهاي مشخصي مي باشد. پالسهاي ولتاژ بايستي براي استفاده به فرم مناسب درآيند. چنانچه اين خروجي قرار است به كامپيوتر وصل شود بايستي اين پالسهاي ولتاژ بصورت ديجيتال باشند و چنانچه قرار است اين خروجي بر روي صفحه تلويزيوني به نمايش درآيد بايستي به صورت استاندارد RS-170 درآيد. در دوربينهاي حالت جامد مشكل زنندگي تصوير (مشكل ناشيء از تابش نور با شدت زياد) وجود ندارد. احتمال صدمه ديدن دوربين در هنگام مشاهده تقسيم نور بسيار كم مي باشد.

چهار نوع اصل مواد استفاده شده به  عنوان المان سنسور دوربين حالت جامد عبارتند از:

  1. MOS- Metal Oxide Semiconductor
  2. CCD- Charge Coupled Device
  3. CID- Charge Injected Decice
  4. CPD- Charge Priming Device

CID و CPD خيلي شبيه يكديگر بوده و در جدول 3ـ2 كه در آن مواد مختلف مقايسه گرديده اند به عنوان يك دسته در نظر گرفته شده اند.

يكي از معايب دوربينهاي CCD اين است كه چنانچه يكي از المانها معيوب باشد وعمل نكند تمامي رديف مربوط عمل نخواهد كرد كه براي كاربردهاي صنعتي نامطلوب مي باشد. علاوه بر اين دوربينهاي CCD تحت تأثير پديده موري (Moire) قرار مي گيرند و تصاوير حاصل بر روي مونيتور شامل اشكال حلقه مانندي خواهند بود

جدول 3ـ2 كارآيي دئربينهاي حالت جامد

CPD/CID

CCD

MOS

نوع المان

5

3

10

حساسيت ( حداقل Lux)

1

4

1(ضعيف ترين)

دامنه ديناميكي (نسبي)

خوب

ضعيف

خوب

جريان تاريك

4

1

15

نويز

اندازه فيكزيكي مدار مجمتمع يك سنسور كه داراي 256 رديف و هر رديف داراي 256 المان مي باشد كمتر از يك چهارم اينچ است. سطح سنسور صاف بوده و داراي يك دريچه مي باشد كه سطح حساس المان در پشت دريچه قرار گرفته است تا بدين ترتيب محافظت شود.

المانهاي سنسور ممكن است بصورت خطي و يا ماتريس مستطيلي كنار هم قرار گيرند. سنسورهاي خطي ممكن است بصورت دايره اي ساخته شوند و المانها با فواصل مساوي كنار همديگر  چيده شوند تا در كاربردهايي از قبيل متمركز كردن (focusing) رديابي و زاويه يابي استفاده شوند. يك سنسور دايره اي كه داراي 720 المان  مي باشد به ازاي هر نيم درجه يك المان خواهد داشت. وزن دوربينهاي حالت جامد چند وانس بيشتر نيست و حدوداً يك پانزدهم دوربين نوع لامپي مي باشد. ميزان مصرف دوربين در حد 2 وات بوده و مي تواند توسط باتري 12 ولت تغذيه شود. اين دوربينها در مقابل شوك و ارتعاش مقاوم بوده و مي توانند در هر وضعيتي نصب شوند. عمر دوربينهاي حالت جامد بالا بوده و براي مدتي بين 7 تا 10 سال نياز به تعمير ندارند.

خواص: هماهنگونه كه قبلاً ذكر شد دوربينهاي حالت جامد ممكن است داراي سنسور خطي يا ماتريس مستطيلي باشد. نوع ماتريس مستطيلي مركب از چندين ريدف بوده كه هر رديف نيز داراي چندين المان مي باشد و توسط اين دوربينها مي توان تصوير دو بعدي گرفت.

خواص دوربينهاي حالت جامد ذيلاً آورده شده است:

  1. دوربينهاي ماتريسي با استاندارد RS-170 وجود دارند كه خروجي آنها بر روي تلويزيون قابل نمايش است.
  2. دوربينهاي خطي مي توانند انتها به انتها به هم وصل شوند تا يك دوربين خطي طويل تر ساخته شود. در دوربينهاي ماتريسي ابعاد ماتريس المانها متفاوت بوده و اندازه حدوداً 300 تا 500 المان در 300 تا 500 المان متداول مي باشد. هر چند كه روز به روز دوربينهاي با تعداد المان (پيكسل) بيشتر به بازار مي آيند.
  3. واكنش سنسور در مقابل طيف ناحيه مادون قرمز، بيشترين است لذا براي تصاوير معمولي كه حاوي طول موج مادون قرمز مي باشند ممكن است از فيلتر مادون قرمز استفاده شود.
  4. بسته به قيمت دوربين و سنسورهايي با كيفيت هاي متفاوت وجود دارند (دوربينهاي ارزان ممكن است داراي پيكسلهايي باشند كه خوب عمل نمي كنند.)
  5. در دوربين هاي حالت جامد قاعدتاً عيوبي از قبيل اعوجاج هندسي تصوير كندي يا انحراف وجود ندارد.
  6. سرعت انتقال پيكسل مي تواند تا حد 20 مگا پيكسل بر ثانيه باشد.
  7. اين دوربينها سبك و  مستحكم مي باشند و مصرف آنها كم است. براي تغذيه آنها مي توان از باتري استفاده نمود.
  8. براي نصب لنز بر روي دوربين مي توان از انواع اتصال U,C يا نيزه اي با رينگ مخصوص استفاده نمود.

