حدود بهمن یا اسفند سال ۱۳۹۹ بود که من، یک عدد رزبری پای ۴ مدل B (لینک) خریداری کردم که باهاش یه سری ایده رو عملی کنم. از وقتی که این دستگاه رو خریدم، مدت زیادی تقریبا گذشته اما خب چند هفته اخیر، شدیدا با این دستگاه در حال کشتی گرفتن و تست ایده‌های مختلف هستم. یکی از ایده‌های من پروژه‌ای بود که تا حد زیادی به هوش مصنوعی (و بخصوص tensorflow) نیازمند بود. مشکلی که داشتم این بود که در خود مخازن PyPi ای که روی رزبری پای در دسترسه، هیچ ساخت درستی از tensorflow وجود نداره.

اما خب، نمیشه در دنیای تِک ناامید شد؛ به همین خاطر دنبال راهکار و راه حلی گشتم که بتونم تنسرفلو رو روی رزبری پای داشته باشم. یکم سخت‌تر از حالت عادی (که استفاده از pip بود) شد اما ارزشش رو داشت. چون تونستم بدون مشکل مدلی که مدنظر داشتم رو لود و استفاده کنم. همچنین لازمه ذکر کنم که در این مطلب قراره یاد بگیریم چطور خود تنسرفلو رو نصب کنیم و به TFLite کاری نداریم.

رزبری پای چیه؟

رزبری پای (Raspberry Pi) یک کامپیوتر تک‌برد (SBC یا Single Board Computet) محسوب می‌شه که توسط یک بنیاد غیرانتفاعی به همین اسم در بریتانیا طراحی شده (البته تولیدش مثل عمده محصولات دیگر، در کشور چین انجام میشه). این بردها معمولا یک پردازنده ARM دارند و می‌شه روی اونها سیستم‌عامل نصب کرد. خیلی‌هاشون هم ورودی/خروجی عام‌منظوره (General Purpose Input/Output) یا همون GPIO دارند که می‌تونن رابطی بین این کامپیوتر و قطعات الکترونیکی دیگر باشند.

این کامپیوترهای کوچک – که در ابعاد یک کارت اعتباری ساخته شدند – اسباب‌بازی خوبی برای برنامه‌نویسان و مهندسین کامپیوتر به شمار میان. بسیاری از متخصصین و علاقمندان از رزبری پای استفاده می‌کنن تا ایده‌ها و پروژه‌هاشون رو پیاده‌سازی کنن. البته لازم به ذکره که خیلی‌ها هم حتی محصولاتشون رو برپایه رزبری‌پای توسعه دادند (پس اگر دوست داشتید یکی تهیه کنید و باهاش بازی کنید، درنگ نکنید 😁)

تنسرفلو چیه؟

از اونجایی که این مطلب، در مورد نصب Tensorflow روی رزبری پای بود، لازمه که کمی هم در مورد تنسرفلو توضیح داده بشه. تنسرفلو یک کتابخونه نرم‌افزاری آزاد و متن‌بازه که توسط تیم Google Brain توسعه‌ داده میشه. این کتابخونه، به ما اجازه میده که پروژه‌ها و پروسه‌های یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، یادگیری عمیق، استنباط آماری و … تا توسعه شبکه‌های عصبی مصنوعی رو انجام بدیم. به خاطر پشتیبانی گوگل از این کتابخونه، به یکی از محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین کتابخونه‌های هوش مصنوعی تبدیل شده (مثلا در پروژه خودران، من از این کتابخونه استفاده کرده بودم).

اما یک مشکل بزرگی با نصب تنسرفلو روی رزبری پای مواجه هستیم. مشکل اینجاست که وقتی دستور روتین pip برای نصب تنسرفلو رو بزنیم، اتفاق خیلی خاصی رخ نمی‌ده، جز این که یک ارور مبنی بر پیدا نشدن این کتابخونه در مخازن  PyPi متعلق به پلتفرم ما نشون داده میشه. پس باید چی کار کنیم؟ خب در ادامه قراره که همین داستان رو بررسی کنیم و به نتیجه درستی برسیم.

نصب Tensorflow روی Raspberry Pi

قبل از هرچیزی باید بگم که من این پروسه رو روی Raspberry Pi 4 Model B (با رم ۲ گیگابایت) و سیستم عامل Raspberry Pi OS نسخه Bullseye (بله درست حدس زدید، سیستم‌عامل رزبری پای دبیانه 😁 و صدالبته که می‌تونید توزیع‌های دیگری هم روش نصب کنید) و ویرایش ۶۴ بیتی طی کردم. بسته به مدل رزبری شما و سیستم‌عاملتون، این پروسه می‌تونه متفاوت باشه.

نصب نرم‌افزارهای پایه

ما برای این که بتونیم تنسرفلو رو نصب کنیم، نیاز به نصب تعداد زیادی نرم‌افزار روی خود سیستم‌عامل داریم. به نظر بهتره که ابتدا، لیست بسته‌های مخازن رو بروزرسانی کنیم:

sudo apt update

و صدالبته بهتره که خود سیستم‌عامل هم بروزرسانی‌های آخرش رو دریافت و نصب کنه:

sudo apt full-upgrade

پس از این که این مراحل انجام شد، تعداد زیادی نرم‌افزار رو به این شکل نصب می‌کنیم:

sudo apt install gfortran libhdf5-dev libc-ares-dev libeigen3-dev libatlas-base-dev libopenblas-dev libblas-dev liblapack-dev

عمده این نرم‌افزارها رو بر اساس پیام‌های خطایی که دریافت می‌کردم پیدا کردم، چرا که وقتی شما روی سیستم دسکتاپ یا لپتاپ خودتون تنسرفلو نصب می‌کنید، بسیاری از این‌ها (متناسب با معماری پردازنده) پیش‌تر نصب شدند اما سیستم‌عامل‌هایی که روی رزبری نصب می‌کنیم چنین حالتی ندارند. بهرحال، همه نرم‌افزارهای پایه‌ای که نیازه از مخزن دبیان نصب بشه، در این دستور موجوده (طبیعتا اگر نیاز به بسته دیگری باشه بعدا این مطلب ویرایش میشه)

