Ipari képfeldolgozó rendszerek a gyakorlatban

A múltban az ipari képfeldolgozást főleg végellenőrzések céljára alkalmazták. A képfeldolgozó rendszerek is inkább válogató rendszerek voltak. Az ipari képfeldolgozás ma már ennél többet képvisel. Az ipari képfeldolgozás az ipari automatizálás része, igaz speciális része.

Az ipari automatizálás célja a gyártott termékek gyorsabb, jobb minőségű, minimális selejttel történő, olcsóbb előállítása. Ezen koncepcióval nehezen összeférhető, hogy a nagy nehezen legyártott terméket a gyártósor végén a kamera kiselejtezze. Az ipari képfeldolgozás egyik iránya a termelés segítése, a selejt leszorítása, a minőség növelése, valamint természetesen a selejt kiválogatása.

Egy ipari képfeldolgozó rendszer rendkívül sok információval képes rendelkezni a vizsgált termékről, általában nagyságrendekkel többel, mint a rendszer specifikációjában szereplő néhány mérési paraméter. Egyrészt ezen részinformációk sokaságából határozza meg végül a specifikációjának megfelelő mérési paramétereket, másrészt ezen részinformációk egyben magukban hordozzák a gyártási technológia tulajdonságait. Érthetőbben: a technológia még javában megfelelő, a gyártott termékek paraméterei még jók, azonban a részinformációk már jelzik, hogy például egy csapágy kezd tönkremenni, egy szelep nem működik megfelelően, egy szerszám kezd elkopni, stb. vagyis a gyártás ezen vagy azon paramétere kezd elállítódni.

Amennyiben megfelelő részletességgel elemzi a kamera a terméket, egyúttal a gyártási folyamatba is bepillantást nyer.

Ez az ipari képfeldolgozás egyik szerepe, magát a gyártási folyamatot képes látni, és ha kell, beavatkozni. Célja a selejt és a gyártási költségek leszorítása a folyamatban fellépő változásokra figyelmeztetve, és mellékesen a selejtes termékek időben történő eltávolítása, hogy azokra ne rakódjanak további munkafázisok költségei.

Mit értünk ipari képfeldolgozás alatt?

Magyar nyelven több névvel illetik a képek mérnöki célzatú mesterséges feldolgozását, elemzését, abból információk kinyerését. Az egyik az angol nyelvről fordított „image processing”, vagyis képfeldolgozás, egy gyűjtőfogalom, amely egy kép bármilyen manipulációját foglalja magában. A másik használt kifejezés az angol ”machine vision” amely alatt (legalábbis külföldön) valójában azt értik amiről szól ez az iparág, azonban ezen kifejezés nálunk főleg az angolt beszélők körében népszerű, a magyar fordítás a “gépi látás”, azonban valamiért nem terjedt el a köztudatban. Tehát élve a szabadság lehetőségével nevezzük ipari képfeldolgozásnak.

Az ipari képfeldolgozás alatt kamerák, vagy egyéb képet szolgáltató eszközök, pl szkennerek által szolgáltatott képek mérnöki célzatú elemzését, azon tárgyak felismerését, konkrét mérések vagy egyébb, akár az ember számára szubjektív, vagy láthatatlan dolgok matematikai alapokon nyugvó, tehát következetes kiértékelését értjük. Az ipari képfeldolgozás az ipari automatizálás egy ága, bár kétségtelen, meglehetősen speciális ága.

Az ipari képfeldolgozás bármelyik iparágban bármilyen célra alkalmazható amennyiben a termék vizsgálni kívánt paramétere látható, vagy láthatóvá tehető.

Kamerát sok, és egyre több területen alkalmaznak, bár kétségtelen ezen területek között van átfedés.

Hagyományos biztonsági vagy megfigyelő kamera rendszerek

A hagyományos biztonsági kamera rendszerek és az ipari képfeldolgozás között lényegében nem sok kapcsolat van leszámítva, hogy egyes biztonsági rendszerek már képesek rendszámot olvasni, ami az ipari képfeldolgozás által nyújtott lehetőség. Sem az alkalmazott eszközök, sem az alkalmazott technológia a továbbiakban köszönő viszonyban sincs egymással. Még a legmodernebb IP alapú vagy egyéb modern eszközként jellemzett biztonsági kamerák sem képesek elérni azt a színvonalat, ami az ipari képfeldolgozásban való részvételhez minimálisan szükséges lenne. A hagyományos biztonsági kamerarendszerek és technológiák, nevezzék azokat bármilyen modernnek, több nagyságrenddel elmaradnak az ipari képfeldolgozás legalsó szintjétől is. Ezek után nem kell azon csodálkozni, hogy legtöbb esetben nem lehet felismerni a bűnelkövetőt a képen.

