1-2) بیان مسئله…………………….. 2

1-2-1) بازشناسی اشیاء و مبحث انبارداری……………………… 2

1-2-1-1) بارکد…………………….. 2

1-2-1-2) RFID……………………….

1-2-1-3) بینایی ماشین……………………… 5

1-2-2) تعریف بازشناسی اشیاء……………………. 6

1-2-2-1)فرایند طراحی یک سیستم بازشناسی اشیاء……………………. 6

1-2-2-2)مشخصات یک سیستم بازشناسی اشیای کارآمد…………….. 11

1-3) اهمیت و ضرورت پژوهش……………………….. 12

1-5) اهداف پژوهش……………………….. 13

1-6) ساختار فصول پایان نامه…………………….. 13

فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه پژوهش

2-1) مقدمه…………………….. 15

2-2) فناوری RFID………………………

2-2-1) (Radio frequency identification) RFID………………………

2-2-2) مرور ادبیات RFID………………………

2-2-3) اجزاء سیستم RFID………………………

2-2-3-1) برچسب­های RFID……………………….

2-2-4) سیستم RFID چگونه کار میکند؟…………………….. 20

2-2-5) کاربردهای RFID:…………………….

2-2-5-1) خرده فروشی……………………. 20

2-2-5-2) تولید……………………. 21

2-2-5-3) صنعت دارو / مراقبت­های بهداشتی……………………… 21

2-2-5-4) سایر کاربردها…………………….22

2-2-6) چالش­های تکنیکی و استراتژی­ها……………………. 22

2-2-7) هزینه RFID :…………………….

2-2-8) استانداردهای RFID :…………………….

2-2-9) انتخاب برچسب و قرائت­گر……………………. 27

2-2-10) مدیریت داده ها…………………….28

2-2-11) یکپارچه سازی سیستم…………………….28

2-2-12) امنیت……………………. 29

2-3) فناوری بینایی ماشین……………………… 30

2-3-1)كلیات سیستم……………………… 30

2-3-2) بینایی ماشین(MV)…………………….

2-3-3) کاربردهای بینایی ماشین……………………… 31

2-3-4) متدها……………………. 32

2-3-5) پردازش تصویر و بینایی ماشین……………………… 32

2-3-5-1) استخراج ویژگی……………………… 32

2-3-5-2)روش­های قسمت ­بندی تصویر…………………….. 35

2-3-6-3) دسته ­بندی……………………… 35

2-3-6) روش­های پردازش تصویر در بینایی ماشین…………. 36

2-3-7) خروجی سیستم­های بینایی ماشین……………………… 37

2-3-8) مراحل بینایی ماشین……………………… 38

2-3-9) سرعت واكنش سیستم بینایی ماشین……………………… 38

2-3-10) مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی……………………… 39

2-3-11) بینایی و اتوماسیون كارخانه…………………….. 40

2-4) جمع بندی……………………… 42

فصل سوم: روش‌شناسی پژوهش

3-1) مقدمه…………………….. 43

3-2) کلیات سیستم پیشنهادی و الگوریتم مربوطه…………………….. 43

3-2-1) مشخصات سیستم اخذ تصویر…………………….. 43

3-2-2) طراحی سیستم……………………… 43

3-2-2-1) مرحله شناسایی کالا…………………….. 43

3-2-2-2) مرحله بازشناسی کالا…………………….. 44

3-3) الگوریتم انتخاب ویژگی……………………… 46

3-4) کلاس بندی تصاویر…………………….. 53

3-5) جمع بندی……………………… 53

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده­ ها

4-1) مقدمه…………………….. 55

4-2)آزمایش نرم افزارسیستم……………………… 55

 

 

4-3) شماتیک کلی نرم افزار……………………. 60

4-4) جمع بندی……………………… 62

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

5-1) مقدمه…………………….. 64

5-2) یافته های پژوهش……………………….. 64

5-2-1) یافته های حاصل از پیاده سازی کدهای بینایی ماشین…….. 64

5-2-2)یافته­ های حاصل از مجموعه پژوهش……………………….. 65

5-3) مقایسه نتایج با تحقیقات پیشین……………………… 67

5-4) پیشنهادهای کاربردی……………………… 67

5-5) پیشنهادهایی برای تحقیقات آتی……………………… 68

5-6) محدودیت­های پژوهش……………………….. 69

فهرست منابع

منابع فارسی……………………… 71

منابع انگلیسی……………………… 72

پیوست

کدهای الگوریتم……………………… 73

چکیده:

امروزه اهمیت انبارداری و مدیریت انبار بر کسی پوشیده نیست و بی دقتی در انبار­گردانی یک مسئله عملیاتی مهم در زنجیره تامین است (دوهوراتیس و رامان، 2008). بدیهی است که در عصر حاضر، که عصر اطلاعات و ارتباطات لقب گرفته استفاده از جدیدترین و به روز ترین تکنولوژی ها برای جمع آوری، ثبت و ضبط اطالاعات است که مزیت رقابتی شرکت ها را تامین می کند. فناوری هایی که از آنان برای شناسایی اشیا، انسان و حیوانات توسط ماشین استفاده می گردد شناسایی خودکار نامیده می شوند. هدف اکثر سامانه های شناسایی خودکار، افزایش کارآیی، کاهش خطا، ورود اطلاعات و آزادسازی زمان کارکنان برای انجام کارهای مهمتر نظیر سرویس دهی بهتر به مشتریان است. همچنین ضرورت شناسایی خودکار عناصر و جمع آوری داده مرتبط به آنان بدون نیاز به دخالت انسان جهت ورود اطلاعات در بسیاری از عرصه های صنعتی ، علمی ، خدماتی و اجتماعی به شدت احساس می شود و در پاسخ به این نیاز تاکنون فناوری های متعددی طراحی و پیاده سازی شده است. کدهای میله[1] ای و RFID[2] نمونه هایی در این زمینه می باشند، که هر کدام از این تکنولوژی ها دارای معایب و مزایایی هستند اما آنچه که در این پژوهش مورد سوال و بررسی قرار گرفته است این است که آیا می توان با بهره گرفتن از تکنولوژی بینایی ماشین ورود و خروج کالاها را ثبت و کنترل نمود؟ و این تکنولوژی را جایگزین فناوری های پیشین نمود؟ در این پژوهش بنا داریم که پاسخ پرسش های بالا یافته و از الگوریتم های پردازش تصویر موجود در حوزه بینایی ماشین جهت اثبات فرضیات خود استفاده نماییم و در نهایت الگوریتم سیستم خبره انبارداری مبتنی بر بینایی ماشین را ارائه دهیم.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1) مقدمه

سیستم­های بینایی ماشین امروزه کاربرد گسترده­ای در زندگی انسان پیدا کرده ­اند. به همین دلیل توسعه­ دانش بینایی ماشین[1] که حاصل تلفیق دانش­های پردازش تصویر، شناسایی آماری الگو و یادگیری ماشین است، مورد توجه محققان بسیاری در سراسر جهان قرار گرفته است. یکی از حوزه‌های فعال در بینایی ماشین، طراحی سیستم­های بازشناسی اشیاء است. این سیستم­ها کاربردهای متنوعی دارند که از جمله می­توان به سیستم­های احراز هویت، بازرسی تولیدات صنعتی، کنترل خودکار وسائل نقلیه، بازرسی و نظارت زنده در محیط­های باز، کنترل ترافیک، پردازش اسناد و کنترل ربات­ها اشاره کرد.

در این پژوهش ما سعی داریم امکان استفاده از بینایی ماشین به جای فناوری های سنتی شناسایی خودکار اشیاء از جمله بارکد و RFID را بررسی نماییم و الگوریتم مربوطه را شبیه سازی و ارائه کنیم. در ابتدا سعی می کنیم مفاهیم فناوری شناسایی خودکار در انبارداری را تشریح کنیم و سپس مفاهیم مربوط به فناوری شناسایی خودکار اشیاء را به صورت مختصر تشریح می­نماییم.

2-1) بیان مسئله

مسئله اساسی در این تحقیق پاسخ به این پرسش است که آیا می توانیم از بینایی ماشین برای شناسایی خودکار اشیاء استفاده نماییم یا خیر؟ در ادامه ابتدا مفاهیم اولیه بینایی ماشین و سپس شناسایی خودکار را برای درک بهتر کلیات مسئله بیان خواهیم کرد.

