في الأغلب حين يبدأ الإنسان في حل مثل هذه المشكلات المعقدة فإنه يبدأ أولاً في محاكاة الطبيعة، أي يبحث عن كيف هذه الخاصية خلقها الله في كائناته و يحاول محاكاتها أو محاكاة بعض خصائصها.
فنبدأ بأنفسنا بالطبع فالإنسان و غيره الكثير من الكائنات عندهم ما يسمي الرؤية المجسمة: stereoscopic vision. حيث أنه يري نفس الشئ بعينين يقعان علي نفس المسطح أو المستو plane و في نفس الوقت.
يلتقط كل عين وجهة نظرها الخاصة ، ويتم إرسال الصور منفصلين إلى الدماغ للمعالجة. عندما تصل الصورتين في وقت واحد في الجزء الخلفي من الدماغ ، فيقوم بتوحيدهم في صورة واحدة. العقل يجمع بين الصورتين عن طريق مقارنة الصورتين ليصل إلى أوجه التشابه وجمع أوجه الاختلاف الصغيرة. الفروق الصغيرة بين الصورتين تضيف ما يصل الى الفارق الكبير في الصورة النهائية! الصورة مجتمعة أكثر من مجموع أجزائه. إنها صورة ستيريو ثلاثي الأبعاد.
و لكن هذا لا ينطبق علي العديد من الحيوانات الأخري حتي التي عندها عينين أيضا، فمثلاً الأسماك و الطيور -عدا البومة- تقع عيناهم علي جانبي الرأس. هذا النوع من الرؤية هو مهم في التصور العمق، والحيوانات التي قد تحتاج عادة القدرة على الحكم على المسافات. الصور التي شكلتها الأعين و انتقلت لى القشرة البصرية في المخ ليست متطابقة تماما : المسافة بين العينين وسيلتين أنهم يرون كائن من زوايا مختلفة قليلا. الدماغ يفعل الشيء ذاته، فهو قادر على المقارنة بين الصورتين، والحكم على مقدار المنظر “خط الأساس” بين العينين والمنتج ، وتقديم صورة واحدة متكاملة في عرض ثلاثي الأبعاد. و معرفة البعد أو العمق مهم للتنقل بين الأفرع و بعضها.
و نجد حيوانات لا تري من الأساس فتستخدم أساليب أخري طبقها المهندسون أيضا في الروبوتات مثل الخفافيش فهي تستخدم الموجات فوق الصوتية Ultrasound. و أيضا الدرافيل وبعض الحيتان فهم يستخدمون السونار: SOund NAvigation and Ranging (SONAR) و يلجأ المهندسون لهذه الطريقة ذاتها عند عمل روبوتات تعمل تحت الماء أو كتلك الأذرع الروبوتية التي تقوم بعمليات جراحية عن بعد داخل جسم الإنسان.
ما فائدة أن تري الروبوتات؟
هناك الكثير من التطبيقات التي تتطلب رؤية الروبوت، أحدث هذه التطبيقات هو جعل السيارات ربوبتية تري و تتحكم لتمنع الإصطدام بالناس مثلاً حتي لو حاول سائق السيارة فعل ذلك فهي لن تسمح له، أو فحص الدوائر المتكاملة، والتصنيع، كما في تطبيقات الفضاء، و من الوظائف الهامة التي يحتاج فيها الروبوت للرؤية هي التصدي للمتفجرات و مسح الأراضي الملغمة، كما أيضاً الأذرع الروبوتية التي تقوم بالعمليات الجراحية الحساسة عن بعد.
كيف تري الروبوتات؟
الروبوتات لا ترى العالم مثل البشر، على الأقل ليس حتى الآن. والرؤية هي الصورة التي تم التقاطها و التي يتم تفسيرها بناءا علي قوالب سبق برمجتها بعد معالجتها.
و لنأخذ مثلا الروبوت أسيمو ASIMO (Advanced Step in Innovative MObility) كمثال لإيضاح فكرة الرؤية عند الروبوتات.
الأجهزة التي تستخدم في أسيمو Hardware
- نظام رؤية أسيمو يتكون من اثنين من كاميرات الفيديو الأساسية للعينين ، وتقع في رأسه. ويستخدم أسيمو الرؤية المجسمة و خوارزمية الرؤية الشخصية مثل الآدميين و الكثير من الحيوانات الأخري.