نصب و بروزرسانی بسته های پایتونی

خب ما تعدادی پیش‌نیاز پایتونی هم داریم (که این‌ها رو اکثرا حتی در وبسایت تنسرفلو هم می‌شه پیدا کرد) که با دستورات زیر نصبشون می‌کنیم:

pip3 install pybind11
pip3 install Cython==0.29.21
pip3 install h5py==2.10.0

و سپس بسته setuptools رو هم بروزرسانی می‌کنیم:

pip3 install --upgrade setuptools

و این یکی رو هم نصب می‌کنیم (چرا که باید فایل تنسرفلو رو با این بزرگوار دانلود کنیم)

pip3 install gdown

دانلود و نصب Tensorflow

خب ابتدا به کمک gdown فایل wheel (فایل‌های wheel فایل‌هایی هستند که pip می‌فهمه باید نصبشون کنه) مربوط به نسخه مورد نظر تنسرفلو رو دانلود می‌کنیم:

gdown https://drive.google.com/file/d/1YpxNubmEL_4EgTrVMu-kYyzAbtyLis29

توجه کنید که اگر این دستور کار نکرد هم جای نگرانی نیست، می‌تونید این لینک رو باز کنید و فایل رو خودتون دانلود کنید.

سپس کافیه که با اجرای این دستور:

pip3 install <TENSORFLOW WHL FILE>.whl

نصب رو انجام بدید.

ضمنا، از اونجایی که ممکنه بعدتر نسخه‌ها تغییر کنن، بهتره که این صفحه رو هم هر چند وقت یه بار چک کنید تا اگر نیاز بود نسخه تنسرفلو رو تغییر بدید، فایل مربوطه رو دانلود کنید.

جمع‌بندی

مدتهای زیادی میشه که دوست دارم در مورد پروژه‌هایی که در حوزه «اینترنت چیزها» یا همون IoT انجام میدم هم بنویسم. اما متاسفانه پروژه‌های سخت‌افزاری، وقت زیادی از آدم می‌گیرن و وقتی وقت آزاد زیادی نداشته باشید، معمولا به پروژه‌های سخت‌افزاریتون هم آنچنان نمی‌تونید رسیدگی کنید. به همین خاطر مدتی میشه که در تلاشم تا پروژه‌های شخصی و صدالبته کاریم در حوزه بینایی ماشین رو با IoT ترکیب کنم و به این شکل این حوزه رو هم وارد کارهای روتین و اصلیم کنم که وقت هم همیشه براشون باشه 😁

تست چند پروژه بینایی ماشین روی Raspberry Pi شروعی برای این دوران از زندگی منه. راستی، اگر دوست دارید نقشه راه بینایی ماشین رو داشته باشید می‌تونید بیایید اینجا، اگر دنبال ایده برای پروژه‌ها هستید هم اینجا رو بخونید. حتی می‌تونید به ما در جامعه بینایی ماشین هم ملحق بشید و اشتراک تجربه و دانش کنید.

در پایان، ضمن تشکر از این که وقت گذاشتید و این مطلب رو خوندید، باید بگم که هنوز می‌تونید من رو به یک فنجان قهوه مهمان کنید 🙂

در قسمت قبلی (لینک) در مورد این که چرا پروژه خودران رو آغاز کردم و این که چند فاز و چند مرحله داره، نوشتم. در این قسمت، در مورد پیاده‌سازی صحبت می‌کنم و صد البته، مشکلی که این خودرو در تشخیص مسیر داشت. لازمه به ذکره که این قسمت، آخرین قسمت از مطالبم در مورد این پروژه نخواهد بود و در آینده؛ قطعا باز هم ازش می‌نویسم. اما در حال حاضر، ترجیح دادم که پروژه خودران رو به حالت Hold در بیارم. در ادامه در این مورد هم توضیحات لازم رو خواهم داد.

بگذریم، در قسمت قبلی پلن رو توضیح دادم، بعدش هم گفتم که قراره چطوری خودروی خودران رو بسازیم و چی کارا بکنیم. کمی هم در مورد سخت‌افزارش توضیح دادم. در این قسمت، قراره که در مورد نرم‌افزار و هوش مصنوعی‌ای که در این پروژه استفاده شده، صحبت کنم. در نهایت هم یک ویدئو ازش آپلود می‌کنم که ببینید چقدر هنوز مشکل داره 😁

اتصال دوربین به شبکه جهت عکس‌برداری

همونطوری که پیش‌تر در مطلبی در همین وبلاگ گفتم (لینک) یکی از بهترین ابزارها برای جمع‌آوری داده مرتبط با پروژه‌هایی مثل همین خودروی خودران، دوربین یا میکروفن خود شماست. نکته مهم و قابل توجه اینه که در پروژه خودران، نمیشه به داده‌های خارجی اتکا کرد چرا که خیلی‌هاشون اصلا اونطوری که ما پلن چیدیم، نیستن. به همین خاطر، من گوشی قدیمی خودم (سامسونگ گلکسی J7 که شاید حدود ۴ سال گوشی من بود) رو به عنوان دوربین در این پروژه انتخاب کردم.

بعد از این که گوشی رو شارژ کردم و به عبارتی به زندگی برش گردوندم، نرم‌افزار Droid Cam رو روش نصب کردم. با کمک این نرم‌افزار، به سادگی میشه گوشی رو به یک دوربین تحت شبکه تبدیل کرد و این یعنی این که حجم زیادی از دردسرهای مرتبط با اتصال دوربین به بوردهایی مثل آردوینو و ESP اینجا کنار رفته. بعد از این که این نرم‌افزار نصب شد و گوشی هم روی شاسی قرار گرفت، کدی نوشتم که به گوشی وصل شه و بتونه در حالات مختلف، عکس‌برداری کنه. کد مرتبط از این لینک در دسترسه.