1-2-1) بازشناسی اشیاء و مبحث انبارداری

1-2-1-1) بارکد

همانگونه که مستحضرید یکی از کاربردهای بازشناسی اشیاء در بحث انبارداری می باشد. به عبارتی به جای استفاده از کاغذ بازی خسته کننده در جمع آوری اطلاعات و پیگیری کالاها، که علاوه بر ایجاد مشکلات و خطاهای متعاقب برای انباردار، هزینه های نفر ساعت و هزینه های زمان انجام زیادی را تیز به سازمان تحمیل می کند، به کارگیری بارکد هماهنگ شده در کل زنجیره تامین می تواند جایگزین مناسبی باشد(هنری،2006). بارکد یک برچسب نشان دهنده کد مشخص است که این کد توسط بارکدخوان، قابل تشخیص و تعیین است. در کدگذاری اطلاعات در بارکد، دو رویکرد وجود دارد:

اول: استفاده از شکل قدیمی بارکد(بارکد خطی) که خطوطی به صورت فشرده و متراکم در کنار هم قرار می گیرند.

دوم: استفاده از شکل پیکسلی است، که اطلاعات در نقاط تیره و روشن برچسب قرار می گیرند(بارکد ماتریسی)، که این روش به دلیل توانایی در ذخیره حجم زیاد اطلاعات، کاربرد فراوانی یافته است.

در رویکرد اول (خطی)، در حالیکه امکان ذخیره تا 2کیلو بایت اطلاعات بر روی برچسب وجود دارد، در رویکرد دوم، محدودیتی برای ذخیره اطلاعات وجود ندارد.(جانسون، 1997)

1-2-1-2) RFID

فناوری RFID فناوری است که برای شناسایی یک شخص، شی یا حیوان با بهره گرفتن از ارسال بسامد رادیویی جهت تعیین هویت، پیگیری، مرتب کردن و یافتن آن، به کار می رود. به طور کلی تمام فناوریهایی که توسط امواج رادیویی شناسایی فرد یا شیئی را انجام می دهند، می تواند جزو فناوریهای هم خانواده RFID قلمداد کرد. نگاهی گذرا به سیر تکاملی توسعه و استفاده از فناوری RFID نشان می دهد که از دهه 1940 میلادی که رادار در جنگ جهانی دوم به کار گرفته شد، شش دهه طول کشید تا این فناوری به یک بخش از زندگی روزمره بشر تبدیل شود (رستمی، عیسایی 1384). اولین استفاده از امواج رادیویی در ردیاب های شناسایی دوست از دشمن بود که توسط بریتانیاییها در جنگ جهانی دوم به کار رفت. برای شناسایی هواپیماهای خودی از دشمن مخصوصا در شب که دید چشمی نیز محدود است، از این فناوری استفاده می شد. هواپیماهای خودی امواجی برای مرکز شناسایی ارسال می کردند که این اطمینان را به مرکز می داد که هواپیمای دشمن نیستند و به همین دلیل پدافند هوایی در مورد آنها متوقف می شد.

در سال 1946 لئون تریمن[1] یک وسیله جاسوسی برای شوروی سابق برای مخابره صوتی اختراع کرد. این وسیله امکان مخابره بین دو وسیله رادیویی را توسط امواج رادیویی برقرار می ساخت. فرستنده ای، خبری را مخابره می کرد که خبر توسط امواج رادیویی گیرنده ای را که دارای صفحه دیافراگمی بود به لرزه در می آورد. بدین ترتیب ابزار جاسوسی و شنود تهیه می شد. این فناوری را به عنوان پدر فناوری RFID می دانند (رستمی، عیسایی 1384).

نقطه عطف در پیشینه فناوری RFID مقاله­ای به نام ” ارتباطات با بهره گرفتن از قدرت بازتاب[2]   ” بود که هری استوکمن[3] آن را در اکتبر1948 منتشر نمود و در آن پیشگویی کرد:

“قبل از حل هر مشکلی در عرصه علم، باید تحقیقات و توسعه علمی در زمینه ارتباطات از طریق نیروهای بازتابی متمرکز شود و قبل از هر چیز زمینه های مفید کاربرد آن مورد کاوش قرار گیرد” (لندت، 2005). این مقاله اهمیت کاربرد امواج رادیویی را بیشتر از پیش روشن ساخت و پیشرفت در آینده را منوط به استفاده از این نوع از فناوریها دانست.

در سال 1973 ، تعداد 3,713,148 مجوز کالا در گمرک نیویورک صادر شد که از فناوری RFID استفاده می کردند. این مجوزها که از برچسب هایی با حافظه 16 بیتی بهره می برند به عنوان جد RFID های امروزی لقب گرفتند. این مجوزها تأییدیه ای از طرف گمرک برای کالا به شمار می آمدند که اجازه ورود به کشور و یا خروج از آن را مشخص می کردند (لندت ، 2005).