 

2ـ2 پردازش

محدوديتهاي فيزيكي سخت افزار استفاده شده براي گرفتن تصوير باعث بوجود آمدن نويز از هر دو شكل سيستماتيك و تصادفي آن در داده هاي تصويري مي گردد. علاوه بر اين تصوير ممكن است داراي قسمتهايي باشند كه مورد نظر نبوده و يا حتي شامل قسمتهايي باشد كه روي قسمت موردنظر را پوشانده باشد. نقش اصلي پردازش تصوير عبارتست از ايجاد تغيير در داده هاي تصويري و ايجاد يك تصوير جديد بگونه اي كه در اين تصوير جديد قسمتهايي از تصوير كه مورد نظر مي باشند از لحاظ كيفيت بهبود يافته باشند و يا از اثرات نويز كاسته و يا بكلي حذف شده باشند . تكنيكهاي ويژه پردازش داده ها كه براي اين منظور بكار مي روند در فصلهاي سه و چهار بطور مفصل بيان خواهند شد.

عناصر پردازش شامل اجزاء الكتريكي (سخت افزار) و برنامه هاي نرم افزاي مي باشند كه اعمال زير را انجام مي دهند:

  1. گرفتن تصوير
  2. بهبوددهي تصوير
  3.  قالب بندي كردن سيگنال خروجي
  4. استخراج ويژگيها

در يك سيستم ماشين بينايي ممكن است پردازش تصوير توسط سخت افزار و يا نرم افزار انجام شود. بطور كلي وقتيكه الگوريتم يكي پردازش كاملاً مشخص و ثابت گرديد مي توان براي اجراي آن از سخت افزار استفاده نمود كه اين كار باعث افزايش سرعت سيستم خواهد شد. استفاده از سخت افزار موجب س افزايش قيمت اوليه سيستم شده امكان ايجاد تغييرات در نحوه پردازش كاهش مي يابد و بر احتمال اينكه تمامي سيستمهاي مشابه موجود در يك كارخانه پردازش مشابهي را انجام دهند افزوده مي شود.

اجزاء سخت افزاري مربوط به تبديل سيگنال آنالوگ به ديجتال و ذخيره سازي تصوير در حافظه در هر سيستمي وجود دارند. با توجه به اينكه هنوز مشخصات اجزاء پردازش تصوير بصورت استاندارد در نيامده اند بايستي قبل از خريد اجزائ سيستم توجه نمود كه سخت افزار استفاده شده با نرم افزار پردازشگر تصوير همخواني لازم را داشته باشد.

اغلب سيستمهاي بينايي موجود در بازار تكنيكهاي عمومي براي الگوريتمهاي پردازش اوليه از قبيل حذف نويز بهبوددهي لبه ها فيلتر كردن اصلاحات سطوح خاكستري را دارا هستند. لذا نيازي به نوشتن نرم افزار مخصوص براي انجام اين عمليات نمي باشد. سه طريق اصلي در تغيير داده ها عبارتند از: 

  1. تغييرات تك متغيره نقطه به نقطه با استفاده از مقادير نقاط در يك تصوير
  2.  تغييرات چند متغيره با استفاده از مقادير نقاط متناظر در تصاوير مختلف (تغييرات چند نقطه اي)
  3. تغييرات ناحيه اي نقاط از يك تصوير واحد

در تغييرات نقطه به نقطه هر پيكسل از تصوير اوليه تبديل به مقدار جديدي مي شود كه مرتبط با مقدار اوليه اش مي باشند. سپس اين مقدار در محل پيكس متناظر در تصوير جديد قرار مي گيرد. به عنوان مثال مي توان از معكوس كردن مقادير پيكسلهاي يك تصوير دودويي نام برد كه در اين تغيير پيكسلهايي كه مقدارشان صفر است به يك تغيير مي يابند.

در تغييرات چند نقطه اي تصوير جديدي حاصل مي شود كه مقادير پيكسلهاي اين تصوير مرتبط با مقادير پيكسلهاي متناظر آن در دو يا چند تصوير اوليه باشد. مقادير پيكسلهاي تصاوير اوليه ممكن است به روشهاي مختلفي با يكديگر تلفيق شوند. مقادير پيكسلهاي دو تصوير مختلف از يك شهر كه در زمانهاي متفاوتي گرفته شده ا ند ممكن است از همديگر تفريق شوند تا تغييرات بوجود آمده در طي فاصله زماني بين دو تصوير مشخص گردد. تصحيح داده هاي تصويري ممكن است براي اهداف كاليبراسيون بهنگام تغييرات ناشيء از تغيير مكان (دوربين) انجام گيرد اگر چه اين تغيير مكان براي پيكسلهاي ناحيه مياني ممكن است نيازي به تصحيح نداشته باشد ولي نواحي بيروني ممكن است نيازمند تصحيح و افزايش تا حد هفت درصد باشند. روش تغييرات نقاط متناظره مي تواند براي تلفيق داده هاي تصويري حاصل از چند سنسور مختلف بكار رود و تصوير از شيء يا ناحيه مورد نظر تهيه گردد. سنسورها ممكن است دوربينهاي ماهواره اي باشند كه يك تصوير واحد ولي توسط نوري با طول موجهاي مختلف در دامنه مادون قرمز ماورابنفش و نور قابل رويت را تهيه مي نمايند.

در روش تغييرات ناحيه اي نقاط محاسبه مقدار جديد يك پيكسل بر اساس مقادير پيكسلهاي پيراموني آن مي باشد. از اين روش مي توان براي محاسبه ميانگين داده هاي موجود در يك ناحيه استفاده نموده و چنانچه يك پيكسل داراي مقداري غير واقعي باشد (در اثر اشباع تا نويز...) مقدار ميانگين را جايگزين اين مقدار نمود تا بدين ترتيب داده هاي غير واقعي حداقل گردند. مقدار جديد پيكسل در تصوير جديد مساوي ميانگين 9 پيكسل مجاور خواهد بود. اغلب تكنيكهاي بهبوددهي تصوير از روش تغييرات ناحيه اي نقاط استفاده مي كنند.