عکس‌برداری و آموزش مدل هوش مصنوعی

برای این که پروژه هوش مصنوعی به خوبی بتونه از پس کاری که می‌خواهیم بربیاد، نیازمند داده‌های زیادی هستیم. اصولا این دید وجود داره که «هرچی داده بیشتر، بهتر». این دید گرچه بعضی جاها می‌تونه خطرناک باشه (مثل زمانی که overfit می‌شیم و …) اما عموما دید درستیه. به همین خاطر، ماشین رو راه انداختم و با استفاده از اون کدی که نوشته بودم، شروع کردم عکس برداری. نمونه‌ای از این عکس‌ها رو در اینجا می‌بینید:

بعد از این که این عکس‌ها گرفته شد، نیاز بود یک مدل هوش مصنوعی درست بشه. حقیقت اینه که به جای کد زدن برای درست کردن مدل، از «ماشین قابل آموزش» گوگل (لینک) استفاده کردم و یه مدل تشخیص تصویر درست کردم و اون رو در یک کد وارد کردم (لینک کد). بعد از این که از عملکرد نسبی این قضیه مطمئن شدم، یک کد دیگر نوشتم که دستورات خودران رو اجرا کنه (لینک کد خودران) که البته خیلی هم خوب نبود :))

نمونه عملکرد خودران

جمع‌بندی

همونطوری که دیدید، این پروژه هنوز زیادی جوانه و هنوز هم مشکلاتی داره. کدهایی که تا الان براش زدم، همه در گیت‌هاب شخصی من موجودند (لینک) و می‌تونید خودتون برای پروژه‌هاتون ازش استفاده کنید. همچنین اگر ایده‌ای برای بهبود عملکرد کد دارید هم ممنون میشم Pull Request ارسال کنید. در آینده هم احتمالا کمی بیشتر روی این پروژه کار خواهم کرد و ایده‌های بیشتری رو به آزمایش خواهم گذاشت. در نهایت، از این که وقت می‌ذارید و این وبلاگ رو می‌خونید، ازتون ممنونم 🙂

مدتی پیش بود که در همین وبلاگ، در مورد خودروهای خودران نوشتم (لینک) و بعدتر حتی در مطلب ایده‌هایی برای پروژه‌های بینایی ماشین، در موردش صحبت کردم. چند وقت پیش، ویدئوهای زیادی از افرادی دیدم که در سال‌های گذشته، خودروی خودران خودشون رو ساختند. چیزی که نظرم رو جلب کرد، این بود که این پروژه‌ها عمدتا تبدیل خودروهای اسباب‌بازی به خودروی خودران بود. نتیجتا تصمیم گرفتم تا روی موضوع کمی بیشتر فکر کنم و شروع کنم به طراحی پروژه خودروی خودران خودم.

بعد از چند هفته تحقیق و تفحص، اول تصمیمم بر این بود که یک ماشین کنترلی تهیه کنم و شروع کنم روی اون کار کردن. ولی موضوعات مهمی اینجا مطرح می‌شدند. اولین و مهم‌ترین موضوع – که پیش‌تر هم بهش برخورده بودم – این بود که ماشین‌های کنترلی، عموما شاسی بزرگ و قوی ندارند و چیزی که من نیاز داشتم، یک شاسی بزرگ برای جا دادن وسایلی بود که نیاز داشتم. به همین خاطر مدتی باز تحقیق کردم که چه چیزی می‌تونم تهیه کنم که این مشکل رو نداشته باشه؟ بعد از اون در مورد درایور موتور نیاز بود تحقیق کنم. بعد از این موضوعات، این که چطور مدل هوش مصنوعی رو روش مستقر کنم و … . در ادامه این مطلب، قراره با هم بخش رباتیک (مکانیکی و الکترونیکی به طور خاص) رو بررسی کنیم و بعد بریم سروقت بخش نرم‌افزاری ماجرا 🙂

شاسی مورد نیاز

پس از این که تصمیم گرفتم حتما یک پروژه خودروی خودران داشته باشم، یکی از مواردی که بهش خیلی فکر می‌کردم، این بود که حتما یه شاسی مناسب تهیه کنم. اول، همونطوری که ابتدای مطلب گفتم، به ماشین‌های کنترلی اسباب‌بازی فکر می‌کردم. ماشین کنترلی، یک سری ویژگی خوب داره. مثل چی؟ مثل این که موتورها روش سوار شدند، احتمالا درایور مناسب موتور داره، جا باتری داره و … . اما خب این هم باید در نظر گرفت که برد کنترل ماشین پیشاپیش متناسب با همون شاسی خودش ساخته شده و نمیشه خیلی هم دستکاریش کرد.

مورد بعدی که بهش فکر می‌کردم، این بود که شاسی رو از بیخ و بن بسازم. حقیقت اینه که ساخت شاسی، بیش از اندازه پروسه مکانیکی و وقت‌گیریه. بخصوص این که تجربه زیادی در اون زمینه خاص ندارم و نیاز بود که حجم زیادی آزمون و خطا صورت بگیره. مهم‌ترین ویژگی خودروی خودران برای من، این بود که قابلیت کنترل از راه دور داشته باشه و همچنین بتونیم روی اون، یک مدل هوش مصنوعی سوار کنیم. به همین خاطر، تصمیم گرفتم که یک شاسی آماده ربات بخرم. شاسی‌ای که خریداری کردم، یک شاسی برای ربات‌های دانش‌آموزی بود که از پاساژ عباسیان (واقع در خیابان جمهوری تهران) خریداری شد.