نخستین برچسب های RFID از نوع فعال در اکتبر همان سال در کتابخانه علمی لوس آلاموس با حافظه 12 بیتی و با بسامد915 مگاهرتز برای سامانه امانت کتاب به کار رفت. بر روی هر کتاب برچسبی نصب شده بود که اطلاعات امانت گیرنده، تاریخ امانت داده شده و نیز مجوز خروج از کتابخانه در حافظه آن درج شده بود (لندت ، 2005).

سیستم‌های اطلاعاتی و به خصوص میان‌افزارها به عنوان فناوری مکمل برای فناوری RFID مطرح شده‌اند. میان‌افزارها داده‌های جمع‌ آوری شده توسط تگ‌خوان‌ها را به پایگاه‌های داده منتقل می‌سازند و سیستم‌های اطلاعاتی داده‌ها پردازش آنها را میسر می‌سازند (مارینوس2003؛ زهیر ایرانی، او کیفی،2001 ؛ تامپسون2006). اکنون، با کاهش هزینه‌ سخت افزار و به همین ترتیب تگ‌خوان‌ها و تگ‌های RFID و توسعه نرم‌افزار استفاده توام از این دو فناوری در صنایع گوناگونی مانند زنجیره تامین کالاهای مصرفی دیده می شود (رینالد،2003؛ ونت، چاترجی، ولف، 2006).

هر دو فناوری بارکد و RFID که زیر مجموعه فناوری بازشناسی اشیاء به شمار می­روند، تا کنون به صورت گسترده جهت ثبت ورود و خروج کالاها مورد استفاده قرار گرفته اند و مزایا و معایبشان آشکار شده است. اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی فناوری های جدید ظهور پیدا می کنند. بینایی ماشین فناوری جدیدی است که به سرعت جایگاه خود را در حوزه های مختلف پیدا می کند.

1-2-1-3) بینایی ماشین

چنانچه بخواهیم تعریفی مختصر از بینایی ماشین داشته باشیم باید گفت که یک سیستم ماشین بینایی شامل تمام اجزاء لازم به منظور تهیه، تعریف دیجیتالی یک تصویر تغییر واصلاح داده ها وارائه نمایش داده های تصویری دیجیتالی به دنیای بیرون می باشد، چنین سیستمی چنانچه در یک محیط صنعتی بكار گرفته شود، ممكن است به دلیل اینكه متصل به سایر تجهیزات خط تولید می باشد بسیار پیچیده بنظر می رسد ولی اگر چنانچه با توجه به نقش و وظیفه سیستم بینایی اجزاء اصلی تشكیل دهنده آن بیان شوند، مشخص خواهد شد كه پیچیدگی زیادی در سیستم وجود ندارد اجزاء اصلی سیستم شامل سه قسمت اصلی زیر است:

1- قسمت تصویربرداری.

2- پردازش.

3- نمایش یا وسایل خروجی اطلاعات.

که قسمت تصویر برداری عبارتست از اخذ تصاویر از موضوعی که قصد داریم مورد تجزیه وتحلیل قرار دهیم و در این بخش بایستی به مواردی چون وضوح تصویر برداری، نورپردازی و ورود نویز و اعوجاج در تصاویر دقت نماییم.

در قسمت پردازش، متناسب با هدفی که به دنبال آن هستیم از الگوریتم های پردازش تصویر برای پردازش تصاویر اخذ شده استفاده می­نماییم. در این بخش بایستی به سراغ حوزه پردازش تصویر رفته و از الگوریتم­ها موجود در این بخش استفاده نماییم.

آخرین بخش بینایی ماشین، چگونگی نمایش اطلاعات تحلیل شده است، گاهی این خروجی می ­تواند ورودی تصمیم ­گیری برای یک سیستم صنعتی باشد و گاهی نیز می تواند یک تصمیم باشد.

در این پژوهش تلاش شده است که سه قسمت فوق به صورت مشروح توضیح داده شود تا سیستم خبره انبارداری مبتنی بر بینایی ماشین به صورت کامل تشریح گردد. در ادامه اجمالی خواهیم داشت بر بازشناسی اشیاء که پایه و اساس این پژوهش را تشکیل می دهد.

[1] León Theremin

[2] Communication by Means of Reflected Power

[3] Harry Stockman