 

3ـ2 خروجي يا نمايش داده هاي تصويري

سيستمهاي بينايي موجود در بازار معمولاً داراي اين توانايي مي باشند كه داده هاي تصويري را به اشكال خروجي تصويري چاپ و به شكل سيگنالهاي كنترلي ايجاد نمايند. سيستم بينايي اطلاعات دقيق و فراواني را در اختيار استفاده كننده قرار مي دهد كه اين اطلاعات مي تواند به اتخاذ تصميم در مديريت فرآيندها كمك كند. چون نوع داده هاي مورد نظر و روش استفاده از اين داده ها بستگي به كاربرد خاصي  در بخشاي مختلف توليدي ميزان اتوماسيون در هنگام نصب و ساختار مديريتي سازمان دارد خروجي سيستم بايستي متناسب و مطابق با شرايط مربوطه باشد.

معمولاً امكان نمايش تصوير بصورت زنده بر روي مونيتور و همچنين امكان نمايش هيستوگرام (منحني نشان دهنده تعداد هر يك از سطوح خاكستري در تصوير) در هر سيستمي وجود دارد. علاوه بر اين طراح سيستم معمولاً امكاناتي را براي اپراتور فراهم مي كند تا بتواند ويژگيهاي نمايشيء را معين نمايد. به عنوان مثال با استفاده از نشانگر بتواند عواملي از قبيل موقعيت شي ابعاد قطعه يا اجزاء آن ابعاد محور اصلي و فرعي جسم اندازاه محيط و بالاخره دسته بندي شيء را مشخص و تعيين نمايد.

به عنوان نمونه مي توان از اشكال خروجي مخصوص كه براي يك سيستم طراحي شده اند خروجي به شكل سيگنال كنترلي را نام برد كه وقتي شيء مورد بازرسي (مثلاً برچسب يك بطري يا شماره قطعه) مشخصات لازم را ندارد اين سيگنال صادر شود يا گزارشاتي براي اطلاع اپراتور بر روي صفحه مونيتور ظاهر مي شود تا به وي كمك كند كه ماشين آلات و تجهيزات خط توليد را تنظيم كند.

ابزار و تجهيزات لازم و خروجي كه نسبتاً ارزان قيمت بوده و بطور گسترده در دسترس نيز مي باشند شامل اقلامي از قبيل پرگار اندازه‌گير، قوس سنجها، شمارنده پيكسل، عيب ياب متر، شابلون هاي متنوع و نشانگر مي باشند. هر ابزار بايستي مطابق نياز براي كاربردي خاص تهيه مي شود. به عنوان مثال از كوليس براي اندازه گيري ابعاد داخلي و خارجي بين لبه هاي موازي يك قطعه استفاده مي شود و اندازه گيري با اين ابزار بسيار دقيق تر از استفاده از تكنيك اعشار پيكسل مي باشد.

سيستم بينايي مي تواند اطلاعات پيوسته و قابل اعتماد در مورد وضعيت فرآيند توليد را فراهم كند. اين سيستم توانايي فراهم آوردن و به روز كردن داده هاي آماري مربوط به پارامترهاي كنترلي را داشته و مي تواند اين اطلاعات را بصورت نمايشيء ارائه داده به چاپگر بفرستد و يا اطلاعات را بطور پيوسته به كامپيوتر مركزي واحد توليدي ارسال نمايد.

 

 

 

 


 

 

فصل سوم

پردازش تصوير


3ـ مقدمه

در ابتداي اين فصل علائم و اصطلاحات مورد استفاده در بخشهاي بعدي كه پردازش تصوير را توصيف خواهند كرد. بطور كلي پردازش ديجيتالي تصوير ممكن است براي دستيابي به يكي از اهداف زير مورد استفاده قرار گيرد:

1ـ بهبود دهي ويژگيها      2ـ استخراج اطلاعات

 

1ـ3ـ پيكسل

هر تصوير توسط يك ماتريس M * N از مقادير پيكسلها ( المانهاي (ij ) P با مقادير اسكالر نامنفي) كه بيانگر شدت نور تابيده شده از جسم بر سطح پيكسل واقع در موقعيت (x,y ) مي باشد، تعريف مي شود.

اين مطلب در شكل 1ـ3 نشان داده شده است. در اين شكل ارتباط بين المان تصوير و پيكسلهاي ماتريس نشان داده شده است. مبدا مختصات استفاده شده براي تصوير و پيكسلهاي ماتريس نشان داده شده است. مبدا مختصات تصوير در گوشه چپ پائين قرار دارد در حاليكه مبدا مختصات پيكسلها در گوشه چپ بالاي ماتريس قرار دارد.

        در صورتي كه  

        i=(M-y)

 

 

 

 

 

 

شكل 1ـ3) a ) رابطه بين المانهاي تصوير   b‌)و پيكسلهاي متناظر درماتريس

افزايش              افزايش  

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 2-3) انديس گذاري پيكسلها در يك ماتريس تصوير

مقدار عددي پيكسل عبارت از ميانگين شدت نور تابيده شده بر سطح پيكسل مي باشد، مقدار هر پيسكل P(i,j) بين 0 و 1 مي باشد.

 

2ـ3ـ پنجره

يك بخش يا ناحيه از تصوير را يك پنجره گويند پنجره توسط مختصات نقاط چهار گوشه آن بيان مي شود ( شكل 3ـ3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 3ـ3) يك پنجره از تصوير و پنجرة‌ متناظر آن در ماتريس پيكسلهاي تصوير

 

3ـ3ـ مكان پيكسل

يك پيكسل متعلق به ماتريس M * N  در ساده ترين شكل توسط مختصاتش بيان مي شود. پيكسل واقع در مكان (n,m ) از يك ماتريس داراي مقدار عددي مي باشد كه همانگونه كه قبلاً ذكر شد اين بيانگر مقدار نور تابيده شده از بخشي از سطح به پيكسل مربوطه مي باشد.

