ماشین بینایی چیست و چقدر برای خودروهای خودران اهمیت دارد؟

بینایی ماشین پایه و اساس خودروهای خودران است و برای آینده ای کاملا مستقل بسیار مهم است.

نکات کلیدی

خودروهای خودران برای دیدن و درک محیط اطراف خود به فناوری بینایی ماشین متکی هستند و به آنها امکان می دهد اشیا را شناسایی کنند، علائم را شناسایی کنند و در جاده حرکت کنند.
بینایی ماشین در خودروهای خودران شامل یک سیستم دوربین، محاسبات لبه و الگوریتم‌های هوش مصنوعی است که برای جمع‌آوری اطلاعات بصری، پردازش آن‌ها در زمان واقعی و شناسایی الگوها و اشیاء با هم کار می‌کنند.
بینایی ماشین برای دستیابی به استقلال کامل در خودروهای خودران بسیار مهم است، زیرا طبقه بندی اشیا، تشخیص خط و سیگنال، شناسایی علائم و تشخیص ترافیک را امکان پذیر می کند. آینده وسایل نقلیه خودران در پیشرفت در هوش مصنوعی، محاسبات لبه و فناوری دوربین نهفته است.

خودروهای خودران همیشه توجه ها را به خود جلب کرده اند. اگرچه ممکن است هنوز خودروهای کاملاً خودمختار نداشته باشیم، اما خودروهایی داریم که دارای سیستم‌های پیشرفته کمک راننده (ADAS) هستند که می‌توانند فرمان خودکار، تغییر خط، پارکینگ و کروز کنترل آگاه از ترافیک را داشته باشند.

یک خودروی خودران از حسگرهای متعددی برای ADAS خود استفاده می‌کند که بینایی ماشین راه اصلی تشخیص، شناسایی و محاسبه فاصله اشیاء و محیط اطراف است. بدون ماشین بینایی، خودروهای خودران با کروز کنترل و خلبان خودکار بسیار بعید است.

ماشین بینایی چیست؟

بینایی ماشین فناوری است که به ماشین ها اجازه می دهد اشیاء را در محیط اطراف خود ببینند و تشخیص دهند. این زیرمجموعه‌ای از بینایی کامپیوتری است که بر کاربردهای صنعتی تشخیص اشیاء مبتنی بر دید در ماشین‌های مستقل مانند روبات‌ها و وسایل نقلیه تمرکز دارد.

بینایی ماشین امروزه از الگوریتم‌های یادگیری عمیق هوش مصنوعی مانند شبکه‌های عصبی کانولوشنال (CNN) برای ایجاد مدل‌های قوی و تعمیم‌یافته استفاده می‌کند که می‌توانند اشیا را در شرایط مختلف به دقت شناسایی کنند. این امکان را فراهم می کند تا بینایی ماشین را در کارهای مختلفی که نیاز به قابلیت اطمینان بالاتر در تولید، کشاورزی، رباتیک و خودرو دارند، پیاده سازی کند.

مطلب مرتبط: ارز دیجیتال Graph AI چیست و چرا قیمت آن افزایش یافته است؟

ماشین بینایی در خودروهای خودران چگونه کار می کند؟

بینایی ماشین در خودروهای خودران معمولاً به سه بخش تقسیم می شود: سیستم دوربین، پردازش (محاسبات لبه) و هوش مصنوعی. این پشته فناوری به یک وسیله نقلیه خودران اجازه می دهد تا علائم و موانع را در حین رانندگی ببیند، فکر کند و شناسایی کند. بیایید هر بخش را عمیقاً مورد بحث قرار دهیم تا بفهمیم چگونه این فناوری‌ها به هم پیوند می‌خورند تا دید ماشینی ماشین خودران را شکل دهند.

سیستم دوربین

بینایی ماشین به سیستم های دوربین برای جمع آوری اطلاعات بصری در مورد محیط متکی است. خودروهای خودران از چندین دوربین نصب شده در اطراف خودرو برای جمع آوری اطلاعات بصری تا حد امکان استفاده می کنند.

دو سنسور اصلی در دوربین های بینایی ماشین استفاده می شود: نیمه هادی های اکسید فلزی مکمل (CMOS) و دستگاه های شارژ شده (CCD). برای خودروهای خودران، CMOS اغلب به دلیل سرعت بازخوانی سریع، تجهیزات الکترونیکی قدرتمند در کشتی و قابلیت‌های پردازش موازی ترجیح داده می‌شود، که آن را به سنسور سریع‌تری تبدیل می‌کند، البته مستعد نویز یا مصنوعات است. راه‌حل‌هایی مانند حالت‌های مختلف نور، دید در شب دیجیتال و فیلترها ممکن است به سنسور CMOS در شرایط نوری کمتر از ایده‌آل کمک کنند.

برای خودروهای خودران، دوربین ها در فواصل معینی از یکدیگر نصب می شوند تا دید استریوسکوپی ایجاد کنند. دید استریوسکوپی توانایی ترکیب دو یا چند ورودی بصری، ایجاد حس عمق یا سه بعدی بودن در اشیا و محیط است. این به نوبه خود به خودروها اجازه می دهد تا مثلثی شوند و فاصله تقریبی بین جسم و ماشین را محاسبه کنند.

از آنجایی که انسان دو چشم دارد، از دید استریوسکوپی نیز بهره مند می شویم. می توانید خودتان آن را آزمایش کنید؛ یک چشم خود را ببندید و یک شی کوچک را از روی میز خود انتخاب کنید. دست خود را روی طرف شی قرار دهید و اطمینان حاصل کنید که نوک جسم حداقل دو اینچ فاصله دارد. چند ثانیه مکث کنید و ببینید چقدر به تقریب خود اطمینان دارید. اکنون، هر دو چشم را باز کنید و ببینید که چگونه حس عمقی شما بسیار بهتر است.

