Yapay görme - kameralı kontrol sistemleri; elektronik, optik, fotonik, yazılım ve otomasyon gibi birbirinden farklı disiplinlerin bir araya gelmesinden oluşur. Başarılı bir görüntü işleme çözümü geliştirebilmek için tüm bu teknolojilere hakim olmak gerekmektedir. Günümüzde kamera ve sensör teknolojisi hızla gelişmektedir. Yapay zeka yazılımları en çok görüntü işleme alanında çığır açmaktadır. İşlemci güçleri artmakta, güçlü grafik işlemciler çoğalıp ucuzlamakta, farklı kamera türleri pazara girmektedir.

AKU Vision Technologies olarak, görüntü işlemenin hemen hemen her alanında çözümler sunmaktayız. Güncel trendleri takip ederek pazara yeni giren ürünleri incelemekte, kendi özgün çözüm ve katkılarımızı sunmaktayız.

(Tipik bir bilgisayarlı görme sistemi düzeneği)

Çözümlerimiz, daha çok endüstriyel sistemler olduğu için genel olarak aşağıdaki yeteneklere sahiptir.

• 5-24V elektriksel sinyal üretme (İşlem sonucuna göre - OK ya da NOK - hattı durdurma, alarm verme, ışık yakma vb. amaçlar için)
• Tüm işlenen resimleri sonuçları ile birlikte kaydetme, geriye dönük inceleyebilme, veri tabanına yazabilme, istatistik ve rapor tutabilme
• PLC, konveyör, motor, vb. otomasyon sistemleri ile konuşabilme (IO, MODBUS, ProfiBUS vb. haberleşme)
• Kullanıcı kurumsal kimliğine uygun, kullanışlı son kullanıcı ekran ve arayüzlerine sahip olma
• Endüstri 4.0, IIoT, BigData çözümleri için %100 entegrasyon ve uyum

 

AKU olarak, çözümlerimizde ağırlıklı olarak bilgisayar tabanlı yapay görme sistemleri kullanmaktayız. Bir ya da çok sayıda kameranın güçlü bir bilgisayara bağlı olduğu, asıl işin yazılım tarafından yapıldığı sistemler kurmaktayız. Daha az sayıda olmakla beraber, akıllı kamera (smart camera) çözümlerimiz de mevcuttur. Akıllı kamera sistemleri ya da bilgisayar tabanlı sistemler, temelde aynı amaca hizmet eden farklı yetenek ve hedefleri olan yapay görme teknikleridir. (Aşağıda bahsedilecektir)
Yapay görme teknolojisine daha derinlemesine bakabilmek için, görüntü işlemede kullanılan temel kavramlara, kısaca değinelim.

1. Kamera : Görüntü almaya yarayan (bildiğimiz) cihazlardır. Genellikle kamera dendiğinde, kamera + lens sistemi akla gelmekle birlikte, yapay görme dünyasında kamera lensten bağımsızdır. Kamera dediğimizde, içinde sensör olan, -genellikle-haricen lens takılabilen, aldığı görüntüyü aktarabilen cihazlar aklımıza gelir. Terminolojide, çözünürlüğü, sensör özelliği ve haberleşme protokolü ile birlikte isimlendirilir.

3 MegaPixel, Global Shutter, USB3 Camera ya da 5 MegaPixel, Rolling Shutter, Gigabit Ethernet Camera gibi.

Piyasada farklı amaçlar için özelleştirilmiş  pek çok farklı kamera türü mevcuttur. Spectral, LWIR, SWIR, Infrared, Thermal vb. Blog ve Market sayfalarımızda, farklı kameralar, uygulama alanları hakkında daha detaylı teknik bilgiler verilecektir.

 

2. Lens : Kameraya takılan fotoğrafçılıkta da kullanılan bildiğimiz lens. Lensler de kendi içinde fokus tiplerine göre (oto-fokus, manual fokus, değişken fokus gibi), çalışma şekillerine göre (telecentric, pericentric, zoom, normal vs.) gibi sınıflandırılırlar.