بعد از خرید شاسی، نیازمند این بودم که موتور رو به شکلی راه بندازم. راهی که خود آقای فروشنده پیشنهاد می‌کرد این بود که از یک ترانزیستور به همراه باتری‌های معمولی استفاده بشه، اما ترجیح من این بود که از یک درایور خوب استفاده کنم که در بخش بعدی، در موردش توضیح خواهم داد.

درایور موتور

وقتی از موتورهای DC و بخصوص موتورهای Brushed استفاده می‌کنیم، نیازمند درایور هستیم (اگر براتون سواله که چرا، می‌تونید این ویدئو رو ببینید). به همین جهت، چیزی که نیاز داشتم یک درایور مناسب برای چنین موتوری بود. تصمیم من این شد که از L298N استفاده کنم. این درایور رو یادمه که در درس ریزپردازنده بهمون درس داده بودند و گزینه آشنایی برام بود. علاوه بر این، چندتایی از این درایور در وسایل الکترونیکیم داشتم. پس همه چیز تحت کنترل بود و کل مجموعه رو شروع کردم سوار کردن. اما مساله مهم دیگر چی بود؟ درسته؛ کنترل از راه دور 🙂

کنترل از راه دور

برای کنترل از راه دور، امکان این بود که از رادیو یا مادون قرمز استفاده بشه. همونطوری که در ماشین‌های کنترلی اسباب بازی این اتفاق می‌افتاد. اما می‌خواستم که پروژه کمی بهتر و باحال‌تر بشه، به همین خاطر تصمیم گرفتم که این کنترل رو از طریق وای‌فای انجام بدم. به همین خاطر هم یک ماژول NodeMCU ESP8266 رو از گنجه بیرون کشیدم و شروع کردم به سیم‌کشی. اما نکته این بود که از گذشته در یادم مونده بود که این ماژول خاص، ولتاژ خروجی بالایی نداشت و نیازمند کمی تغییر بود. برای این که این مشکلات دوباره پیش نیان، کمی در مستندات خود ماژول چرخ زدم و آموزش‌های مربوط به راه‌اندازی موتور رو خوندم.

بعد از این که موتور با موفقیت راه‌اندازی شد، چندین تابع نوشتم که عملیات جلو، عقب، چپ، راست رو داشته باشه. یک تابع دیگر هم نوشتم که همزمان موتورها رو خاموش کنه. بعد از اون، یک وب‌سرور کوچک روی ESP راه انداختم که اون توابع رو اجرا کنه و موتورها رو بچرخونه. بعد از این که این موارد رو تست کردم یک سری باگ ریز داشتم که رفعشون کردم. در نهایت، تصمیم گرفتم که منبع قدرت موتورها و ماژول رو جدا کنم و به همین خاطر یک پاوربانک کوچک هم به این ترکیب اضافه شد.

بعد از کنترل از راه دور، چیزی که باقی می‌مونه، اینه که چطور می‌تونیم ورودی تصویری رو تهیه کنیم. به هرحال همونطوری که قبل‌تر توضیح داده بودم، خودروی خودران نیازمند اینه که ورودی رو از محیط بگیره. ماژول ESP به این راحتیا به دوربین متصل نمیشه، بشه هم ران کردن یک مدل و سیستم هوش مصنوعی روش به شدت کند و سخت خواهد بود. به همین خاطر، تصمیم گرفتم که هوش مصنوعی رو جای دیگه سوار کنم و دوربین صرفا داده رو به اون سیستم ارسال کنه.

دوربین

همونطور که در بخش قبلی گفتم، به ESP8266 به این راحتیا نمیشه دوربین متصل کرد. نتیجه این شد که تصمیم گرفتم از یک گوشی اندرویدی استفاده کنم. اول کمی در فروشگاه‌های اینترنتی و … جست و جو کردم و دنبال گوشی‌های اندرویدی ارزون قیمت گشتم. اما یادم افتاد که گوشی قبلی خودم یعنی Samsung Galaxy J7 ای که دارم، دوربین خوبی داره. گذشته از اون، میشه با استفاده از Droid Cam و نرم‌افزارهای مشابه، تصویر رو به کد پایتونی فرستاد و اونجا پردازش‌های لازم رو روش انجام داد.

برای سوار کردن گوشی موبایل هم یک پایه دوربین قدیمی رو برداشتم، پایه‌هاش رو جدا کردم و سپس پایه و گوشی رو همراه هم روی شاسی چسبوندم. در حال حاضر، بخش سخت‌افزاری خودروی خودران، کاملا آماده‌ست!

در آینده چه خواهیم خواند؟

بخش بزرگی از پروژه خودروی خودران من، مربوط به سخت‌افزارش بود چرا که داشتم این قسمت رو هم خودم طراحی و پیاده‌سازی می‌کردم. نتیجه این شد که این مورد خیلی طول کشید (چندین هفته مطالعه، چند ماه تهیه ابزارها و یکی دو هفته هم سوار کردن قطعات روی هم) و خب فازهای نرم‌افزاری – که به نظر خودم جذاب‌ترین قسمت‌های این کار هستند – هنوز باقی ماندند. نخستین فاز اینه که کد پایتونی نوشته بشه که بتونه تصویر رو از Droid Cam بخونه و به ما نمایش بده.

علاوه بر اون، نیازمند فرایندی برای تصویربرداری از محیط هستیم. پس از انجام این دو مورد، نیاز داریم که یک سیستم هوش مصنوعی آموزش بدیم که درست و حسابی مسیر رو تشخیص بده. بعدش کافیه سیستم هوش مصنوعیمون رو طوری تغییر بدیم که به صورت کاملا خودکار به ESP وصل شه و درخواست‌هاش رو به اون بفرسته و خودروی ما رو به حرکت دربیاره!

