التقنيات 2D و2.5D و3D في رؤية الآلة

تكنولوجيا رؤية الآلة تُعدّ ركيزة مهمة في الأتمتة الصناعية الحديثة والتصنيع الذكي، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات الفحص والتنقل والرقابة النوعية وغيرها. ومن بينها، تعد تقنيات الرؤية 2D و2.5D و3D ثلاث تقنيات أساسية، ولكل منها خصائص مختلفة وسيناريوهات تطبيق متنوعة.

أولًا. تقنية الرؤية 2D: العرض المستوي، البساطة والكفاءة

١. الخصائص التقنية

تقنية الرؤية ثنائية الأبعاد تعالج الصور المستوية، وهي تشبه التقاط صورة بالكاميرا وإتمام المهام من خلال تحليل هذه الصورة. وتشمل خطواتها الرئيسية ما يلي:

التقاط الصورة: استخدام كاميرات صناعية لالتقاط صور بالأبيض والأسود أو بالألوان، مع استخدام الإضاءة لجعل الصور أكثر وضوحًا.

المعالجة المسبقة: جعل المعلومات الرئيسية في الصور أكثر وضوحًا من خلال الترشيح أو تعزيز التباين.

استخراج السمات: تحديد سمات مثل الخطوط المستقيمة أو الحواف أو نقاط الزوايا في الصور.

التعرف على الأنماط: استخدام خوارزميات لتقييم ما تمثله هذه السمات، مثل النصوص أو الأنماط.

القياس والتحديد: حساب حجم الكائن وموقعه.

كشف العيوب: مقارنة الصور مع الصور القياسية للعثور على مواضع المشاكل.

2. السيناريوهات القابلة للتطبيق

تكنولوجيا الرؤية ثنائية الأبعاد مناسبة للمهام التي تحتاج فقط إلى رؤية الأسطح ولا تتطلب سمك الكائن، مثل:

التحقق من صحة طباعة الملصقات على المنتجات في المصانع.

مسح الرموز الشريطية على العبوات اللوجستية.

كشف الخدوش أو البقع على سطح لوحات الدوائر.

3. المزايا والقيود

المزايا: معدات بسيطة، تكلفة منخفضة، سرعة معالجة عالية، مناسبة لإتمام المهام ذات الحجم الكبير بسرعة.

القيود: لا يمكن معرفة ارتفاع أو عمق الجسم، وعديم الفعالية أمام الأشكال المعقدة أو الأجسام المُحْجَبة.

II. تقنية الرؤية 2.5D: إضافة الارتفاع، الرؤية المجسمة النصفية

١. الخصائص التقنية

تقنية الرؤية 2.5D تضيف بعدًا إضافيًا من المعلومات إلى الرؤية ثنائية الأبعاد وهو ارتفاع الجسم. ليست نموذجًا ثلاثي الأبعاد كاملًا، ولكنها تستخدم الليزر أو كاميرات العمق لتحديد الارتفاع عند كل نقطة على الصور المستوية. وتشمل الطرق الشائعة ما يلي:

قياس المحيط: مسح سطح الجسم بالليزر لقياس تغيرات الارتفاع.

خريطة العمق: استخدام كاميرات خاصة لتوليد صور تحوي معلومات الارتفاع.

ببساطة، الرؤية 2.5D تشبه إضافة "علامة ارتفاع" إلى الصور المستوية، ولكن يمكن عرضها فقط من زاوية واحدة.

2. السيناريوهات القابلة للتطبيق

الرؤية 2.5D مناسبة للسيناريوهات التي تحتاج إلى معرفة ارتفاع الأجسام ولكن ليس الشكل الثلاثي الأبعاد الكامل، مثل:

التحقق مما إذا كانت ارتفاعات المكونات على اللوحات الدوائرية طبيعية.

قياس ما إذا كانت أسطح الأجسام مسطحة أم بها نتوءات.

مساعدة الروبوتات في تقدير ارتفاع العوائق أثناء التنقل.

3. المزايا والقيود

المزايا: يحتوي على معلومات ارتفاع أكثر من 2D، لكنه أرخص وأبسط من 3D؛ أداء جيد مقابل التكلفة.

القيود: يمكن العرض من زاوية واحدة فقط؛ لا يمكن التعامل مع هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة أو إخفاء متعدد الأسطح.