به عنوان مثال تصويري را در نظر بگيريد كه در قسمت بالاي آن هيچگونه نوري وجود ندارد ( سياه كامل) و قسمت پايين آن بسيار روشن مي باشد ( سفيد كامل) و اين تصوير داراي ابعاد 10*10 مي‌باشد. اگر از يك سيستم دودوئي براي نشان دادن تصوير استفاده شود. آنگاه ناحيه اي كه در آن هيچ نوري وجود ندارد.

توسط عدد صفر و قسمت روشن با مقدار يك مشخص خواهد شد (شكل 4ـ3) . چنانچه از يك ماتريس 4*5 يعني داراي 5 رديف و 4 ستون از پيكسلها استفاده شود. هر المان 2*5/2 ( پهنا * ارتفاع) اينچي از تصوير توسط يك پيكسل بيان خواهد شد كه مقدار آن بستگي به ميانگين نور تابيده شده بر سطح آن دارد.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 4ـ3

a ) نورپردازي نايكنواخت بر روي يك سطح

b) مقادير متناظر پيكسلها به ازاي تصوير

سطح 2* 5/2 اينچي واقع در گوشه بالاي سمت چپ كه با موقعيت (1و1) درماتريس 4*5 الماني مشخص مي شود. بامقدار صفر بيان مي شودكه معني آن اينست كه هيچگونه نوري از اين قسمت دريافت نشده است. سطح 2*5/2 اينچي واقع در گوشه پايين سمت راست تصوير يعني المان واقع در ستون چهارم و رديف پنجم ( مختصات (4و5)) با مقدار يك يعني حداكثر دريافت نور بيان مي شود. بايستي توجه داشت كه چنانچه از يك سيستم كه داراي 16 سطح خاكستري است. استفاده مي شد. آنگاه مقدار پيكسل (1و1) برابر صفر و مقدار پيسكل (4و5) برابر 16 مي بود.

مشاهده مي شود كه هيچگونه اطلاعاتي در مورد مقادير مياني سطوح وجود ندارد و طراح سيستم بايستي يك حد آستانه را مشخص نمايد تا مقادير مياني سطوح وجود ندارد و طراح سيستم بايستي يك حد آستانه را مشخص نمايد تا مقادير زير حد آستانه ( كمتر از مقدار مشخصي نورپرداي) توسط عدد صفر و مقادير بالاي حد آستانه توسط عدد يك، بيان شوند.

در مثال ذكر شده، شكل المانها تصوير مستطيلي در نظر گرفته شدند. ولي بسته به نوع سنسور ممكن است. المانها بصورت مستطيلي يا دايره اي در نظر گرفته شوند. در مورد دوربينهاي لامپي با سطح سنسور دايره اي، ممكن است المانها قدري همپوشاني داشته باشند. مانند شكل 5ـ3.

 

 

 

(a )

 

 

 

 

 

(b)

شكل 5ـ3) المانهاي غير مستطيلي a) المانهاي گرد مجزا b) المانهاي گرد داراي همپوشاني

در هنگام استفاده از المانهاي مدور مجزا ( بدون همپوشاني) نور انعكاسي از سطح تصوير كه در پيرامون دواير قرار مي گيرند، اندازه‌گيري  نمي شود.

در حاليكه وقتي از المانهاي با همپوشاني استفاده مي شود. بخشهايي از تصوير دوبار اندازه گيري مي شود. بايستي توجه داشت نمي توان هيچگونه اطلاعاتي در مورد شكل سطحي از تصوير كه توسط يك پيكسل نمايش داده مي شود بدست آورد و همچنين نمي توان از مقدار يك پيكسل، اطلاعاتي دربارة‌توزيع نور بر سطح آن پيكسل بدست آورد. ( مقدار پيكسل فقط بيانگر ميانگين نور تابيده شده است)

 

4ـ3ـ سطح خاكستري

براي اينكه بتوان مقادير بين روشن و تاريك كامل را بيان نمود و اطلاعات تصويري كاملتري بدست آورد، لازم است تا تعداد بيتهايي كه مقدار پيسكل را نشان مي دهند، افزايش داد. به عنوان نمونه، چنانچه قرار باشد شدت نورپردازي را با چهار شدت مختلف بيان نمود لازم است تا از دو بيت دودوئي استفاده نمود.

بهمين ترتيب براي 16 سطح نياز به 4 بيت و براي 256 سطح نياز به 8 بيت مي باشد. تعداد مجموع سطوح خاكستري معمولا بصورت تواني از عدد 2 مي باشد.

كمترين مقدار پيسكل يعني صفر براي سياه كامل بكار مي رود و مقدار يك يا عددي برابر يكي كمتر از تعداد سطوح خاكستري سيستم براي سفيد كامل استفاده مي شود. مثلا عدد 15 براي بيان سفيد كامل در يك سيستم 16 سطحي بكار مي رود مقادير همواره مقادير صحيح مي‌باشند.

سطح خاكستري

دامنه مقدار خاكستري

 

2 مقدار

0و1

 

8 مقدار

از 0 تا 7

 

16 مقدار

از 0 تا 15

 

256 مقدار

از 0 تا 255

سيستمهاي اوليه ماشين بينايي فقط دودوئي بودند، به همين دليل سنسورهاي استفاده شده بسيار ساده بودند. علاوه بر آن جمع آوري داده ها، پردازش و ذخيره سازي تصوير سادهتر بود. اغلب ريزپردزانده هاي امروزي حداقل 8 بيتي هستندو لذا سيستمهاي 16، 64 و 256 سطح خاكستري، متداول مي باشند. استفاده از سيستمهايي با سطوح بيشتر از 256 چندان مفيد نبوده و براي اكثر كاربردهاي صنعتي فعلي، سيستمهاي با 256 سطح كفايت مي كنند.