Intelligens biztonsági rendszerek

Magyarországon ez még a jövő, azonban fejlettebb országokban a hagyományos biztonsági rendszereket már kezdik lecserélni intelligens biztonsági rendszerekre. Ezen kamerák már okosak, képesek akár arcfelismerésre, (pl. egyes fejlettebb repülőtereken már ilyen arcfelismeréssel is ellátott okos kamerák figyelik a járókelőket). Ezen kívül természetesen sok mindenre alkalmasak, képesek felismerni egyes emberi viselkedéseket, képesek gyanúsnak ítélt eseményeket jobban megfigyelni, ha kell akár követni, és minderről kristálytiszta, felismerhető képet szolgáltatnak. Rossz hír az autósoknak, hogy nagyon pontos sebességmérésre is alkalmasak, valamint egyből olvassák a rendszámot és kristálytiszta képet adnak a vezetőről.

Az okos kamerákban rejlő lehetőségek szinte végtelenek. Az okos kamerák eszközei az ipari képfeldolgozásban használt eszközök alsó kategóriája, a technológiája a legtöbb esetben szintén az ipari képfeldolgozás alsó kategóriája, ám például arcfelismerés esetén már méltó társa az ipari képfeldolgozásnak.

Az intelligens biztonsági kamerarendszereket nyugodtan nevezhetjük az ipari képfeldolgozás terjeszkedésének a biztonságtechnika irányába.

Orvosi képfeldolgozás

Hasonló eszközökön alapul, mint az ipari képfeldolgozás. A technológiája, már ahol használják és nem emberi kiértékelése van a látott képeknek, szintén hasonló az ipari képfeldolgozáshoz, azonban sokkal kisebb körben alkalmazzák, mint az ipari válfaját. A relatív mellőzésnek több oka van, azonban ezek nem tartoznak az ipari képfeldolgozás témakörébe.

Ipari képfeldolgozás

Az ipari képfeldolgozás manapság úgy tűnik két irányban halad. Az egyik irány a kompakt kamerarendszerek iránya. Ezen kamerák sok esetben egy házon belül tartalmazzák a kamerát és a feldolgozó egységet, vagy kamera és külön dobozban a feldolgozó egység. Saját egyedi belső szoftverrel rendelkeznek, amelyet, legalábbis elvileg, az adott alkalmazáshoz lehet beállítani – a felprogramozás szó azért itt enyhe túlzásnak számít. Ezen kompakt kamerák célpontja az egyszerű alkalmazások, céljuk az egyszerű kezelhetőség, és célzottan az automatizálási mérnökök számára készülnek.

Kompakt kamerarendszerek

Egy automatizálási mérnöknek ezer más dolga is van, így kevéssé várható el, hogy komolyabb képfeldolgozási, optikai és fénytani ismereteket sajátítson el, mielőtt egy kompakt kamerát telepít egy gyártósoron. Így ezen kamerák fő fejlődési irányvonala a még egyszerűbb kezelhetőség, hogy még szélesebb körben legyenek alkalmazhatók. Ennek a célkitűzésnek komoly ára van, a beépített szoftver tudás hiánya. Másrészt érthető, ha figyelembe vesszük, hogy a gyártók ezen eszközöket egyszerű alkalmazásokra gyártják, a cél minél több kamera alkalmazása, nem véletlenül: a gyártóknak a hardveren hihetetlen profitjuk van. Tehát az egyik irány a sok ám egyszerű kamera alkalmazása.

Valóban vannak alkalmazások, amelyek, ha úgy tetszik, kifejezetten ezen kamerák számára lettek kitalálva. Magyarországon a helyzet azonban egy kicsit más. Úgy tűnik hogy a nyugati iskolarendszerhez képest jobb iskolarendszerrel rendelkeztünk, így nálunk nem ritka, hogy a magyar szakemberek egyszerűbb és olcsóbb eszközökkel oldják meg ugyanazt a feladatot mint más országokban, így ezen kamerák piacát zsugorítják. Ez önmagában nem baj, azonban azt is látni kell, hogy Magyarországon nagyságrendekkel kevesebb kamera üzemel az iparban mint a fejlettebb országokban, ez óhatatlanul maga után vonja a kamerával kapcsolatos ismeretek hiányosságait.

Nem ritka a kamerával kapcsolatos tudnivalók túlmisztifikálása, illetve a kamerával kapcsolatos tudnivalók túlságos leegyszerűsítése.

Ez melegágya a nem megfelelő eszköz, nem megfelelő alkalmazásának. Sűrűn tapasztaljuk, hogy a gyártó vagy a vállalkozó nem tájékoztatja megfelelően a felhasználót, sok esetben nem azért, mert nem akarja, hanem a kompakt kamerák létrehoztak egy szegmenst, ahol automatizálással foglalkozó cégek felvették ezt a területet is a profiljukba, és – tisztelet a kivételnek – döntően ők sem rendelkeznek a szükséges tudással.

