Thị giác máy – xử lý ảnh công nghiệp là gì?

      Thị giác máy là gì? Bài này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về khái niệm thị giác máy.

1. Hệ thống thị giác máy là gì?
      Theo tổ chức hình ảnh tự động (Automated Imaging Association – AIA), thị giác máy bao gồm tất cả các ứng dụng công nghiệp và không công nghiệp trong đó kết hợp giữa phần cứng và phần mềm cung cấp các  hướng dẫn hoạt động cho các thiết bị trong việc thực hiện các chức năng của chúng dựa trên việc chụp, xử lý và phân tích hình ảnh. Trong sản xuất công nghiệp, hệ thống thị giác máy – hệ thống kiểm tra quang tự động thường được sử dụng để tự động kiểm tra sản phẩm trên các dây chuyền sản xuất.

      Một hệ thống thị giác máy cơ bản thường bao gồm các thành phần sau:
1. Camera: Các camera theo các chuẩn công nghiệp khác nhau (USB 3.0, Gige, Firewire, GenIcam…) được sử dụng để thu hình ảnh của con hàng (sản phẩm) chạy trên băng chuyền (hoặc đứng yên)
2. Nguồn sáng: Chiếu ánh sáng ổn định vào con hàng để đảm bảo hình ảnh camera chụp được là tốt nhất cho mục đích phân tích.
3. Máy tính: Máy tính theo chuẩn công nghiệp chạy phần mềm xử lý ảnh và là trung tâm điều khiển.
4. Phần mềm: Phần mềm chuyên dụng xử lý hình ảnh thu được từ camera để cho biết con hàng có đạt tiêu chuẩn hay không.
5. Chỉ thị ra: Là bộ điều khiển chuyên dụng có thể thực hiện nhiệm vụ như chỉ thị đèn, loa, điều khiển cơ cấu đẩy con hàng.
6. Con hàng:  Là đối tượng (sản phẩm) cần phải kiểm tra chạy trên băng chuyền sản xuất (hoặc đứng yên)
7. Cảm biến: Là thiết bị phát hiện ra con hàng khi con hàng nằm trong vùng nhìn thấy của camera.

      Ngoài ra, tuỳ thuộc vào các yêu cầu của bài toán mà hệ thống còn có thêm các bộ phận khác như cơ cấu điều khiển, gá lắp camera, tủ điều khiển, hệ thống nguồn…
2. Hệ thống thị giác máy hoạt động như nào?
      Hoạt động của một hệ thống thị giác máy là hoàn toàn tự động. Khi con hàng [6]  đi qua cảm biến phát hiện [7], cảm biến này sẽ gửi tín hiệu cho camera [1] để camera thực hiện thu ảnh và truyền về máy tính [3]. Tại đây, máy tính chạy phần mềm chuyên dụng [4] sử dụng các thuật toán để phân tích sản phẩm theo tiêu chuẩn đặt ra. Khi phát hiện sản phẩm không đạt chuẩn, máy tính sẽ phát tín hiệu cho bộ chỉ thị ra [5] để thông báo cho người điều hành biết từ đó đưa ra các quyết định phù hợp hoặc các quyết định ấy có thể lập trình tự động như chỉ thị đèn/loa, chị thị cơ cấu chấp hành gắp nhả hoặc đẩy con hàng. Chu trình hoạt động của hệ thống thị giác máy cứ thế được lặp lại cho các con hàng khác.
3. Hệ thống thị giác máy có thể làm được những việc gì?
      Các hệ thống thị giác máy có thể thay thế con người thực hiện tất cả các hoạt động kiểm tra chất lượng sản phẩm, thậm chí có thể làm những việc kiểm tra mà con người không thể làm. Nhờ sự phát triển của phần cứng máy tính, camera độ phân giải cao và các thuật toán xử lý ảnh hiện đại, các hệ thống thị giác máy có thể thực hiện nhiều nhiệu vụ khác nhau như:
– Kiểm tra bề mặt
– Kiểm tra sắp xếp chi tiết
– Đọc mã vạch, kiểm tra chất lượng mã vạch
– Đọc ký tự quang, kiểm tra chất lượng ký tự quang
– Nhận dạng đối tượng
– Kiểm tra khuyết thiếu
– Đo không tiếp xúc
– Kiểm tra lỗi in ấn
– Kiểm tra rối loạn và phân loại màu sắc
– Điều hướng rô bốt…
4. Hệ thống thị giác máy có những lợi ích gì
      Nhờ sử dụng các thiết bị theo chuẩn công nghiệp với cơ chế hoạt động hoàn toàn tự động, các hệ thống thị giác máy giúp các nhà sản xuất tối tưu được quá trình sản xuất với những lợi ích sau:
– Tăng chất lượng sản phẩm: Việc kiểm tra giám sát chất lượng sản phẩm được thực hiện với hệ thống có độ chính xác cao nên chất lượng sản phẩm chắc chắn sẽ tăng.
– Nâng cao năng suất lao động: Công suất sản xuất sẽ tăng lên rõ rệt do hệ thống thực hiện hoàn toàn tự động bằng máy, hoạt động liên tục 24/7. Nếu con người phải thự chiện nhiệm vụ trong nhiều giây thị chí nhiều phút thì hệ thống được thực hiện bằng máy chỉ cần thực hiện trong vài mi li giây. Các công việc lặp đi lặp lại trước đây được thực hiện bằng tay và gây nhiều lỗi thì sẽ được thực hiện bằng công nghệ thị giác máy tự động.
– Linh hoạt trong sản xuất.
– Giảm thời gian ngừng hệ thống và giảm thời gian thiết lập.
– Thông tin đầy đủ hơn và kiểm tra quá trình chặt chẽ hơn. Các thông tin có thể được lưu trữ, thống kê tốt hơn trong khi làm bằng tay tốn nhiều thời gian và không chính xác.
– Giảm chi phí hạ tầng, giảm con người, tránh lãng phí.
– Giảm chi phí sản xuất.
– Giảm tỉ lệ sản phẩm phế liệu.
– Giảm không gian sản xuất.
5. Duy trì hệ thống thị giác máy như thế nào?
      Hệ thống thị giác máy sử dụng các thiết bị chuẩn công nghiệp, vì thế hệ thống hoạt động ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt và có tuổi thọ cao. Tuỳ từng điều kiện và môi trường sản xuất mà hệ thống thị giác máy yêu cầu chu kỳ duy tu bảo dưỡng khác nhau. Đa số các hệ thống thị giác máy là đơn giản trong cài đặt và vận hành sử dụng nên việc duy trì hoạt động của hệ thống cũng tương đối đơn giản. Ngoài ra, các tài liệu hướng dẫn sử dụng cũng như duy tu bảo dưỡng được cung cấp một cách chi tiết và được cập nhật thường xuyên tới người sử dụng.