سيستمهاي 64 و 256 سطحي تعداد سطوح بيشتري از آنچه توسط چشم انسان قابل تشخيص است را فراهم مي كنند. چشم انسان قادر است. در هنگام مقايسه بين رنگهاي مختلف خاكستري تا 40 سطح مختلف بين سفيد و سياه كامل را تشخيص دهد ولي بطور مطلق ( بدون مقايسه) قادر به مشخص نمودن 10 تا 15 سطح بيشتر نيست. قدرت تمايز يك سيستم 16 سطحي قدري كمتر از چشم انسان مي باشد. در حاليكه سيستمهاي 64 و 256 سطحي قدرت تمايز بيشتري از چشم انسان دارند.

اگر چه سيستم بينايي استفاده شده در يك كاربرد خاص ممكن است داراي 256 سطح باشد ولي بنا به دلايلي ممكن باشد تا تعداد سطوح متفاوت استفاده شود. براي دستيابي به دقت يا تلرانس مورد نياز از تكنيكهاي اعشار پيكسل با دقت 1/13,1/9 يا 1/20 پيكسل ممكن است استفاده شود. در اين صورت سيستمي با سطوح 9، 13 يا 20 نشان داده شده است.

تعداد سطوح خاكستري با واضح تر جلوه دادن بعضي از ويژگيهاي تصوير يا با حذف برخي از جزئيات بر روي كيفيت تصوير تاثير مي گذارند. در حالت كلي افزايش تعداد سطوح خاكستري باعث بهبود كيفيت تصوير شده و اين امكان را بوجود مي آورد تا بتوان بخشهاي خاصي از تصوير را بهبود داد. تصوير گيري بصورت تصاوير دودوئي نيازمند حافظة‌ كمتري مي باشد اماامكان استفاده از تكنيكهاي بسط سطوح خاكستري در هنگام پردازش تصوير را محدود مي كند. افزايش مي دهد و تصوير حاوي جزئيات بيشتري خواهد بود. افزايش رزولوشن متفاوت از بزرگ كردن تصوير توسط عدسي مي باشد. با بزرگ كردن تصوير توسط عدسي فقط اندازه پيكسل افزايش مي‌يابد.

سيستمهاي داراي سطوح بيشتر از 2 اولاً اين امكان را فراهم مي كنندتاسطوح متفاوت شدت نور تابيده شده را تفكيك نمود ثانياً امكان بهره گيري از تكنيك اعشار پيسكل را فراهم آورده كه مي تواند در اندازه گيري دقيق ابعاد اجسام از آن بهره جست در شكل 7ـ3 استفاده از ماشين بينايي با نورپردازي از پشت را براي اندازه گيري طول قطعه نشان مي دهد. گوشه هاي قطعه در شكل نشان داده شده در موقعيتهاي (2و2) و (4و2) و (2و4) و (4و4) قرار دارند.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 6ـ3) نمونه هايي از سطوح مختلف خاكستري

 

 

 

 

(A)

 

 

 

(B )

 

 

 

(C)

شكل 7ـ3) a ) شيء بر روي ميز نور    b) نماي از بالا

c) داده هاي تصويري متناظر، نقاط سياه با صفر و نقاط سفيد با 15

 نشان داده شده اند

در يك تحليل سلول به سلول ( پيكسل به پيكسل) مشاهده مي شودكه سطح نشان داده شده توسط پيكسل (4 و 2) يك سطح تاريك بوده و لذا مقدار پيكسل برابر صفر خواهد بود.

در حاليكه فقط نصف سطح پيكسل (2 و 4) توسط جسم پوشانده شده است از اينرو ميانگين نور دريافت شده برابر  يا 5/7 خواهدبود. تمامي سطوح كناري روشن بوده لذا مقادير پيكسلهاي مربوطه برابر 15 خواهد بود ( حداكثر مقدار در يك سيستم داراي سطوح از صفر تا 15).

با توجه به اينكه مقادير پيكسلها بايستي اعدادصحيح باشند عدد 5/7 بايستي تبديل به يك عدد صحيح گردد. در هر سيستمي بايستي نحوه تبديل اعداداشعاري به اعداد صحيح (قاعده گرد كردن) مشخص باشد. به عنوان مثال يك قانون كلي مي تواند اين باشد كه از روش گرد كردن رياضي استفاده شود يعني اعداد اعشاري با جزء اعشاري كوچكتر از 5/0 به عدد صحيح كوچكتر از 5/0 به عدد صحيح كوچكتر گرد شوند.

از اينرو،مقدار 5/7 درمثال فوق بايستي به عدد 8 گرد شود. يا اگر مقدار پيسكل 6/6 باشد به عدد 7 گرد خواهد شد. انتخاب حد آستانه براي گردكردن مهم بوده و بر روي تلرانس اثر مي گذارد لذا اطلاع از اين مقدار نيز مهم مي باشد.

 

5ـ3ـ خطاي كوانتايزكردن:

گردكردن مقادير پيكسلها به اعداد صحيح باعث خواهدشد تا دقت مقادير كم شود كه اين كم شدن دقت تابعي از قاعده گردكردن مي باشد.

قاعدة ‌گردكردن اعداد اعشاري به عدد صحيح بعدي براي يك سيستم 16 سطحي در شكل 8-3 نشان دادهشده است حاصل اين روش گرد كردن اين است كه همواره اندازه هاي گرفته شده مساوي يا قدري بزرگتر از اندازة‌واقعي خواهند بود.

