Os olhos das fábricas inteligentes – O que é visão computacional?

05/17/2024

O que é a visão artificial?

Num sentido lato, a "visão artificial" refere-se à utilização de informações visuais e ópticas utilizando tecnologias digitais. No entanto, como está a ser introduzida nos locais de produção da indústria transformadora, a visão artificial refere-se geralmente a tecnologias de imagem digital utilizadas na inspeção automática e na automatização de processos em fábricas.
A visão artificial consiste no seguinte:

・Secção de imagem (câmaras)
・Secção de interface (placa/interface de uso geral)
・Secção de motor de processamento (computador)
・Secção de controlo do processamento (software)

etc.
Os dados de imagem obtidos pela secção de imagem são carregados no motor de processamento através da secção de interface. Na secção do motor de processamento, a secção de controlo de processamento executa a ^{binarização*1}, a deteção de ^bordos*2 e outras formas de processamento de imagem. De seguida, envia os dados de imagem que concluíram o processamento de imagem para robôs e equipamento industrial.

*1: Processamento que converte os valores de pixel (valores limite) predefinidos para a imagem nos dois valores de preto e branco.
*2: Processamento que detecta as áreas claras e escuras numa imagem.

Imagem da configuração da visão artificial — Figura 1: Configuração da visão artificial

A visão artificial é utilizada na inspeção automática, no reconhecimento automático, na medição automática, etc. Por exemplo, a inspeção automática e o reconhecimento automático são muito rápidos em comparação com a inspeção manual. Além disso, a visão artificial utilizada na medição automática pode identificar com precisão pequenas diferenças de valor que os humanos não conseguem medir. Além disso, espera-se que a ligação da visão artificial às funções de IA produza utilizações mais inteligentes no futuro.

Diferenças entre visão artificial, visão computacional e visão de robôs

A visão por computador e a visão por robot são tecnologias semelhantes à visão artificial, mas cada uma desempenha funções diferentes. Aqui, explicamos como as suas funções diferem.

Diferenças entre visão artificial e visão computacional

A "visão por computador" é uma tecnologia que acrescenta funções de controlo de equipamentos às funções de visão artificial. A visão por computador pode controlar vários tipos de equipamento com base nos dados emitidos pela visão artificial. Por exemplo, isto tornaria possível combinar a saída de dados de imagem por visão artificial com dados CAD gerados pelo computador para controlar processadores ou para ajustar a velocidade de transporte do transportador com base em dados de imagem que capturaram o progresso do trabalho em linha.
Além disso, a visão por computador tem um vasto âmbito de utilização que inclui, naturalmente, fábricas inteligentes, bem como sistemas de assistência a árbitros e repetições virtuais em desportos e mapeamento de projecções, etc., em entretenimento.

Imagem de Exemplo de utilização da visão por computador — Figura 2: Exemplo de utilização da visão computacional

Diferenças entre visão mecânica e visão de robô

A "visão por robôs" é uma tecnologia que acrescenta a visão artificial às funções visuais dos robôs. A visão artificial liga câmaras a vários tipos de equipamento para obter dados de imagem, mas a visão por robôs liga câmaras à extremidade dos braços dos robôs para obter dados de imagem. Isto permite que o robot funcione com base em informações visuais obtidas por ele próprio.
Por exemplo, um robô que não utilize visão artificial só pode executar determinadas operações programadas antecipadamente. No entanto, quando um robô equipado com visão artificial aproxima o seu braço de robô de um objeto, identifica sequencialmente o alvo com base nos dados de imagem da câmara para executar operações.
Como este tipo de controlo operacional é possível, um robô equipado com visão artificial é capaz de executar operações detalhadas, precisas e flexíveis que não podem ser especificadas com um programa.

Imagem de Exemplo de utilização da visão por robot — Figura 3: Exemplo de utilização da visão do robot

Exemplo de utilização de visão artificial numa fábrica inteligente

A visão artificial é utilizada em vários tipos de trabalho numa fábrica inteligente. Aqui, apresentamos um exemplo de utilização da visão artificial.

Leitura de caracteres a uma velocidade ultra-rápida - OCR (Optical Character Recognition/Reader)

O OCR é uma tecnologia que digitaliza caracteres manuscritos ou impressos com um scanner de imagem ou uma câmara digital. A visão artificial digitaliza o código 2D, o número de série, a data de fabrico, etc., impressos nos produtos. Os dados digitalizados são utilizados em inspecções da qualidade de impressão ou para verificar se os caracteres corretos foram impressos, bem como para o rastreio do processo seguinte, etc. Em muitos casos, os produtos que estão a ser digitalizados por OCR passam pela linha a alta velocidade. Por conseguinte, a visão artificial utiliza câmaras que podem captar imagens a alta velocidade e sistemas de processamento de imagem capazes de processar a alta velocidade.

