Machine Vision Insights

使用深度学习必须是专业程序员吗?剧透预警:不是

自从像 ChatGPT 这样的新型生成式人工智能(AI)模型出现以来,人工智能成为了热议话题。但实际上,这项技术早已在机器视觉领域得到广泛且高效的应用。多年来,AI 已被用于从缺陷检测到复杂物体位置识别等各种任务。

那么,如何入门机器视觉中的深度学习?需要掌握哪些知识?Ulf Schulmeyer 将为您讲解如何让初学者也能快速、轻松地从深度学习中获益。

在讨论人工智能(AI)或深度学习(Deep Learning)时,人们经常会遇到诸如神经网络、黑盒、数据标注等术语。对于非专业人士而言,这些术语往往难以理解,这也让许多人误以为要掌握这项技术,必须具备扎实的编程能力。遗憾的是,这种误解阻碍了人们发现深度学习在工业应用中的巨大潜力。尤其是在机器视觉领域,人工智能带来的好处远不止于专业人士。

让我们从头开始:什么是深度学习?

深度学习是机器学习的一个分支,它基于多层神经网络,能够逼真地模拟人脑的复杂结构和运作方式,并做出自主决策。
通过大量数据的训练,深度学习模型可以学会识别特定的模式和关联关系,实现智能判断。

为什么深度学习在机器视觉领域如此成功?

因为机器视觉会产生大量图像数据,这为神经网络的有效训练提供了完美的基础。这是深度学习在机器视觉领域取得成功的技术原因。

同时,用户也能直接受益于这项技术。深度学习显著提升了识别准确率,使基于机器视觉的全新应用场景得以实现。这一技术进步为机器视觉注入了新的活力。

在规划新的机器视觉应用时,企业可以选择继续依赖传统机器视觉方法、完全使用深度学习方法,或将两者结合。最理想的方案通常是将经典方法与深度学习相结合。无论哪种方式,越来越多的人发现深度学习的价值。我们在与客户的沟通中发现,许多大中小型企业都在探索引入人工智能或深度学习的可能性。然而,他们往往因为某些顾虑而犹豫不前。但事实上,使用这项技术并不像他们想象的那样复杂。市面上也有一些工具可以简化深度学习的使用过程,使其更加易于上手。

为每个应用选择合适的深度学习方法

在实施过程中,最重要的问题是:你究竟想要自动化什么?对于集成商、工厂运营商和机器制造商——简而言之,所有处理这一问题的人——可用的深度学习方法种类正不断增加。其中最常见的应用之一是质量检测。异常检测和全局上下文异常检测是用于识别故障、缺陷、划痕和其他偏差的方法。另一个典型应用是物体定位。顾名思义,基于深度学习的物体检测技术可以定位物体,同时执行完整性检查和自动计数。一项名为 Deep Counting 的技术,能够轻松且稳定地统计大量物体的数量。像分割和实例分割这样的技术适用于像素级的物体定位。除了确定物体在图像中的位置,这两种方法还常作为进一步机器视觉步骤的前期准备阶段。最后,Deep OCR(光学字符识别)利用深度学习技术实现了对文本的稳定读取。

尽管上述内容仅涵盖了部分可用的深度学习方法,但已足以展示其广泛的潜在应用场景。

您可以如何开始?

要运行一个应用程序,首先需要一个典型的机器视觉系统,包括摄像头、合适的照明设备以及适当的计算机硬件,例如配备高性能 CPU 的工业计算机(如果有 GPU 则更佳)。但任何机器视觉系统的核心都是强大的机器视觉软件。除了 HALCON 这一强大的标准机器视觉软件外,MVTec 还提供 MERLIC,这是一款即使是初学者也能使用的机器视觉软件,同时还能利用高性能的深度学习技术。

要运行一个应用程序,首先需要一个典型的机器视觉系统,包括摄像头、合适的照明设备以及适当的计算机硬件,例如配备高性能 CPU 的工业计算机(如果有 GPU 则更佳)。但任何机器视觉系统的核心都是强大的机器视觉软件。除了 HALCON 这一强大的标准机器视觉软件外,MVTec 还提供 MERLIC,这是一款即使是初学者也能使用的机器视觉软件,同时还能利用高性能的深度学习技术。

优化训练的图像数据准备

在使用深度学习应用前,首先需要对图像数据进行标注。MVTec 的 Deep Learning Tool(DLT)等工具可提供便利的支持。标注的目的是为每张图像添加额外信息,使机器视觉系统能够更准确地理解数据。这些信息可以是图像的类别,也可以是目标在图像中的具体位置。具有直观用户界面的软件让标注过程变得简单,即使是初学者也能轻松操作,无需任何编程技能。特别值得一提的是,某些深度学习模型的训练只需要高质量的图像数据,而这些图像通常容易获取。根据被检测对象的具体情况,所需的数据集数量通常在 30 到 100 张高质量图像之间。训练过程本身也十分便捷,只需一键即可完成。

窥探深度学习的“黑盒”

深度学习经常被批评为决策过程缺乏透明度。虽然最新的技术进展尚无法完全揭示这一“黑盒”内部的所有细节,但已经能够在一定程度上帮助我们理解神经网络的内部运行机制。有些工具可以使用热力图来突出深度学习在决策过程中关注的图像区域,从而帮助分析模型的判断依据。此外,还可以通过调整阈值来影响深度学习的结果。例如,在异常检测中,如果将阈值设置得较高,系统只会输出与训练图像完全匹配的“OK”结果;如果降低阈值,则系统会输出更多与“OK”结果存在明显偏差的图像。这种阈值的调节方式使得用户可以灵活地调整模型对异常情况的敏感度,以满足不同的检测需求。

您在等待什么?

企业不应再犹豫,应该积极迈入深度学习的世界。市场上已有成熟的工具,能够帮助企业顺利完成这一转型,并从可靠的检测流程中获益。同时,这些软件产品(如 MERLIC)功能强大,即使是初学者也能轻松将高性能的深度学习技术应用到企业中,从而提升生产流程的成熟度和效率。

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