با استفاده از تكنيك اعشار پيكسل و دانستن قاعده گردكردن ، مي توان ابعاد جسم و تارانسهاي اندازه گيري را مشخص كرد. اندازة‌x در شكل 9-3 برابر 4 پيكسل كامل و يك پيكسل كامل و يك پيكسل نيمه كامل مي باشد و اندازة‌y يك پيكسل است.

اينچ 100/0 * 12 * پيكسل ناكامل 1 + اينچ 100/0 * پيكسل 4 =    x 

پيسكل                          پيسكل

عامل  عبارتست از :  قسمتي از پيسكل كه پوشانده شده است

                 تعداد سطوح خاكستري سيستم

اينچ 475/0 = اينچ 075/0 + اينچ 400/0 =  X

اينچ 100/0 = پيكسل / اينچ 100/0 * پيسكل 1 = Y

 

 

 

 

شكل 8ـ3) خطاي كوآنتايزكردن ( گردكردن)

 

 

 

 

 

(a)

 

 

 

 

 

(b)

شكل 9ـ3) a ) مقادير پيكسلها به ازاي شيء نشان داده شده به سيستم

             b ) شيء با شكل منظم هندسي بر روي ميز نوري

تلرانس اندازه گيري با توجه به قاعده گردكردن مشخص مي شود. به عنوان مثال پيكسل بامقدار 11 ميانگين مقداري است از   x / 10 تا 0/11 و x مقداري است بزرگتر از صفر و كوچكتر يا مساوي يك به همين ترتيب يك پيسكل بامقدار 15 مي تواند هر مقداري بين   x / 14 تا 15 باشد بطور خلاصه

 

مقدار پيسكل در ماتريس تصوير

 

مقدار واقعي پيكسل

0

=

 

1

=

1< مقدار پيكسل < 0

11

=

11< مقدار پيكسل< 10

15

=

15< مقدار پيكسل< 14

همانگونه كه مشاهده مي شود خطاي اندازه گيري به دليل گردكردن بگونه اي است كه شيء نيم تواند بزرگتر از اندازه خوانده شده توسط سيتسم باشدو اما ممكن است به اندازة حداكثر يك پيكسل كوچكتر از اندازه خوانده شده باشد. در امتداد   x  ها هر دو انتهاي شيء مورد اندازه‌گيري در شكل 9ـ3 ممكن است به اندازه يك پيكسل داراي خطاي اندازه گيري باشد، در حاليكه در امتداد Y ها فقط امكان حداكثر يك پيكسل خطا وجود دارد.

تلرانس با ميزان احتمالي خطا در ابعاد جسم عبارتست از:

اينچ 0125/0 - = پيكسل / اينچ 100/0 *  * پيكسل 2 – اينچ 0/0+= x

اينچ 00625/0 - =پيكسل/ اينچ 100/0 *  * پيكسل 1-اينچ 0/0+=   y

ابعاد شيء برابر خواهد بود با:

0125/0 – اينچ 0/0 + 475/0 = x

00625/0 – اينچ 0/0 + 100/0 = y

در روش گردكردني كه عدد اعشاري بع عدد صحيح بزرگتر تبديل مي شود ( سته به تعداد اعشار و قاعده گردكردن) بايستي يك مقدار به عنوان مرز و حد واسط مشخص گردد كه اعدادي كه كمتر از آن هستند به عدد صحيح كوچكتر و اعدادي كه از آن بيشتر هستند به عدد صحيح  بزرگتر گرد شوند. به اين عدد كه به عنوان مرز انتخاب مي شود  اصطلاحا حد آستانه گويند.

در چنين روش گردكردني كه از يك عدد بينابين به عنوان حد آستانه استفاده مي شود. ابعاد اندازه گيري ممكن است داراي خطاي مثبت و يا منفي باشند.

چنانچه از حد آستانه 5/0 براي گردكردن استفاده شود آنگاه به عنوان مثال مقادير بزرگتر از عددي مثل 5/6 به عدد 7 گرد خواهند شد و مقادير بين 6 و 5/6 (شامل خود 5/6) به عدد صحيح كوچكتر يعني به عدد 6 گرد خواهد شد و مقدار تلرانس ياخطاي احتمالي مي تواند مثبت يا منفي باشد كه مقادير اين خطا چه مثبت و چه متفي مساوي بوده و برابر 

 

 
   

 

 

خواهد بود، لذا هر چه تعداد سطوح خاكستري بيشتر باشد خطاي گردكردن كوچكتر خواهد بود.

 

1ـ5ـ3ـ  خطاي اندازه گيري

اندازة‌ يك شيء در يك تصوير از شمردن تعداد پيكسلهاي تصوير درامتداد مورد نظر بدست مي آيد. اگرچنانچه از نورپردازي از پشت استفاده شده باشد تصوير بصورت سياه يا سفيد خواهد بود و هر پيكسلي كه مقداري بجز مقادير مرتبط با سياه يا سفيد داشته باشد يعني داراي مقادير مياني باشد در اثر اين است كه تمام سطح پيكسل توسط تصوير شيء پوشانده نشده است. دقت اندازه گيري ابعاد متاثر از خطاي كوآنتايز كردن مقادير پيكسلهاي انتهاي تصوير شيء مي‌باشد.

اندازه يك شيء مستطيلي كه تصوير آن توسط يك سيستم 16 سطحي باابعاد پيسكل 1/0 * 1/0 اينچ و يا نورپردازي از پشت تشكيل شده است با جمع كردن  ابعاد تمامي پيكسلهايي كه بطور كامل پوشانده شده اند بعلاوه اندازه بخشي ء از پيكسلي كه قسمتي از آن پوشيده است و لذا داراي مقادير مياني مي باشد. مطابق شكل 9ـ3 و با گرد كردن مقدار مياني طبق قاعده گردكردن تعيين مي شود.