از این که وقت گذاشتید و این مطلب رو خوندید، ازتون متشکرم. برای کسب اطلاعات بیشتر و جزییات جذاب‌تر، لطفا منتظر قسمت دوم این مطلب باشید.

چندی پیش، در مورد پیش‌نیازهای یادگیری بینایی ماشین در همین وبلاگ نوشته بودم (لینک) و بعد از اون هم در مطلبی در ویرگول، در مورد این که چرا موجودیتی به اسم «جامعه بینایی ماشین» رو راه انداختم (لینک) صحبت کردم. پس از انجام چندین پروژه و تولید چندین محتوا پیرامون این موضوع، امروز در این پست قراره که ایده هایی که شما می‌تونید در پروژه های بینایی ماشین و پردازش تصویر خودتون به کار بگیرید رو بررسی کنیم.

توجه داشته باشید که در این پست، فرض رو بر این گذاشتیم که شما با هوش مصنوعی، پایتون، بینایی ماشین و … آشنایی لازم و کافی رو دارید و حالا قصد دارید یک پروژه جدی باهاش انجام بدید اما نمی‌دونید باید چی کار کنید. اگر آشنایی ندارید هم مشکلی نیست، می‌تونید این مطلب رو صرفا برای ایجاد علاقه و یا رفع کنجکاوی بخونید 😁

ایده های مرتبط با تشخیص چهره

تشخیص چهره، همیشه یکی از پرطرفدارترین شاخه‌های پردازش تصویر و بینایی ماشین بوده است. چرا که با استفاده از تشخیص چهره، می‌توانیم عملیات جالبی انجام دهیم و پروسه‌های زیادی از یک کار بزرگتر را، خودکار کنیم. همچنین می‌توانیم امنیت خانه و محل کار و … را نیز با استفاده از تشخیص چهره تامین کنیم.

در لیست زیر، تعدادی از پروژه‌های مرتبط با تشخیص چهره رو برای شما فهرست کرده‌ام:

• حضور و غیاب مبتنی بر چهره
• دوربین امنیتی (به این شکل که وقتی شخص ناشناسی وارد حریم دوربین شد از طریق ایمیل یا SMS و … به شما اطلاع بده)
• قفل هوشمند ( به شکلی که اگر شما رو دید در رو باز کنه و در غیر این صورت، یک سیستم مانند دزدگیر یا سیستم امنیت خونه رو راه‌اندازی کنه)
• تشخیص حالت و احساسات چهره
• تشخیص خواب‌آلودگی (مثلا در یک کلاس این پروژه می‌تونه کاربردی باشه).

همه ایده‌های بالا، به سادگی قابل انجام هستند. فقط کافیه که کار با کتابخانه‌ها و تئوری پردازش تصویر رو بلد باشید. شاید دو سه روزه بتونید یکی از این پروژه‌ها رو به ثمر برسونید 😁

ایده‌ های مرتبط با تشخیص کرکتر

تشخیص نوری نویسه یا Optical Character Recognition که به اختصار به اون OCR هم گفته می‌شه، یکی از شاخه‌های پرطرفدار دیگر در حوزه بینایی ماشین می‌تونه به حساب بیاد. پروژه‌هایی که در این حوزه انجام می‌شن به شدت کاربردی هستند و طبیعیه که در حوزه‌های مختلفی کاربرد خواهند داشت. در اینجا تعدادی از ایده‌هایی که می‌تونید روش کار کنید رو اینجا فهرست کردم:

• تشخیص و استخراج شماره پلاک (که پیش‌تر در موردش نوشتم – لینک)
• تشخیص و حل مسائل ریاضی/فیزیک (که این هم پیش‌تر در مورد نوشتم – لینک)
• تشخیص دست‌خط فارسی
• تشخیص خط نستعلیق (و در کل خوشنویسی) فارسی
• تشخیص نسخه پزشکی (نکته جالب اینه که در نسخ پزشکی، بسیاری از خط‌خطی‌هایی که می‌بینید در واقع روش مصرف و دوزاژ دارو هستند، که طبق کدگذاری خاصی نوشته می‌شن).

البته باید این نکته رو هم عرض کنم خدمتتون که دنیای OCR خیلی گسترده‌ست. تقریبا هرجایی که شما با نوشتن سر و کار داشته باشید، می‌تونید از OCR هم اونجا استفاده کنید. خیلی چیزا اینجا به خلاقیت و نیازهای خودتون برمی‌گرده. اگر ایده‌ دیگری داشتید، می‌تونید در بخش نظرات همین مطلب با من به اشتراک بذارید.

ایده های مرتبط با پزشکی

هوش مصنوعی در علم پزشکی، جایگاه خاصی در سال‌های اخیر داشته. چرا که همه دانشمندان کامپیوتر و همچنین پزشکی، دریافتند که با استفاده از راه‌حل‌های هوشمند، می‌تونند به حد قابل توجهی، خطاهای پزشکی رو کاهش بدند. همچنین تحقیقات دارو و واکسن هم به شدت سریع‌تر می‌تونن انجام بدند. برای مثال، همین دنیاگیری ویروس کرونا که در سال ۲۰۱۹ آغاز شد و کماکان ادامه داره رو بررسی کنیم، بارها از این که از هوش مصنوعی برای پیدا کردن ترکیبات دارویی موثر بر ویروس استفاده شده، صحبت کردند. همچنین در پروسه ساخت واکسن هم بسیاری از مراحل رو به ماشین سپردند و به هوش ماشینی اعتماد کردند. شاید یکی از دلایلی که واکسن این بیماری انقدر سریع ساخته شد، استفاده از همین راهکارهای هوشمند در تولید بوده.