مطلب مرتبط: آیا هوش مصنوعی آینده است؟ 12 پروژه DIY که پتانسیل هوش مصنوعی را نشان می دهد

کامپیوتر لبه

در حالی که سیستم دوربین در خودروی خودران داده ها را جمع آوری می کند، یک رایانه داخلی (پردازنده لبه) تمام ورودی ها را به صورت بلادرنگ پردازش می کند تا سیستم را فوراً در مورد وضعیت محیط به روز کند. اگرچه وظایف معمول بینایی ماشین می تواند با استفاده از محاسبات ابری در هزینه صرفه جویی کند، اما خطر بسیار زیادی برای اتصال خودروهای خودران به ابر وجود دارد، حتی اگر این کار برای برون سپاری فرآیند در الزامات بینایی ماشین باشد.

استفاده از یک کامپیوتر لبه برای پردازش داده های ورودی، مشکلات تاخیر را از بین می برد و تضمین می کند که داده ها در زمان واقعی دریافت، پردازش و ارسال می شوند. رایانه‌های لبه برای خودروهای خودران از رایانه‌های تخصصی استفاده می‌کنند که پردازنده‌های گرافیکی هوش مصنوعی مانند Tensor Core و CUDA Cores NVIDIA را ادغام می‌کنند.

الگوریتم های هوش مصنوعی

الگوریتم ها همیشه بخش مهمی از بینایی ماشین بوده اند. این الگوریتم چیزی است که به رایانه اجازه می دهد تمام الگوها، اشکال و رنگ های ارائه شده توسط سیستم دوربین را شناسایی کند. استفاده از هوش مصنوعی نسبت به الگوریتم‌های سنتی‌تر بینایی ماشین، توانایی یک خودروی خودران را برای شناسایی قابل‌اعتماد اشیا، علائم خیابان، علامت‌های جاده‌ای و چراغ‌های راهنمایی افزایش می‌دهد. بسیاری از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای آموزش خودروهای خودران استفاده می‌شوند. محبوب ترین ها عبارتند از:

YOLO (شما فقط یک بار نگاه می کنید): یک الگوریتم تشخیص اشیا در زمان واقعی که اشیاء را در میدان دید خودرو شناسایی و ردیابی می کند.
SIFT (Scale-Icar’sant Feature Transform): برای استخراج ویژگی ها استفاده می شود و به خودرو کمک می کند تا علائم و اشیاء متمایز را در محیط اطراف خود تشخیص دهد.
هیستوگرام گرادیان های گرا (HOG): برای تشخیص اشیا استفاده می شود و بر استخراج الگوها و گرادیان های محلی از تصاویر تمرکز دارد.
TextonBoost: الگوریتمی که با تجزیه و تحلیل بافت‌ها در محیط به تشخیص اشیا کمک می‌کند.
AdaBoost: برای طبقه‌بندی داده‌ها، AdaBoost چندین طبقه‌بندی ضعیف را برای تصمیم‌گیری قوی در مورد اشیاء و موانع موجود در مسیر خودرو ترکیب می‌کند.

مطلب مرتبط: بهار به کمپینگ بهاری با فروش فصلی فناوری BLUETTI

اهمیت بینایی ماشین در خودروهای خودران

بینایی ماشین راه اصلی برای یک ماشین خودران برای حس و درک محیط اطراف است. بدون ماشین بینایی، به احتمال زیاد اتومبیل های خودران به سطح 1 در مقیاس خودمختاری وسیله نقلیه بازگردانده می شوند و ممکن است هرگز به استقلال کامل نرسند.

با ماشین بینایی، خودروهای خودران اکنون قادر به طبقه بندی اشیا، تشخیص خط و سیگنال، شناسایی علائم و تشخیص ترافیک هستند.

اگرچه در حال حاضر بسیاری از وسایل نقلیه خودران از حسگرهای مختلفی مانند LIDAR، RADAR و SONAR استفاده می کنند، اما همگی برای دیدن محیط، شناسایی اشیاء و درک معنای علائم و چراغ های راهنمایی در جاده ها به شدت به بینایی ماشین وابسته هستند. همه این حسگرهای اضافی فقط برای تقویت بینایی ماشین و افزایش ایمنی افراد، حیوانات و خواص وجود دارند.

گفتنی است، بینایی ماشین می تواند به طور مستقل بدون کمک سنسورهای دیگر برای ارائه قابلیت های خلبان خودکار عمل کند. در واقع، جدیدترین خودروهای خودران تسلا رادار را رها کردند و اکنون برای سیستم خلبان خودکار خود تنها به بینایی ماشین متکی هستند.

اگرچه این به معنای بی اعتبار کردن سودمندی سایر فناوری های حسگر نیست، اما نشان دهنده اهمیت و قدرت بینایی ماشین در خودروهای خودران است.

آینده بینایی ماشین در وسایل نقلیه خودران

بینایی ماشین پایه و اساس خودروهای خودران است. از طریق بینایی ماشین، اتومبیل ها می توانند محیط را دقیقاً مانند انسان ها ببینند و درک کنند. در حالی که چالش ها همچنان وجود دارد، مزایای بینایی ماشین از نظر ایمنی و ناوبری را نمی توان دست کم گرفت. در مورد آینده وسایل نقلیه خودران، هر گونه پیشرفت بیشتر در هوش مصنوعی، محاسبات لبه، و/یا فناوری دوربین مطمئناً ماشین‌های خودران را ماهرتر می‌کند و احتمالاً آنها را به سطح بالاتری از اتوماسیون سوق می‌دهد.