در يك سيستم نورپردازي از پشت، اجسام يا شكلهاي مختلف و متعدد ممكن است مقادير مياني يكساني را براي پيكسلها ايجاد نمايند. (شكل 10ـ3) درداده هاي تصويري 3 پيكسل با مقدار 7 مشاهده مي‌شود. كه اين پيكسلها آن قسمتي از تصوير رانشان مي دهند كه تمام سطح پيكسل توسط تصوير جسم پوشانده شده است.

 50% سطح پيكسل ( 5 و 4) توسط انتهاي مورب با زاويه ْ 45 پوشانده شده است. 50% سطح پيكسل (5و4) تسوط انتهاي مورب با زاوية‌ ْ45 پوشانده شده است. 50% سطحخ پيكسل (6و3) توسط انتهاي لبة‌ قائم كه فقط بشخي از سطح پيكسل را پر كرده پوشانده شده است و نهايتاً  50% پيسكل (2و3) توسط بخشي از اطراف يك سوراخ را احاطه كرده پوشانده شده است. در هنگام تحليل مقادير ماتريس تصوير با هدف تحليل اندازه ها و تلرانس اندازه گيري لازم است تا شكل هندسي جسم مورد اندازه گيري از قبل معلوم باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a )                       (b )

شكل 10ـ3) a ) شيء با شكل نا منظم بر روي ميز نوري

         b) مقادير پيكسلها در تصوير مربوطه

 

6ـ3ـ هيستوگرام

به نموداري كه تعداد سطوح مختلف خاكستري در يك تصوير را نشان دهد هيستوگرام گويند. در اين نمودار محور x i ها نشان دهنده هر يك از سطوح خاكستري و محور y ها تعداد پيكسلهاي متناظر با سطوح خاكستري و محور y ها تعداد پيكسلهاي متناظر با سطوح خاكستري مختلف مي باشند ( شكل 11 ـ 3).

 

 

 

 

 

 

 

شكل 11ـ3) هيستوگرام براي يك تصوير شامل 5*4 پيكسل و سيستم 8 سطحي

هيستوگرام بدينگونه ساخته مي شود كه :

1ـ داده‌هاي تصويري بصورت ديجيتال در آورده مي شود.

2ـ تعداد پيكسلها در هر يك از سطوح خاكستري شمرده مي شوند.

3ـ نمودار تعداد تكرار پيكسلها در هر يك از سطوح خاكستري ترسيم مي گردد.

نمودار مي تواند بصورت ميله اي باشد كه ارتفاع هر يك از ميله ها بيانگر تعداد پيكسل در آن سطح خاكستري خاص مي باشد. مقدار هيستوگرام در يك مقدار مشخصي از پيكسل بيانگر احتمال وقوع آن سطح خاكستري درهر يك از المانهاي تصوير مي باشد.  از اين گراف هيچ اطلاعاتي در خصوص مكان پيكسلها نم يتوان بدست آورد. احتمال اينكه يك پيكسل در مكاني مثل (x,y )‌ داراي مقداري مثل b باشد از شكل 11ـ 3 مي تواند بدست ايد كه اين مقدار عبارتست از:

 

 

 
 

مقدار b

مجموع تعداد پيكسلها

 

 

                                        = P (b)  در نقطة (y,x) از تصوير

 

اگر b=6 فرض شود با توجه به شكل 11ـ3 مقدار هيستوگرام بهازاي سطح خاكستري 6 برابر 7 مي باشد لذا

P(6) = 7 = 0/25

 شكل هيستوگرام اطلاعاتي رادرباره خواص تصوير فراهم مي كند به عنوان مثال يك هستوگران باريك ( در امتداد محور x ها) نشان دهنده اين واقعيت است كه كنتراست تصوير كم مي باشد.

يا يك مقدار پيكسل مشخص مي تواند نشان دهندة يك خاصيت منحصر به فرد از يك جزء تصويري مثل يك سوراخ باشد. هيستوگرام مي توانددر مواردي از قبيل بدست آوردن مقدار حد آستانه كه براي تبديل تصاوير سطوح خاكستري به تصاوير دودويي لازم است يا در تصحيح بخشي از طيف سطح خاكستري  مفيد باشد.

 


1ـ6ـ3ـ ايجاد هيستوگرام

هيستوگرام يك تصوير مي تواند طبق مراحل زير و همانگونه كه در شكلهاي 12ـ3 و 13ـ3 نشان داده شده است، ايجاد گردد.

1ـ تعداد مجموع پيكسلهاي تشكيل دهدة ‌تصوير مشخص گردد. اين تعداد بستگي به تعداد المانها دارد. در مثال ذكر شده از يك ماتريس با ابعاد M * N استفاده شده است. اگر N=M=10 باشد تعداد مجموع پيكسلها برابر   100 = 10 * 10 خواهد بود.

لازم به ذكر است كه M الزاماً باربر N نيست و مقادير آن بستگي به دوربين استفاده شده، سرعت نمونه گيري درفرايند تبديل سيگنال آنالوگ به ديجيتال و گنجايش حافظة‌ سيستم دارد.

هر چه مقادير M و N بيشتر باشد دقت و ريز سنجي سيستم افزايش مي يابد ولي لازم است تا محاسبات بيشتري انجام گيرد و زمان واكنش نيز افزايش مي يابد.

2ـ داده هاي تصويري بصورت ماتريسي در آورده وشد. درمثال از يك ماتريس 5*5 يعني مجموعة‌25 مقدار استفاده شده است.

2ـ داده هاي تصويري بصورت جدول در آورده شود، يعني به ازاي هر سطح خاكستري چه تعداد پيكسل داراي آن مقدار مي باشد. به عنوان مثال، 6 پيكسل داراي مقدار صفر هستند و يك پيكسل داراي مقدار 13 است. مجموع تعداد مقادير جدول بايستي مساوي M * N باشد در مثالي كه ذكر شد اين مقدار برابر 25 خواهد بود.