بینایی ماشین هم استثناء نیست و طبیعتا می‌تونه خیلی به کمک افراد بیاد. در این بخش، تعداد زیادی از ایده‌هایی که می‌تونه به پزشک‌ها در شناخت بهتر مشکلات بیمارهاشون کمک کنه رو فهرست کردم و خب بد نیست اگر شما هم سراغش برید و سعی کنید یکیش رو پیاده کنید (این بخش می‌تونه برای دانشجویان مهندسی پزشکی و پزشکی؛ بسیار مفید باشه)

• تشخیص نوع تومور مغزی (تصویر این بخش، پروژه‌ای که خودم انجام دادم)
• تشخیص رتینوپاتی دیابتی در اشخاص مبتلا به دیابت
• تشخیص MS و مراحل مختلف اون بر اساس MRI
• تشخیص سلول‌های سرطانی
• تشخیص میزان درگیری ریه در بیماری‌های تنفسی (مانند COVID-19)
• تشخیص ناهنجاری‌های پوستی
• تشخیص آسیب‌های استخوان
• تشخیص آسیب‌دیدگی‌ها و پوسیدگی‌های دندان

طبیعتا این‌ها، همه کارهایی که می‌تونیم در حوزه پزشکی با کمک بینایی ماشین و پردازش تصویر انجام بدیم نیستن و این دامنه می‌تونه به شدت گسترده‌تر باشه. طبیعیه که گستردگی این دامنه به خلاقیت خودتون و نیازهاتون برمی‌گرده. همچنین طبیعتا اگر شما دانشجوی مهندسی پزشکی یا رشته پزشکی و رشته‌های مرتبط باشید، احتمالا ایده‌های بهتری خواهید داشت.

سایر حوزه‌ها

چندین و چند حوزه دیگر هست که خب مثل باقی حوزه‌های پوشش داده شده در این مطلب، نمیشه ایده‌های پروژه‌های بینایی ماشین و پردازش تصویرشون رو فهرست کرد. به همین خاطر، توضیح اجمالی راجع به هر کدوم می‌دم تا شما ببینید که کدوم حوزه رو بیشتر دوست خواهید داشت و در کدوم حوزه ممکنه بتونید ایده‌پردازی بهتری داشته باشید.

تشخیص حرکت یا Action Detection

این حوزه به طور خاص، می‌تونه برای کارهایی مثل تشخیص و ترجمه همزمان زبان اشاره (لینک)، تشخیص حرکات ورزشی و یا تشخیص «نیت» افراد بشه. برای مثال، می‌تونیم سیستمی بسازیم که حرکات بعدی فرد در یک نبرد تن به تن (مثل مسابقه بوکس) رو پیش‌بینی کنه و به مربی‌ها و نوآموزهای اون رشته اطلاع بده.

خودروهای خودران

خودروهای خودران یا Self-Driving که پیش‌تر هم ازشون در همین وبلاگ صحبت کرده بودم (لینک) می‌تونن با استفاده از بینایی ماشین و پردازش تصویر، تابلوهای راهنمایی، رفتار سایر رانندگان، موانع در مسیر و … رو تشخیص بدند. این حوزه البته پیچیدگی زیادی داره اما کار کردن روی بخش‌های مختلفش می‌تونه برای یادگیری جوانب مختلف ماجرا جذاب و جالب و مفید باشه.

مصرف انرژی

حوزه انرژی هم حوزه جالبی می‌تونه برای پروژه‌های بینایی ماشین باشه. برای مثال OCR ای که بتونه دیتای کنتور گاز/برق رو به متن تبدیل کنه و اون رو با یک مرکز محاسبه قیمت، چک کنه و قیمت رو به ما اعلام کنه. همچنین می‌شه عکس‌های حرارتی از خانه‌ها و … تهیه کرد و با استفاده از بینایی ماشین دقیقا بررسی کرد که کجاها انرژی بیشتری داره از دست میره و … .

این پروژه‌ها به خودی خود شاید جالب به نظر نرسن اما ترکیبشون با IoT و هوشمندسازی در سطوح دیگر، طبیعتا می‌تونه جذاب و حتی پول‌ساز هم باشه.

کشاورزی

این هم گفتن نداره، شما کافیه که یک سری عکس هوایی از زمین‌های کشاورزی داشته باشید. احتمالا خیلی راحت بتونید سیستمی توسعه بدید که آفات رو شناسایی کنه. همینطور می‌تونید نوع خاک و … هم از روی این عکس‌ها طبقه‌بندی کنید و پیشنهاد بدید که چه محصولی در این زمین کشت بشه بهتره. در حوزه مصرف انرژی هم می‌تونید یکی از پروژه‌ها رو بردارید بیارید اینجا و ازش بهره‌برداری کنید. چی از این بهتر؟

ضمن این که امنیت زمین کشاورزی و گلخانه، بررسی نور و رنگ و … هم می‌تونن اینجا کاربردی باشند.

جمع‌بندی مطلب

در این مطلب، ایده‌هایی که می‌تونید بعنوان یک پروژه تفریحی یا جدی پیاده‌سازی کنید رو بررسی کردیم. همچنین این ایده‌ها، به جز این که می‌تونن رزومه خوبی برای شما بسازند طبیعتا می‌تونن پایه یک کسب و کار و یا یک استارتاپ باشند که شانس خوبی برای به پول رسیدن داره. به همین خاطر هم ممنون میشم اگر هر کدوم از این ایده‌ها رو پیاده‌سازی کردید در بخش کامنت همین مطلب در موردش بنویسید و به من اطلاع بدید تا ببینم چه کردید.
همچنین لازم به ذکره که اگر دوست دارید مطالب فنی/علمی دیگری از من بخونید، می‌تونید به ویرگول من هم مراجعه کنید. در پایان هم بابت وقتی که گذاشتید، ازتون تشکر می‌کنم و امیدوارم در آینده باز هم بتونم در این وبلاگ، مطلب بنویسم.

