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Che cos'è la visione artificiale?

La visione artificiale aiuta i sistemi a interpretare immagini e video in tempo reale. Dal controllo qualità al monitoraggio della sicurezza, trasforma le informazioni visive in decisioni rapide e affidabili che migliorano le prestazioni in tutti i settori.

Che cos'è la visione artificiale?

  • Definizione di visione artificiale
  • Come funziona la visione artificiale?
  • Tecnologie di visione artificiale
  • Visione artificiale rispetto a ML e deep learning
  • Visione industriale rispetto a visione artificiale
  • Attività comuni nel campo della visione artificiale
  • Visione artificiale nei vari settori
  • Sfide e limiti
  • Domande frequenti

La visione artificiale esiste da decenni, alimentando silenziosamente oggetti come scanner di codici a barre, rilevatori di movimento o sistemi di monitoraggio del traffico. Ma con lo sviluppo esponenziale dell'IA e del machine learning, quello che un tempo era un insieme di regole scritte a mano è ora un sistema dinamico in grado di apprendere, adattarsi e migliorare con ogni immagine che vede. La visione artificiale odierna va ben oltre il semplice riconoscimento di ciò che si trova davanti. Comprende il contesto, tiene traccia delle modifiche ed è in grado di integrarsi in tempo reale con i sistemi aziendali per favorire automazioni intelligenti e decisioni rapide. Dalle telecamere nei magazzini agli strumenti chirurgici, offre alle aziende un nuovo modo di vedere e di agire nel mondo che le circonda.

Definizione di visione artificiale

La visione artificiale è un settore dell'intelligenza artificiale che consente alle macchine di percepire, analizzare ed estrarre significato dai dati visivi, quali immagini e video. Utilizzando il deep learning e le reti neurali, i sistemi di visione artificiale identificano schemi, riconoscono oggetti e deducono le relazioni tra di essi. Sono in grado di segmentare le scene, rilevare anomalie nei movimenti, leggere il testo e molto altro ancora, attivando azioni automatizzate in base a ciò che "vedono".

Come funziona la visione artificiale?

La visione artificiale trasforma i dati visivi grezzi in informazioni significative. Proprio come la visione umana, parte dai dati grezzi e attraversa diverse fasi di interpretazione. Anziché ricorrere ai neuroni, utilizza il deep learning e l'elaborazione delle immagini per comprendere ciò che vede e attivare le azioni appropriate. Di seguito sono riportate le fasi principali di una tipica pipeline di visione artificiale.

Acquisizione e pre-elaborazione delle immagini

I sistemi di visione artificiale partono da dati grezzi, quali immagini o video provenienti praticamente da qualsiasi fonte. Prima dell'analisi, i dati vengono puliti e migliorati per ridurre il rumore, migliorare la qualità e includere segnali a infrarossi o termici.

Estrazione delle caratteristiche

In questa fase, il sistema rileva le caratteristiche di base dell'immagine, quali i contorni, i colori, i motivi o il movimento. Anziché analizzare i pixel grezzi, utilizza valori numerici semplificati per descrivere ciò che è presente e come cambia nel tempo.

Riconoscimento e classificazione degli oggetti

Il sistema identifica e localizza gli oggetti rispetto alla telecamera e gli uni rispetto agli altri. Imparando da migliaia di esempi, è in grado di distinguere persone, veicoli, colli o attrezzature, anche in scenari confusi o in rapido movimento.

Classificazione delle immagini

Anziché limitarsi a identificare oggetti specifici, l'addestramento alla classificazione consente ai modelli di assegnare un'etichetta all'intera immagine o al fotogramma, indicando quale "tipo" di cosa essa rappresenti. Ad esempio, una scansione può essere classificata come "pezzo difettoso" o una foto come "pallet pieno".

Tracciamento degli oggetti

Si tratta del rilevamento e della misurazione del movimento degli oggetti su più fotogrammi di un video in ingresso. È particolarmente utile in contesti in cui sono presenti problemi di sicurezza stradale o sul lavoro, poiché permette di individuare elementi contestuali fondamentali quali la direzione, la velocità o il comportamento.