4ـ نمودار ميله اي بر اساس جدول تهيه شده در مرحله 2 ترسيم گردد. محور افقي از صفر شروع شده و تامقدار حداكثر يكي كمتر از تعداد سطوح خاكستري ادامه مي يابد. در مثال ذكر شده چون از يك سيستم 16 سطحي استفاده شده حداكثر عدد افقي عدد 15 خواهد بود.

بايستي توجه داشت كه مقدار حداكثر پيكسلها عامل تعيين كننده اي نيست. هيستوگرام حاصل داراي ميله هايي با ارتفاعهاي مختلف به ازاي مقادير از 0 تا 15  خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل 12ـ3) ايجاد هيستوگرام از يك تصوير باتعداد 5*5 المان استفاده شده است.

a)   در مرحله اول مقادير پيكسلهاي تصوير مشخص مي شوند و 

b ) در مرحله دوم مقادير پيكسلها بصورت عددي و ماتريسي تهيه مي‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

شكل 13ـ3) ايجاد هيستوگرام

a) ماتريس تصوير بصورت جدولي از مقادير پيكسل به ازاي تعداد پيكسلها تهيه مي شود.

b)   نمودار ميله اي داده هاي جدول تهيه مي گردد.

 

2ـ6ـ3ـ مشخصات

1ـ هيستوگرام هيچگونه اطلاعاتي در مورد توزيع و مكان پيكسلها ارائه نمي‌كند ولي مشخص مي كندكه به ازاي هر سطح خاسكتري چه تعداد پيكسل داراي آن مقدار از سطح خاكستري هستند.

2ـ چرخاندن شيء در مقابل دوربين هيچگونه اثري بر روي هيستوگرام نمي گذارد. در واقع هيستوگرام معياري از مجموع مقادير سطوح خاكستري در سرتاسر تصوير مي باشد.

 

 عبارتست از تعداد پيكسلها در يك سطح خاكستري مشخص ، و  عبارتست از مقدار سطح خاكستري اگر چنانچه با چرخاندن شيء درمقابل دوربين مقدار فوق تغيير كند، مي توان نتيجه گرفت كه نمونه گيري بخوبي انجام نمي گيرد. سرعت نمونه گيري را بايد تا حدي افزايش داد تا تصوير در زواياي مختلف مقدار ثابتي از جمع فوق را حاصل نمايد.

2ـ يك شي داراي هيستو گرام منحصر به فردي مي باشد ولي يك هيستوگرام مشابه ممكن است بيانگر تصاوير متفاوتي باشد.

هيستوگرام مي تواند اطلاعاتي براي مقياس بندي تصوير در دامنه سطوح خاكستري و همچنين در خصوص تغيير مقياس فراهم كند. مقياس تصوير ممكن است براي بالا بردن كنتراست آن تغيير داده شود.

5ـ هيستوگرام مي تواند اطلاعاتي براي يكنواخت كردن (Egualizaing ) در تصوري براي اهدافي چون تفريق نمودن تصاوير فراهم كند.

 

7ـ3ـ سيستمهاي رنگي RGB و CMYB

در سيستمهاي رنگي هر يك از پيكسلها داراي سه يا چهار مقدار مرتبط با آن پيكسل مي باشند به عنوان مثال، در سيستم سنتي قرمز، سبز، آبي ( RGB ) براي هر پيكسل ، سه مقدار وجود دارد كه هر يك از اين مقادير مرتبط با يكي از اجزاء اصلي رنگ مي باشد. از تركيب سه مولفه رنگ مي توان رنگهاي گوناگون را ايجاد نمود. در صنعت چاپ معمولا از سيستم چهار رنگي CMYB استفاده مي شود. زيرا بيننده نور انعكاسي را مشاهده مي كند كه يك فرايند تفريقي است.

همچنين مي توان از دياگرام كروماتوگرافي CIE در جهت متضاد استفاده كرد، بدين معني كه بر روي نمودار، يك نقطة كه همان رنگ مورد نظر است انتخاب مي شود، مختصات نقطه انتخاب شده نشان دهنده مقادير اجزاء رنگ هستند كه بايستي استفاده شوند.

هر يك از مولفه هاي رنگ داراي 16 يا 256 سطح مختلف مي باشند.

سيستم سه رنگي قرمز، سبز، آبي كه در صنعت مورد استفاده قرار مي گيردو سيستم چهار رنگي ( CMYB ) مورد استفاده در صنعت چاپ از اين جهت با هم تفاوت دارند كه سيستم سه رنگي يك سيستم اصطلاحاً افزودني است در حاليكه سيستم چهار رنگي يك سيستم اصطلاحاً كاستني است.

اگر پرتوهاي نوراني سه رنگ RGB بر روي يك صفحه سفيد كدر در يك اتاق تاريك تابانده شود، وقتيكه هر سه دسته نور بر روي هم قرار گيرند، رنگ سفيد حاصل خواهد شد و وقتي كه پرتو نوري وجود نداشته باشد، كاملاً تاريك خواهد بود. رنگ سفيد تشكيل شده حاصل جمع سه مؤلفة رنگ مي‌باشد.

در سيستم CMYB نور سفيد مركب از تمامي مؤلفه ها مي باشد و براي آنكه بتوان يك رنگ خاص را ايجاد كرد لازم است تا از فيلتر مناسب كه در بين نور و صفحه شفاف قرار مي گيرد استفاده شود تا با حذف يكي از رنگها رنگ مورد نظر تشكيل شود. فرآيند فوق يك فرايند كاستني است.

پایان نامه,انجام پایان نامه,سيستم هاي كنترل بينا

برای دانلود فایل اول مقاله کلیک کنید

برای دانلود فایل دوم مقاله کلیک کنید

سفارش پایان نامه