دقیقا دو هفته پیش، در نسخه انگلیسی وبلاگ در مورد YOLOv5 نوشتم (لینک) و توضیح دادم که چرا این مدل هوش مصنوعی برای تشخیص اشیاء رو دوست دارم (و حتی چرا شما باید دوستش داشته باشید) و خب طبیعتا دوست داشتم یک پروژه خیلی خیلی ساده و در عین حال باحال هم با این مدل انجام بدم.

ایده‌های زیادی در سر داشتم. برای مثال ایده بازی Red Light – Green Light که در سریال اسکوییدگیم همه دیدیم. اما این ایده علیرغم خوب بودنش، آنچنان کاربردی نبود. پس تصمیم من برآن شد که یک نرم‌افزار دیگر توسعه بدم. نرم‌افزاری که هم چالش داشته باشه، هم در نهایت یک کاربرد درست ازش بشه درآورد.

نمی‌دونم شما یادتونه یا نه، اما نرم‌افزار سیمبولب، دروانی خیلی خاص و معروف شد. به همین خاطر، تصمیم من هم این شد که سیمبولب رو دوباره بسازم و بعد از این که نتایج مورد نظرم رو گرفتم در موردش وبلاگ بنویسم. پس این شما و این ماجرایی که من داشتم تا این نرم‌افزار رو بسازم.

گام اول: طرح مساله

در هر پروژه‌ای، اولین گام اینه که مطرح کنیم چه مشکلی رو باید حل کنیم. یا به قول دنیل کوهن Look for the pain. خب دردی که ما اینجا به دنبال حل کردنش بودیم، چی بود؟ این که بسیاری از دانش‌آموزا و دانشجوها سر ریاضی عمومی یا Calculus مشکل دارند. این مشکل ریشه‌ش کجاست؟ برای من شخصا مهم نیست که این ریشه رو بررسی کنم (البته به معنای این نیست که نظری در موردش ندارم، اما از حوصله این مطلب خارجه).

حالا درد این که بسیاری از دانشجوها و دانش‌آموزها مشکل دارند، چطور میشه براشون یک مسکن خوب تجویز کرد؟ بعنوان یک مهندس هوش مصنوعی، یا بهتر بگم مهندس بینایی ماشین در ذهنم این ایده چرخید و اون این بود که:

یک نرم‌افزار هوش مصنوعی وجود داشته باشه که از روی عکس مساله، پاسخ نهایی یا راه‌حل رو به افراد بده.

و این پروژه، در نظر پروژه بسیار بسیار بزرگی بود اما در نهایت، پروژه ساده‌ای شد. در ادامه، در راهی که طی شد توضیح خواهم داد.

گام دوم: انتخاب ابزار

گام دوم برای من، انتخاب ابزار بود. اول از همه می‌خواستم برم سراغ OCR های آماده برای تشخیص مسائل پارامتری مثل x و y و … . اما بعد دیدم که اینجا علاوه بر حروف و اعداد، نشانه‌ها هم هستند. ضمن این که به شکلی باید توان و … هم تشخیص داد. پس کمی پروژه رو نگه داشتم تا به ابزارها فکر کنم.

بعد از مدتی تحقیق و تفحص، به دارک‌نت رسیدم که برای ترین کردن YOLOv3 و YOLOv4 استفاده میشه و خب دارک‌نت مشکلات زیادی هم با خودش به همراه داره. برای مثال کاملا در سی‌پلاس‌پلاس نوشته شده و روی سیستم‌های مختلف باید از نو کامپایل بشه. با CPU درست کار نمی‌کنه. کامپایل کردنش روی مک یا ویندوز دردسره و انتقال دادنش به Google Colab هم می‌تونه تا حد زیادی مشکل‌ساز بشه.

بعد از اون الگوریتم YOLOv5 رو کشف کردم. تقریبا همه مراحل کاملا پایتونی پیش می‌رفت و این عالی بود. کم کم دیدم که میشه بعد از ترین کردن قضیه، از pytorch هم استفاده کرد و اشیاء رو تشخیص داد و از اون بهتر این بود که در تشخیص اشیاء، می‌شد خروجی pandas هم گرفت که مختصات شیء مورد نظر به همراه لیبلش در اون data frame خاص موجود بودند. پس به این شکل تشخیص این که ما با چه چیزی روبرو هستیم هم ساده‌تر از گذشته می‌شد.

وقتی این ابزار رو با چند چیز مختلف تست کردم، نوبت این رسید که در این پروژه حتما ازش استفاده کنم. اما این تمام ماجرا نیست. دقیقا وقتی که سمت OCR ماجرا هندل می‌شد، یک بحث خیلی مهم می‌موند. بحث این که چطوری باید مساله حل بشه؟ برای حل مساله هم از Wolfram Alpha گفتم کمک می‌گیرم.

خب حالا نوبتی هم باشه، نوبت اینه که داده‌های مورد نیاز رو جمع کنیم. قبل‌تر در مورد راه‌هایی که شما می‌تونید برای جمع‌آوری داده استفاده کنید، صحبت کردم و می‌تونید از اینجا بخونیدش.

گام سوم: جمع‌آوری داده

برای جمع‌آوری داده‌ها، نیازمند این بودم که روی چند سطح مختلف (وایت‌برد، کاغذ A4 و همچنین کاغذ خط‌دار) و با چند دست‌خط مختلف، مسائل ریاضی رو بنویسم. بعد از نوشتن مسائل ریاضی، از دوستانم خواهش کردم که روی صفحات مختلف و همچنین وایت‌برد، مسائل ریاضی رو بنویسند.

بعد از این که مسائل ریاضی رو روی این سطوح و با دست‌خط‌های مختلف داشتم، نوبت عکاسی ازشون بود. از هر بار نوشتن، چندین عکس از چند زاویه گرفتم. چرا که زوایای مختلف باعث میشن توزیع نور هم در تصاویر یکسان نباشه و این خودش یک مرحله data augmentation رو برای من کاهش می‌داد.