Tecnologie principali di visione artificiale

Le moderne soluzioni di visione artificiale si basano sul deep learning, una forma più avanzata di machine learning che utilizza reti neurali stratificate, molto simile alla struttura del cervello umano. Grazie a questa funzionalità, i sistemi possono imparare automaticamente a rilevare i contorni, tracciare i movimenti e riconoscere oggetti specifici esercitandosi su enormi set di dati composti da immagini etichettate. L'addestramento iniziale potrebbe consistere nel distinguere le automobili dagli altri veicoli, per poi passare all'identificazione dei diversi tipi di automobili e, infine, al riconoscimento dei singoli componenti e persino delle sottili variazioni all'interno di tali componenti. Grazie all'IA la visione artificiale si è trasformata da semplice strumento di supporto a componente fondamentale e insostituibile di molte attività aziendali.

  • Reti neurali convoluzionali (CNN)
    Una rete neurale convoluzionale applica piccoli filtri all'immagine di input per individuare determinati modelli, come trame o forme. Questi modelli vengono poi elaborati attraverso diversi livelli neurali, gestendo caratteristiche sempre più complesse ad ogni fase. Il riconoscimento facciale ne è un esempio.

  • Deep learning e reti neurali
    Un peso è un grado di valore che un modello di deep learning attribuisce a un'informazione o ai percorsi neurali all'interno della propria rete. Mentre impara da queste immagini, inizia a regolare questi pesi per riflettere la sua crescente consapevolezza dei modelli e dei dettagli rilevanti.

  • Elaborazione tradizionale delle immagini
    Gli strumenti analitici classici vengono ancora utilizzati per attività come il rilevamento del movimento, la pulizia delle immagini o il riconoscimento di modelli di base, come la lettura dei codici a barre. Questi metodi più vecchi sono economici e vengono sempre più utilizzati in combinazione con strumenti di deep learning.

  • Framework e librerie
    La visione artificiale si avvale di vaste librerie di immagini, algoritmi e framework di addestramento per i modelli di deep learning. Alcuni di questi strumenti sono open source, mentre altri sono proprietari, a seconda della complessità dei settori in cui vengono utilizzati.

Visione artificiale rispetto a machine learning, IA e deep learning

La visione artificiale richiede che tutti i componenti fondamentali dell'intelligenza artificiale operino in sinergia. Ciascuno di questi livelli svolge un ruolo distinto nel consentire ai moderni sistemi di visione di visione di svolgere le loro funzioni:

Intelligenza artificiale

L'IA è la categoria più ampia e si riferisce a qualsiasi tecnologia progettata per simulare l'intelligenza umana. Proprio come i modelli di elaborazione del linguaggio naturale consentono ai sistemi di IA di "comprendere" il linguaggio umano, la visione artificiale consente loro di "vedere" e interpretare le informazioni visive.

Machine learning

Il machine learning è un sottoinsieme dell'IA che consente ai modelli di apprendere direttamente dai dati. Aiuta i sistemi di visione artificiale a riconoscere schemi negli input visivi e a distinguere tra oggetti o comportamenti diversi sulla base di esempi precedenti. Con il passare del tempo, i modelli migliorano man mano che vengono alimentati con una maggiore quantità di dati.

Deep learning

Il deep learning è un approccio specializzato all'interno del ML che utilizza reti neurali artificiali a più livelli per interpretare dati complessi e non strutturati. Consente ai sistemi di ispezione visiva computerizzati di andare oltre il riconoscimento di base dei modelli ed eseguire attività più sfumate, come l'identificazione di difetti specifici su una linea di produzione.

Visione industriale rispetto a visione artificiale

Il termine visione industriale si riferisce in particolare ai sistemi industriali che utilizzano telecamere e sensori per ispezionare, misurare o guidare i macchinari. Di solito è incentrata sull'hardware e strettamente integrata con attrezzature di produzione come bracci robotici, nastri trasportatori o linee di assemblaggio. L'obiettivo è automatizzare e accelerare la produzione controllando la qualità e l'uniformità. A differenza della visione artificiale, la visione industriale non utilizza l'IA o impara dai dati. Si basa invece su regole fisse e condizioni controllate per eseguire attività predefinite.