Imagem de OCR numa linha de produção — Figura 4: OCR numa linha de fabrico

Digitalização de formas em 2D e 3D - Inspecções visuais

A utilização da visão artificial é considerada o meio mais eficaz de inspeção visual numa linha de fabrico. Uma vez que a inspeção visual baseada na visão artificial é capaz de inspecionar a precisão dos produtos após o corte e a moldagem e o estado de montagem dos componentes, etc., com elevada velocidade e precisão, é essencial para melhorar a eficiência da produção e manter a qualidade. As superfícies dos objectos alvo podem variar muito em termos de brilho e absorção de luz, etc. A iluminação utilizada na visão artificial permite inspecionar produtos com várias condições de superfície, alterando o método de iluminação e a cor dos raios de luz. Além disso, as câmaras 3D equipadas com um sistema de medição ^{estereofónico*3}, de tempo de ^voo*4 e outros sistemas de medição, bem como com luz estruturada*5 ^e outros sistemas de imagem, também podem medir a profundidade.

*3: Método que utiliza duas câmaras para efetuar a triangulação e medir a distância a um objeto.
*4: Método que mede a distância a um objeto de acordo com o tempo que a luz emitida por uma fonte de luz demora a refletir no objeto e a regressar a um detetor de luz.
*5: Método de iluminação que emite luz com um padrão de sombreamento específico.

Imagem de Inspeção visual com uma câmara 3D — Figura 5: Inspeção visual com uma câmara 3D

Agarrar componentes específicos - Picking

O "picking" numa linha de fabrico refere-se à tarefa de recolher (apanhar) os componentes e produtos necessários. A utilização da visão artificial torna possível identificar e recolher componentes com a cor e a forma especificadas, mesmo que componentes e produtos com várias cores e formas estejam misturados numa caixa.

Imagem de Apanha por um robot — Figura 6: Picking por um robot

Fornecimento de funções visuais a robôs - Controlo operacional de robôs

Nos últimos anos, os robots industriais também têm sido utilizados em trabalhos de precisão devido à sua elevada precisão de funcionamento. Por exemplo, desempenham um papel ativo na instalação, soldadura e soldadura de microcomponentes. No entanto, o controlo desse trabalho com programação requer dispositivos de posicionamento de alta precisão. Com a visão artificial que utiliza a visão artificial, não são necessários dispositivos de posicionamento de alta precisão para que o robot efectue um posicionamento preciso com os dados de imagem da câmara montada na extremidade do braço do robot.

Imagem de Instalação de microcomponentes com um robot — Figura 7: Instalação de microcomponentes com um robot

Futuro da visão artificial - Visão da IA

À medida que vários tipos de equipamento industrial passam a utilizar a IA, uma forma de evolução da visão artificial que se revela promissora é a "visão com IA".

O que é a visão da IA?

A visão de IA é um sistema que equipa chips de IA leves em smartphones, etc., com câmaras e funções de câmara para fazer inferências sobre os dados de imagem captados. A visão com IA assemelha-se à visão por computador na medida em que utiliza IA (inteligência artificial), mas a visão por computador faz principalmente inferências com um serviço de IA na nuvem (Figura 8).
Por outro lado, a visão com IA equipa um módulo de IA num dispositivo de extremo para fazer inferências e os resultados das inferências são armazenados no servidor de extremo. O servidor de ponta comunica com a IA na nuvem apenas quando necessário. (Figura 9).

Imagem da visão por computador — Figura 8: Visão por computador

Imagem da visão de IA — Figura 9: Visão da IA

Portanto, a visão de IA tem as seguintes vantagens sobre a visão computacional:
・Capaz de diminuir o volume de comunicação com o serviço de IA na nuvem
・Capaz de evitar fugas externas de dados recolhidos pelos sensores
・Superior capacidade de resposta
Além disso, as câmaras e os smartphones utilizados na visão de IA são designados por "dispositivos de IA de ponta", enquanto o método que faz inferências no dispositivo de ponta é designado por "IA de ponta".

Que tecnologias são necessárias para concretizar a visão da IA?

Embora a visão de IA tenha as vantagens descritas acima, os módulos de IA equipados em dispositivos de ponta exigem os seguintes tipos de funções.
・Conservação de energia superior devido a restrições na capacidade da bateria
・Capacidade de realizar processamento de alta velocidade devido ao requisito de capacidade de resposta
・Dissipação de calor superior devido à instalação num espaço limitado
Acima de tudo, é importante que os módulos de IA sejam compactos.

Resumo

Este artigo explicou o tema da visão artificial e as expressões semelhantes de visão computacional e visão robótica, bem como visão de IA. No futuro, espera-se que a visão artificial e a IA evoluam em estreita relação com a evolução da aprendizagem profunda dos dados de imagem. Além disso, prevê-se que sejam desenvolvidos novos sistemas e produtos de IA através da utilização correta da IA na nuvem e da IA de ponta.
Estas tendências tornar-se-ão provavelmente tecnologias essenciais para robôs de fábrica inteligentes, inspeção automática, reconhecimento automático e equipamento de medição automática que requerem informações visuais mais próximas do olho humano e capacidades de tomada de decisões que excedem as dos seres humanos.