حالا یه حجم زیادی داده دارم، باید بعدش چی کار کنم؟ پاسخ ساده‌ست. الان زمانیه که ما وارد مرحله پیش‌پردازش داده میشیم.

گام چهارم: پیش‌پردازش داده

بعد از این که ما داده‌های مورد نیاز خودمون رو جمع کردیم، نیازمند اینیم که داده رو پیش‌پردازش کنیم. به طور کلی، پیش‌پردازش داده به پروسه‌ای گفته میشه که در اون قراره داده ها تمیز بشن، تغییر کنند (یا به قولی data augmentation رخ بده)، برچسب زده بشن و داده‌های غیرلازم (یا همون نویز) دور ریخته بشه.

اولین مرحله برای من اینجا، تکه تکه کردن عکس بود. شاید فکر کنید که برای تکه تکه کردن عکس، از ابزار خاصی استفاده کردم یا کدی زدم. باید بگم که خیر، ابزارم دقیقا ادوبی فتوشاپ و ابزار Slice بود. بعدش با قابلیت save for web آمدم و عکس‌های قطعه‌قطعه شده رو ذخیره کردم. پس از ذخیره نهایی عکس‌ها، نیاز بود که عکس‌ها برچسب زده بشن.

برچسب‌ها، در مرحله آموزش مدل، به ما کمک می‌کنند که اشیاء رو در تصاویر پیدا کنیم. این برچسب‌ها در مراحل بعدتر به کمک ما میان تا بتونیم مسائل یافت شده رو به ولفرام‌آلفا بدیم تا برامون حلش کنه. پس لازم بود که این اتفاقات بیفته.

گام پنجم: آموزش مدل YOLOv5

و اما گام یکی مونده به آخر دقیقا این بود که مدل آموزش داده بشه. آموزش این مدل با pytorch به شدت سرراست و راحته و کلش اجرا کردن یک دستور در ترمیناله. باز با این حال، مشکلات عدیده‌ای داشتم. برای مثال روی لپتاپ شخصی چون GPU مناسب نداشتم، آموزش به شدت طولانی می‌شد. آموزش رو به Google Colab منتقل کردم و چون پلن رایگان داشتم، اونجا هم یک سری داستان جدیدتر پیش آمد. اما بهرحال هرطور که شد، مدل آموزش داده شد و نتایج خوبی هم ازش گرفتم.

در مورد آموزش مدل و نحوه کار اون به زودی محتوای آموزشی جدیدی تولید خواهد شد که به تفصیل در اون توضیح میدم چطور می‌تونید YOLOv5 رو خودتون آموزش بدید و باهاش کار کنید. در حال حاضر، توضیح مراحل آموزش تا حد زیادی از حوصله این پست وبلاگ خارجه.

و گام نهایی: آزمایش مدل و نوشتن رابط ولفرام آلفا

پس از این که مدل آموزش داده شد، نیاز بود چندین خط کد پایتون نوشته شه برای چند منظور. اول این که وزن‌هایی که لازم بود از مدل آموزش‌داده‌شده، لود کنه. دوم این که یک عکس رو از ورودی بگیره و مراحل inference رو روش انجام بده و در نهایت، اگر کاربرخواست اون رو بفرسته به ولفرام آلفا و مرورگر رو براش باز کنه.

برای این مرحله، برخلاف باقی مراحل وقت زیادی نذاشتم ولی با این حال کدش (بدون وزن‌ها) در گیت‌هاب شخصی من موجوده و می‌تونید نگاهی بندازید. البته که به زودی گیت‌هاب بروزرسانی میشه و شما قادر خواهید بود که وزن‌ها رو هم دانلود کنید. اما فعلا وزن‌ها در دسترس نیستند.

در نهایت هم برای این که عملکرد قضیه رو ببینید، این ویدئو کوتاه رو می‌تونید تماشا کنید که هم inference رو تست می‌کنیم هم حل مساله با ولفرام رو:

جمع‌بندی و مشکلات این نرم‌افزار

این پروژه به عنوان یک پروژه تفریحی، واقعا تفریح خوب و سالمی بود و کلی یادگیری برای من داشت. یادگیری دقیق‌تر و عمیق‌تر YOLOv5، یادگیری دقیق‌تر و عمیق‌تر PyTorch و از همه مهم‌تر درگیر شدن با چند مساله و به قولی، دردهای دنیای واقعی. از نتیجه کاملا راضی بودم و هستم، اما فکر نکنم در آینده این پروژه خیلی برام راضی‌کننده باشه.

احتمالا بعد از مدتی به این پروژه برگردم و بزرگترین مشکلش – یعنی شباهت زیاد ورودی‌ها به هم – رو طور دیگری هندل کنم. برای این که ببینیم یه چیزی در پوزیشن توان یه چیز دیگه قرار گرفته یه چاره‌ای بیاندیشم و … . خلاصه که راه برای بهبودش زیاده و این بهبود‌ها رو شخصا پیگیر هستم که در این پروژه اعمال کنم. شاید هم لازم باشه داده ورودی رو افزایش داد یا حتی مدل مورد استفاده رو عوض کرد.

در نهایت، از شما بابت وقتی که برای خوندن این مطلب گذاشتید، ممنونم. امیدوارم که این مطلب مفید واقع شده باشه و به دردتون خورده باشه. ضمن این که اگر به این تیپ مسائل و مطالب علاقمند هستید، می‌تونید من رو در ویرگول هم دنبال کنید و اونجا هم مطالبم رو بخونید. اگرچه در ویرگول عمده مطالبم مرتبط با بیزنس، موفقیت و ایناست.

در نهایت از شما خواهش می‌کنم که اگر این مطلب براتون مفید بود، یک قهوه به انتخاب خودتون مهمانم کنید تا موقع نوشیدن قهوه به یادتون باشم و از این دست مطالب، بیشتر تولید کنم.