Magyarországon az ár fontos, ha nem a legfontosabb tényező. Így van ez a nyugati országokban is, a különbség kamerás részről csupán annyi, hogy amíg nyugaton – drága, nem drága – az alkalmazás kiszolgálására és hosszú távú üzemeltetésére legalkalmasabb eszközbe ruháznak be, addig Magyarországon jellemzően az alacsony ár győz. Vannak esetek amikor valóban találkozik az alacsony ár és a szükséglet kielégítése, azonban ez a legritkább esetben fordul elő. A jobbik eset, ha utána a vállalkozás megmagyarázza magának, hogy nem is akarta igazán azokat a műszaki paramétereket, a rosszabbik eset ha a kamerát okolja mindenért. A fentiekben leírtak, bár általános elemeket is tartalmaznak, döntően a kompakt kamerák területén jellemzőek.

Korlátok nélküli tervezhető rendszerek

Az ipari képfeldolgozás másik iránya a párhuzamos rendszerek, vagy nevezhetjük korlátok nélküli tervezhető rendszereknek. Itt a rendszer elemek szabadon választhatók és tervezhetők, nincsenek beépített korlátok. A kamera felbontását, sebességét kommunikációját stb. az alkalmazásnak megfelelően lehet megválasztani, és rengeteg lehetőség van, tehát az alkalmazáshoz választjuk a kamerát és nem fordítva mint a fenti esetben.

A feldolgozó egység nem kis doboz, hanem valódi számítógép(ek), igaz alkalmazás függő, ám figyelembe véve ezen rendszerek alkalmazásainak bonyolultságát, jellemzően igen komoly teljesítménnyel, és stabilitással rendelkeznek. Ugyan láttunk már hasonló rendszereket automatizálási elemek nélkül – még ha az Amivision ilyeneket nem is készít – azonban jellemzően ezen rendszerek saját PLC-vel rendelkeznek. Egy képfeldolgozó rendszer esetén, nem szabad elfelejteni, komoly tényező a környezet.

Az Amivision rendszerekben a környezetért a PLC, a mérésekért a kamerák a felelősek, természetesen mindezt kéz a kézben teszik.

A kamera érzékeli a környezet fénytani változásait és utasítja a PLC-t a beavatkozásra, vagy egyéb tényezőket maga a PLC érzékel, és figyelmezteti a kamerát. Hosszú távon biztonsággal üzemelő rendszerek kizárólag azon képfeldolgozó rendszerek, amelyek figyelembe veszik környezetüket. Elképzelhető hogy működnek olyan szerencsés környezetben képfeldolgozó rendszerek, amelyek nem rendelkeznek ezen tulajdonsággal és mégis stabilan működnek, azonban ez a kivétel csak erősíti a szabályt.

A hardveren túl a képfeldolgozó rendszer lelke a szoftver, ő adja a tudást a rendszerben. Manapság a rengeteg szolgáltatás miatt fontos, hogy a szoftver fejlett programozási nyelven készüljön, és fontos, hogy bármi programozható legyen benne, illetve bármikor, bármi megváltoztatható legyen. Ez annál is fontosabb mivel óriási a fejlődés a képfeldolgozás matematikai hátterében, újabb és újabb, egyre komplexebb matematikai megoldások látnak napvilágot, amelyek egyre jobbak, egyre pontosabbak. Az ipari képfeldolgozás ezen iránya a pontosságot, a megbízhatóságot, a stabilitást és a flexibilitást stb. célozza meg, ma már szinte a legegyszerűbb feladat mögött is bonyolult matematikai gépezet dolgozik. Valószínűleg a matematika sem fejlődött volna túl a négy alapműveleten, ha nem lett volna rá szükség. Az ipari képfeldolgozás ezen ágát, minden túlzás nélkül nevezhetjük tudás alapú rendszereknek.

Katonai és csillagászati alkalmazások

Kevesen tudják, de magát a képfeldolgozást is a katonai igény hozta életre. Az itt alkalmazott eszközök és technológiák messze meghaladják az ipari képfeldolgozásban alkalmazott eszközöket és technológiákat. Bármilyen furcsa, de van kapcsolat a két terület között. A levetett régi technológiák egy része legelőször az ipari képfeldolgozásba épül be. Példát is említve: a kilencvenes évek közepén ámulva olvastuk tudományos szaklapban, hogy több ezer pixeles kamerák jelentek meg és váltak elérhetővé a piacon. A tudományos és technológia fejlődés mérföldkövének számított ez a technológia akkoriban, manapság már kizárólag ilyen kamerákat alkalmazunk. A tudományos és technológiai fejlődés apró érdekessége csupán, az említett cikk alján az apró betűs rovatban tett megjegyzés, aminek értelmében a hetvenes évek elejétől ilyen kamerákat alkalmaztak különböző eszközökben.

Természetesen kamerákról sokkal inkább a TV vagy a családi kamerák jutnak az ember eszébe. Egyszerűen fogalmazva, a szórakoztatóipar kamerái más kategóriába esnek. Nagyságrenddel fejlettebbek a hagyományos biztonságtechnikai eszközöknél, azonban az ipari képfeldolgozás technológiája, ezen szegmensből nézve ”még a jövő”.