- و أيضا لديه أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية مثل الخفافيش تساعد علي توجيه أسيمو عن طريق الكشف عن الأجسام المحيطة. أجهزة الاستشعار تساعده علي حل التناقضات بين الخريطة الداخلية للمنطقة المبرمجة مسبقا في الذاكرة ، والبيئة الفعلية.
الوظائف أو المهام التي يستطيع أسيمو تنفيذها
و كل الصور الموضحة أدني توضح كيف يري أسيمو العالم و يحدده و كيف يري الأشخاص و يتعرف عليهم
التعرف علي الأجسام المتحركة
باستخدام المعلومات البصرية التي تلتقطها كاميرا محمولة في الرأس، أسيمو يتمكن من كشف تحركات كائنات متعددة في المكان المتواجد فيه، وتقييم المسافة والاتجاه
على وجه التحديد، يمكن أسيمو :
:متابعة تحركات الناس بالكاميرات الخاصة به
: اتباع الشخص ؛
: تحية الشخص عندما يقترب.
إدراك الأوضاع المختلفة لأجسام الآدميين و حركات أيديهم و أماكنهم recognition of posture and position
استنادا إلى المعلومات البصرية ، يستطيع أسيمو تفسير المواقع والحركة من جهة، وإدراك إشارات الجسم أو الأوامر والإيماءات التي تعطي دون كلام من جهة أخري وبهذا يستطيع التفاعل و الإستجابة ليس فقط لأوامر صوتية، ولكن أيضا للأوامر و الإشارات التي يعبر بها البشر.
على سبيل المثال، يمكن أسيمو :
: التعرف على الموقع المشار إليه والانتقال إلى هذا الموقع Posture recognition
: مصافحة الشخص عند عرض المصافحة Posture recognition
: التلويح إذا لوح له أحد Gesture recognition
:عند عقد اليد في موقف علامة “وقف” أسيمو توقف
التعرف علي الوجوه
أسيمو لديه القدرة على التعرف على الوجوه، حتى عندما يكون أسيمو أو الإنسان يتحركان.
على سبيل المثال، يمكن أسيمو :
: التعرف على وجوه الناس الذين تم تسجيلهم مسبقا، ومنادتهم بالإسم ، وإيصال رسائل لهم ، وتوجيههم
: يستطيع تمييز ما يقرب من عشرة أشخاص مختلفين
: يفرق بين الوجوه المختلفة
التعرف علي البيئة المحيطة
وذلك باستخدام معلومات بصرية ، أسيمو قادر على تقييم محيطه المباشر، وادراك العقبات وتفاديها لمنع التصادم.
على وجه التحديد، يمكن أسيمو :
: التوقف والحركة لتجنب أي إنسان أو شئ يظهر فجأة في طريقه فهو لديه القدرة علي حساب و تقديرالمسافات
: التعرف على الأشياء غير المتحركة في مساره والتحرك حولها حتى لو ميولهم والإضاءة ليست هي نفسها تلك الموجودة في قاعدة البيانات في ذاكرته
و لإيضاح تسلسل تحليل الصور و مراحلها المختلفة
المراحل المختلفة لمعالجة الصور
رؤية Vision Bumper | إنتاج المسار الأمثل Optimize Trajectory Generation | إيماءة 2D 2D | وضع 2D/3D 2D/3D | التعرف علي الوجوه Face |
أما عن تسلسل تحليل الصور
المراجع
https://www.pbs.org/wgbh/nova/darpasee.html
https://samehgalal.wordpress.com/2010/08/31/how-asimo-works
https://www.nizwa.net/env/dolphins/dolphins.html
https://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/EYE/BINOCS.HTM
https://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/EYE/FLOUNDER.HTM
https://www.treehugger.com/files/2010/08/artificial-bee-eye-helps-mini-flying-robots-see-better.php
https://www.wired.com/magazine/2011/06/mf_kinect
https://electronics.howstuffworks.com/microsoft-kinect1.htm
https://blogs.physicstoday.org/newspicks/2011/07/advances-in-computer-vision-he.html
https://java.sun.com/developer/technicalArticles/Programming/robotics/
https://www.vision3d.com/stereo.html