Quali sono le attività più comuni nel campo della visione artificiale?

Sebbene la visione artificiale moderna offra tantissime funzionalità straordinarie, può risultare difficile comprenderne il contesto senza alcuni esempi concreti. Le seguenti funzionalità sono utilizzate in diversi tipi di operazioni e rappresentano alcune delle attività più comuni della visione artificiale:

  • Valutazione della qualità visiva
    Valuta e analizza la qualità e i risultati in ogni fase. La visione artificiale è in grado di valutare la qualità della finitura superficiale, dell'allineamento o della precisione di stampa, individuando i difetti e assegnando un punteggio di qualità utilizzabile basato su criteri visivi.

  • Forma dell'inventario e stima del riempimento
    Riduce la necessità di ricorrere al conteggio manuale, alla stima a occhio o alle stime di inventario basate sul peso, che spesso risultano imprecise. I sistemi visivi sono in grado di stabilire se i contenitori, i vassoi o le aree di stoccaggio siano pieni, vuoti o al di sotto di una soglia prestabilita.

  • Allarmi per fuoriuscite, detriti o contaminazione
    Rileva modelli visivi che indicano la presenza di pericoli, come versamenti nei corridoi dei negozi, detriti nelle camere bianche o contaminazioni sulle superfici di produzione. Queste attività si basano su una sofisticata capacità di rilevamento dei cambiamenti o delle anomalie.

  • Verifica delle etichette o della segnaletica
    Verifica che le etichette siano presenti, leggibili e corrispondano al prodotto o alla posizione a cui sono associate. Ciò comprende ogni aspetto, dall'etichettatura dei prodotti medici alla verifica che nelle zone di cantiere o negli stabilimenti industriali sia esposta la segnaletica corretta.

  • Interazione uomo-macchina
    Monitora il modo in cui le persone interagiscono con le attrezzature, i chioschi o i display. Ad esempio, un sistema può analizzare per quanto tempo una persona esita davanti a un touch screen o se i dipendenti seguono le procedure durante l'utilizzo di un macchinario.

  • Identificazione basata sulla forma
    Permette ai sistemi di riconoscere gli oggetti non tramite codici a barre o etichette, ma in base alla loro geometria visiva. Si può trattare di qualsiasi cosa, dagli attrezzi su un banco da lavoro ai capi di abbigliamento appesi a una gruccia, oppure dai componenti ai prodotti su un pallet con carico misto.

Esempi di visione artificiale nei vari settori

Le attuali tecnologie di visione artificiale si sono evolute al punto da diventare indispensabili in numerosi settori. Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di casi d'uso della visione artificiale in alcuni settori chiave:

Automotive

La visione artificiale nel settore automotive verifica che i sensori e le centraline siano installati correttamente e non presentino danni. Controlla ad alta velocità le saldature, l'allineamento, il corretto inserimento dei connettori e le finiture superficiali. Nella produzione di veicoli elettrici, gli strumenti di visione consentono di verificare rapidamente una serie di problemi complessi relativi all'elettronica e alle batterie.

Distribuzione

La visione artificiale nel settore della distribuzione opera in sinergia con i sistemi di trasporto automatizzati per identificare le destinazioni dei colli e attivare i meccanismi di cambio corsia, per uno smistamento cross-dock accurato. I sistemi di visione controllano inoltre la presenza di cartoni danneggiati o altre anomalie e le segnalano prima che vengano registrati tra le scorte tramite scansione.

Settore alimenti e bevande

La visione artificiale nel settore alimenti e bevande monitora i livelli di riempimento e verifica che i tappi o i sigilli siano fissati correttamente. Nelle aree di confezionamento i sistemi di visione artificiale controllano che le sigillature non presentino fessure o difetti e individuano eventuali corpi estranei sui nastri trasportatori. Questi strumenti consentono inoltre di verificare che le etichette siano leggibili e corrette prima che la merce lasci lo stabilimento.

Settore sanitario

La visione artificiale in ambito sanitario controlla i vassoi degli strumenti chirurgici per garantire che tutti gli strumenti siano presenti e sterili. Le telecamere intelligenti installate in alto segnalano la mancanza di articoli o le deviazioni dal protocollo prima dell'inizio dell'intervento. Supportano il reparto di patologia esaminando visivamente le immagini dei vetrini e segnalando cellule o tessuti da sottoporre a un’ulteriore analisi.