Lens seçiminde pek çok ayrıntı vardır fakat önemli olanı, monte edileceği kameraya uygunluğu (montaj noktası) çözünürlüğü (evet lensin de bir çözünürlüğü vardır), odak mesafesi, çalışma şekli gibi bilgilerdir. İsimlendirilirken,

“5MegaPixel, C-Mount, 25 mm, Fixed Focus lens” gibi bir notasyon kullanılır.

25 ve 6 mm lens ile alınmış görüntüler. Lens mm değeri ne kadar büyükse o kadar dar açılıdır. Dar açılı lensler, yukarıdaki görselde görüldüğü gibi perspektif bozulmaya karşı daha iyi sonuçlar verirler. Perspektif bozulmanın hiç olmaması için, Telecentric lens kullanılmalıdır.

 

3. Sensör : Kamera içinde, gerçekte görüntüyü alan ve alınan görüntünün kalitesi dahil tüm özelliklerini belirleyen elektronik bölüm. Kamera üreticilerinin aksine, aşağı yukarı 2 elin parmakları kadar sensör üreticisi vardır. Kamera üreticileri, farklı sensör üreticileri ile çalıştığı için, kameradan bahsederken sensör bilgisini de belirtmek daha profesyonel bir yaklaşımdır.

3 MegaPixel, Sony IMX 265 Sensorlü, USB3 Camera gibi.

 

4. Haberleşme Protokolü :
Kameraların aldığı görüntüyü bir yere aktarması, bilgisayarla bağlantı kurması gibi durumlar için, bir haberleşme yöntemi kullanmalıdırlar. Pek çok farklı endüstriyel protokol olmakla birlikte en yaygın olanları (tahmin edilebileceği üzere) USB ve Ethernet haberleşmedir. Bunlardan farklı olarak CameraLink, CoaxPress gibi pek çok farklı bağlantı şekilleri de vardır. (Blog sayfalarımızda daha detaylı bahsedilecektir)

USB olarak, genelde USB3.1 (yapay görmedeki terminolojisiyle USB3Vision) en çok tercih edilendir. Hem yüksek bant genişliği, hem de her yerde bulunan kablosu hem de her bilgisayarın desteklemesinden dolayı avantajlıdır.

 

USB mesafesinin yeterli olmaması, daha uzak mesafelere veri gönderme gibi durumlar için Ethernet (Gigabit Ethernet) veya yapay görme terminolojisi karşılığı GigEVision kullanılır.

Son yıllarda gerek çözünürlüğün, gerek FPS (Frame Per Second) yani saniyede iletilen görüntü sayısı değerinin artması, özellikle çoklu kamera uygulamaları (multicamera) yaygınlaşması ile birlikte, bant genişliği ve hız çok daha önemli hale gelmiştir. (İleride makalelerde değinilecektir)

Bu temel tanımları yaptıktan sonra, görüntü işleme uygulamalarımızı, sınıflandırabiliriz.

Alan Taramalı (Area Scan) Görüntü İşleme sistemleri:

En yaygın olarak kullanılan yapay görme sistemleri, alan taramalı sensör kullanan sistemlerdir. Burada kamera tipik bir fotoğraf makinasında olduğu gibi, belirli bir alanın fotoğrafını çeker. Fotoğraf sensörün tipine göre en x boy olarak çözünürlük tipinden ifade edilir. (640 x 480 gibi)

Alan taramalı kameralarda en çok dikkat edilmesi gereken nokta, sensör çalışma şeklidir. Genel bir yaklaşım olarak, eğer görüntü hareketli ise Global shutter, sabit ya da durağan ise Rolling Shutter sensör kullanmak mantıklıdır.

Nesnenin hareketli olması (dönmesi, ilerlemesi vb.) ortamda titreşim bulunması gibi durumlarda global shutter sensör kullanılmak zorundadır. Global shutter daha karmaşık bir teknolojidirve genel olarak Rolling shutter sensörlere göre daha pahalıdır. Buna rağmen “Rolling Shutter” sensörlerin de bazı avantajları vardır. Daha ekonomik olmaları, daha az gürültü (noise) içermeleri gibi. Eğer sabit bir nesnenin fotoğrafı alınacaksa, (ölçüm gibi bir uygulama için mesela) Rolling shutter daha mantıklıdır.