III. تقنية الرؤية ثلاثية الأبعاد: صورة ثلاثية الأبعاد كاملة، غنية بالمعلومات

1. الميزات الفنية

تقنية الرؤية ثلاثية الأبعاد يمكنها عرض الشكل الثلاثي الأبعاد والموقع المكاني لكائن بشكل كامل، كأنها ترسم لوحة بانورامية لهذا الكائن. وتشمل طرق التنفيذ ما يلي:

الرؤية المجسمة: استخدام كاميرات متعددة لالتقاط الصور من زوايا مختلفة وحساب العمق.

المسح بالليزر: مسح سطح الكائن بالليزر لتسجيل الشكل.

الضوء المنظم: إسقاط أنماط ضوئية على الكائنات وإعادة بناء الشكل الثلاثي الأبعاد بناءً على التشويه.

وقت الطيران (ToF): قياس وقت إرسال الضوء وعودته لحساب المسافة.

إعادة البناء الثلاثي الأبعاد: استخدام صور متعددة أو بيانات سحابة النقاط لتجميع نماذج ثلاثية الأبعاد.

2. السيناريوهات القابلة للتطبيق

التقنية ثلاثية الأبعاد مناسبة للمهام التي تتطلب معلومات ثلاثية الأبعاد دقيقة، مثل:

تُوجِّه الروبوتات لالتقاط الأجسام غير المنتظمة.

التحقق مما إذا كانت الأجزاء المعقدة قد تم تجميعها بشكل صحيح.

قياس حجم الطرود في سلسلة التوريد لتحسين المساحة.

إنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد للبيئة المحيطة في القيادة الذاتية.

3. المزايا والقيود

المزايا: توفر معلومات فضائية كاملة؛ وتتعامل مع السيناريوهات المعقدة واحتياجات الدقة العالية.

القيود: معدات معقدة، تكلفة عالية، سرعة معالجة بطيئة، وتتطلب موارد حوسبة أكبر.

IV. مقارنة بين التقنيات ثنائية الأبعاد و2.5D وثلاثية الأبعاد: رؤية واضحة من نظرة واحدة

1. مقارنة الميزات التقنية

2. المشاكل التي تم حلها

الرؤية ثنائية الأبعاد: تتفوق في المهام المستوية، على سبيل المثال قراءة الرموز الشريطية، والتحقق من الألوان/النصوص.

الرؤية ثنائية الأبعاد والنصف: تحل مشكلات بسيطة تتعلق بالارتفاع، على سبيل المثال فحص عيوب السطح أو فحص ارتفاع المكونات.

الرؤية ثلاثية الأبعاد: مناسبة للمهام الثلاثية الأبعاد المعقدة، على سبيل المثال تحديد مواقع الكائنات غير المنتظمة أو تحليل العلاقات المكانية.

3. أمثلة على التطبيق العملي

(1) تصنيع السيارات:

ثنائية الأبعاد: فحص طلاء هيكل السيارة وعلامات الأجزاء

ثنائية الأبعاد والنصف: قياس استواء سطح هيكل السيارة

ثلاثية الأبعاد: توجيه الروبوت في اللحام أو التعامل مع الأجزاء

(2) الصناعة الإلكترونية:

ثنائية الأبعاد: فحص لحامات سطح لوحة الدوائر الكهربائية

2.5D: اكتشاف ارتفاع المكونات

3D: التحقق من تجميع المكونات المعقدة

(3) الخدمات اللوجستية:

2D: مسح ملصقات التعبئة

2.5D: قياس ارتفاع التعبئة

3D: حساب حجم التعبئة، وتحسين التخزين

V. الاتجاهات التكنولوجية: التكامل والتطوير

تتطور تقنية الرؤية الآلية الحالية بسرعة. تتجه تقنيات 2D و2.5D و3D نحو الاقتراب أكثر:

انتشار 2.5D: تصبح كاميرات العمق أرخص، وتصبح خيارًا عمليًا للعديد من المهام.

التمكين عبر الذكاء الاصطناعي: استخدام الذكاء الاصطناعي لتحليل الصور والبيانات ثلاثية الأبعاد للحصول على نتائج أكثر دقة.

دمج التكنولوجيا: تُبقي بعض الأنظمة مرونة في التبديل بين ثلاث تقنيات بناءً على المهام لتحسين الكفاءة.

الخاتمة: اختيار التكنولوجيا المناسبة هو المفتاح

تتميز تقنيات الرؤية 2D و2.5D و3D كل منها بمواصفات قوية:

2D: بسيطة وسريعة، مناسبة للمهام السطحية

2.5D: تضيف معلومات الارتفاع، مناسبة للمتطلبات المتوسطة

3D: وظائف قوية، مناسبة للمهام الثلاثية الأبعاد المعقدة