Retail

La visione artificiale nel settore della vendita al dettaglio individua segni di usura o danni, aiutando il personale a prendere decisioni accurate in merito al rifornimento o allo smaltimento. È in grado di abbinare i segnali visivi presenti sugli articoli agli elenchi di prelievo, riducendo gli errori di spedizione e migliorando la soddisfazione dei clienti. E può aiutare ad analizzare le aree casse per individuare eventuali colli di bottiglia e la conformità del merchandising.

Sfide e limitazioni della visione artificiale

Le moderne soluzioni basate sull'IA sono davvero sorprendenti per la loro capacità di apprendere e ragionare su una scala e a una velocità così elevate. Ma è importante ricordare che si tratta di strumenti pensati per potenziare le conoscenze e la capacità di giudizio dell'uomo, non di robot magici destinati a sostituirlo. I risultati migliori e più sorprendenti si otterranno affiancando ai tuoi team potenti strumenti di IA e fornendo loro il supporto e la guida necessari per affrontare sfide comuni come queste:

  • Elevate esigenze di dati
    Qualsiasi sistema basato sul deep learning (compresa la visione artificiale) necessita di enormi quantità di immagini commentate per funzionare in modo efficace. Ottenere dati chiari, precisi e non condizionati da bias può essere una sfida. Un modo per affrontare questo problema è utilizzare modelli pre-addestrati o ricorrere al transfer learning, che di fatto "istruisce" i nuovi modelli e consente loro di apprendere più rapidamente dai nuovi set di dati.

  • Costo di calcolo
    I modelli di visione artificiale richiedono spesso una notevole potenza di elaborazione, soprattutto durante la fase di addestramento. Gli input ad alta risoluzione e le esigenze in tempo reale possono mettere a dura prova l'infrastruttura on-premise. Molte organizzazioni riescono a trovare un equilibrio tra prestazioni e costi eseguendo l'inferenza sui dispositivi periferici, trasferendo i carichi di lavoro sul cloud o migrando verso piattaforme multi-tenant che consentono la condivisione dei carichi di dati.

  • Interpretabilità e fiducia
    Come altri sistemi di deep learning, i modelli di visione artificiale possono trasformarsi in "scatole nere", prendendo decisioni difficili da spiegare. La trasparenza migliora quando i team combinano modelli profondi con logiche basate su regole, revisioni con intervento umano o strumenti più recenti che consentono di comprendere il motivo per cui il modello ha fornito una determinata previsione.

  • Bias e generalizzazione
    Se i dati di addestramento sono sbilanciati, i sistemi di visione artificiale potrebbero sviluppare un bias o dare un peso eccessivo a determinati esempi. Poiché queste lacune spesso emergono solo dopo l'implementazione, molti team verificano in modo proattivo i set di dati di addestramento e testano i risultati in una gamma più ampia di scenari reali. Ciò contribuisce a migliorare la precisione e l'uniformità.

  • Variabilità ambientale
    Nella realtà, fattori come l'illuminazione, le angolazioni e il disordine visivo sono estremamente variabili e imprevedibili. Se i modelli vengono addestrati su immagini o video troppo "puliti", potrebbero non imparare a farlo. Per migliorare l'affidabilità, i team spesso ampliano i set di addestramento includendo rumori e distrazioni ambientali, al fine di migliorare la precisione.

Conclusione

Il punto di forza della visione artificiale risiede nella sua straordinaria capacità di trasformare semplici pixel in informazioni concrete. Dando alle macchine la capacità di interpretare il mondo visivo, queste sono in grado di analizzare dati quali foto, video o dati provenienti dai sensori e ricavarne informazioni utili, spesso nell'arco di pochi istanti. Man mano che questi strumenti diventano più accessibili, i team di tutti i settori sono alla ricerca di nuovi modi per ridurre gli errori, reagire più rapidamente e ottenere una visibilità intersettoriale.

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Domande frequenti sulla visione artificiale

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