Çizgi Taramalı (Line Scan) Görüntü İşleme sistemleri:

Buradaki mantık masaüstü tarayıcılar (scanner) ya da fotokopi makinalarındaki sistemin benzeridir. Temel fark, tarayıcı ya da fotokopi makinasında çizgi şeklindeki sensör hareket halindeyken, burada kamera sabittir ve fotoğrafını alacağı nesne hareket etmelidir. Kamera tek 1 sıra görüntü alır. Kamera çözünürlüğünden bahsederken bu tek bir satırın kaç pixel olduğu belirtilir. Genelde 2K, 4K, 8K gibi notasyon kullanılır. 2K line scan kamera, tek 1 satırın yana doğru 2048 pixel olduğunu belirtir. İstediğimiz kadar ardışıl çizgi alıp birleştirerek, hayli yüksek çözünürlüklü bir resim elde edebiliriz.

2K linescan kamera ile, arka arkaya 8192 satır aldığımızda, 16 MPixel bir görüntü elde etmiş oluruz. Bu tür kameralar genelde konveyör üzerinde hareket eden nesneleri fotoğraflamak, hızla akan bir kumaşı izlemek gibi durumlarda kullanılır. Genelde kameraya encoder bağlanır, böylece konveyör ya da nesnenin hızının artması ya da azalması alınan görüntüyü etkilememiş olur.

Kumaş kontrolü, baskı izleme, hızlı hareket halindeki parçaların hassas ölçümü gibi alanlarda kullanılırlar.

Tipik bir linescan kamera. Sensörün tek sıra çizgi içerdiğine dikkat edin.

3 Boyutlu Kameralar:

Görüntünün 3. Boyutunu (z) verebilen kameralardır. Yaygın olarak Stereovision (insan gözü gibi, birbirine göre kalibre edilmiş 2 kameranın kullanıldığı yapılar) kullanılmaktadır. Son zamanlarda ToF (Time of Flight) kameralar da yaygınlaşmaktadır. Daha sınırlı kullanım alanı olmakla birlikte Lazer destekli Line Profile kameralar da vardır. Hemen hepsinde yapılan, point cloud ya da disparity map dediğimiz, her bir pixelin uzaydaki z mesafesinin de verildiği fotoğrafların çekilebilmesidir.

Robot görmesi (Robotlu al ve yerleştir), yükseklik hacim bulunması, 3 boyutlu nesnelerin işlenmesi gibi uygulamalarda kullanılır.

Bilgisayar Tabanlı Görüntü İşleme Sistemleri ve Akıllı Kameralar

Kamera, içinde programlanabilir, çeşitli görevlere göre konfigüre edilebilir akıllı bir işlemci barındırıyorsa, akıllı kamera (smart camera) olarak adlandırılır. Eğer kamera böyle bir işlemci ünitesi barındırmıyor, sadece aldığı görüntüyü aktarıyor ve aktarılmış görüntü bir bilgisayar yazılımı tarafından işleniyor ise buna da bilgisayar tabanlı yapay görme sistemi denir. Bu 2 teknoloji, gerek üreticileri, gerek uygulayıcıları açısından, birbirine rakip 2 yaklaşımdır. Her ikisinin de avantajlı ve dezavantajlı olduğu yerler mevcuttur. Genel olarak, çözülmesi istenen problem basit ve iyi tanımlanmış ise akıllı kameralar, karmaşık, değişken ve daha profesyonel ise bilgisayar tabanlı sistemler tercih edilir. Akıllı kameralar, daha kısa bir eğitimden geçilerek öğrenilebilir, çeşitli parametreleri değiştirerek hızlıca çalışan bir uygulama ortaya çıkartılabilir. Bilgisayar tarafında ise, temel yazılım bilgisi, kameralar, lensler, görüntü işleme kütüphaneleri ve yapay görme teknolojisine temel bir hakimiyet gerekecektir.

Müşteri tarafından bakıldığında, aynı işi yapan sistemler için, genelde 1 kameralı sistemlerde akıllı kameralar, çok kameralı ya da detaylı çalışma gerektiren sistemlerde ise bilgisayar temelli sistemler daha ekonomik kalmaktadır.

Akıllı kameralar, genelde yavaş işlemcili, daha büyük bir kasa, çoğu kez tümleşik aydınlatma ve elektriksel giriş  çıkış noktaları olan, dışarıdan bakıldığında kolaylıkla fark edilebilen kameralardır. Yaygın üreticiler, Cognex, Keyence, Sick ,Omron, Panasonic, Banner, Leuze gibi çoğunlukla otomasyon alanında sensörler, tarayıcılar, bileşenler üreten firmalardır.

Bilgisayar tabanlı görme sistemlerinde ise, hemen hemen her tür kamera ve donanımla karşılaşmak mümkündür. Donanım kadar bilgisayar içinde çalışan yazılım veya kütüphaneler de belirleyici olmaktadır.

Aydınlatma :

Yapay görme uygulamalarında önemi genellikle ihmal edilen oysa ilk sırada önem gösterilmesi gereken unsuru doğru bir aydınlatmanın seçilmesidir. Blog ve market sayfalarımızda, pek çok farklı aydınlatma türü hakkında detaylı bilgi bulabileceksiniz. Konu detaylı olduğu için, ileride yer yer farklı teknolojiler hakkında bilgi vereceğiz. Başlangıç olarak bu belge, iyi bir kaynaktır. <LINK BURADA> AKU olarak, kendi aydınlatma modüllerimizi de içeren, çok farklı aydınlatma ürünleri ile hizmet vermekteyiz.

Güncel Trendler :

AKU olarak, görüntü işleme konusunda güncel trendleri yakından takip etmekte, çözümlerimize uyarlamaktayız. Spectral Imaging, SWIR veya LWIR kameralar gibi yeni nesil kameralar, Pericentric lens gibi yeni çıkan lensler, UV aydınlatmalar, yüksek CRI değerine sahip led aydınlatmalar gibi donanımları inceliyor ve çözümlerimizde kullanıyoruz. Bunlara ek olarak derin öğrenme, makine öğrenmesi teknolojilerini uyarlıyor, müşterilerimize sunuyoruz. Önde gelen görüntü işleme yazılımlarını takip ediyoruz. (Google Vision API, IBM Watson, NVidia cuBlas gibi)

Işığın, görünür tayfının dışında çalışan SWIR kameralar ile, görülemeyen pek çok ayrıntıyı yakalamak mümkündür. Yukarıda sisli ortamda normal ve SWIR kamera görüntüsü görülüyor.

Farklı sıvıların (asit, alkol, su vb.) SWIR kamera ile görüntülenmesi (yanda) kimyasal olarak farklı içeriklere sahip farklı sıvıların, SWIR kamera ile tamamen farklı görüntülendiğine dikkat edin.

(SWIR kamera başarılı çalışması için uygun nanometrede çalışan aydınlatma elemanlarına ihtiyaç duyacaktır.)

Gerek donanım, gerek yazılım olarak müşterilerimize en güncel teknolojiyi sunuyoruz. Düzenlediğimiz eğitimler ile yerimizde ya da istenmesi halinde müşterilerimizde, teknolojimizi paylaşıyoruz.

Özetle AKU; belirli bir marka ya da ürünün distribütörü olmayıp, müşterilerine en uygun çözümü sunabilmek amacıyla en ideal teknolojiyi uyarlamaya çalışan bir görüntü işleme firmasıdır.

Yapay görme, görüntü işleme konusunda, güncel trendler, teknolojik konular ve yeni çıkan ürünlere blog ve market sayfalarımızda yer vereceğiz.