מהו זיהוי עצמים (Object detection)?
זיהוי עצמים או אובייקטים (Object detection) הוא משימה בראייה ממוחשבת הכוללת זיהוי ולוקליזציה
של אובייקטים בתוך תמונה או סרטון.
המטרה של זיהוי עצמים היא לאתר את האובייקטים בתמונה או בסרטון ולסווג אותם לקטגוריות שונות,
כמו אנשים, כלי רכב, בעלי חיים וכו’.
זיהוי אובייקט כרוך במספר שלבים, כולל עיבוד מקדים של תמונה, לוקליזציה של אובייקטים, חילוץ תכונות וסיווג.
בעיבוד תמונה, התמונה עוברת עיבוד מוקדם כדי לשפר את איכותה ולהסיר כל רעש.
לוקליזציה של אובייקט כרוכה בזיהוי האזורים של התמונה המכילים את האובייקט המעניין.
חילוץ תכונות כולל חילוץ תכונות מאזורי האובייקט שניתן להשתמש בהם לסיווג.
לבסוף, האובייקט מסווג לאחת מהקטגוריות המוגדרות מראש על סמך התכונות שחולצו.
שימושים של מערכות זיהוי עצמים
לזיהוי עצמים יש יישומים רבים בתחומים שונים, לרבות ריגול, רובוטיקה, כלי רכב אוטונומיים והדמיה רפואית.
אלגוריתמים לזיהוי עצמים יכולים לזהות ולעקוב אחר אובייקטים מעניינים בזמן אמת, לנתח את התנהגותם
ולהפעיל התראות כאשר מזוהה התנהגות חריגה.
ברובוטים ובכלי רכב אוטונומיים, זיהוי עצמים מאפשר למכונות לנווט ולקיים אינטראקציה עם הסביבה שלהן,
הימנעות ממכשולים וזיהוי אובייקטים מעניינים.
בהדמיה רפואית, זיהוי עצמים מסייע באבחון וטיפול במחלות על ידי זיהוי ופילוח של גידולים,
נגעים וחריגות אחרות בתמונות רפואיות.
בשנים האחרונות, זיהוי עצמים חווה התקדמות משמעותית הודות לטכניקות למידה עמוקה.
אלגוריתמי למידה עמוקה הראו תוצאות מרשימות במשימות שונות של זיהוי אובייקטים,
והעלו על טכניקות ראייה ממוחשבת מסורתיות.
טכניקות זיהוי עצמים
זיהוי אובייקט כרוך במספר שלבים, כולל עיבוד מקדים של תמונה, לוקליזציה של אובייקטים, חילוץ תכונות וסיווג.
Haar Cascade Classifier
Haar Cascade Classifier היא גישה מבוססת למידת מכונה לזיהוי אובייקטים שהוצגה על ידי ויולה וג’ונס בשנת 2001.
היא משתמשת בסט של תכונות הנקראות תכונות דמויות Haar כדי לזהות אובייקטים בתמונות.
מאפיינים דמויי האר הם תבניות מלבניות של עוצמות המחושבות בקנה מידה ובמיקומים שונים בתמונה.
Haar Cascade Classifier פועל על ידי אימון מודל למידת מכונה על מערך נתונים של דוגמאות חיוביות ושליליות.
הדוגמאות החיוביות הן תמונות המכילות את אובייקט העניין, בעוד שהדוגמאות השליליות הן תמונות שאינן מכילות את האובייקט.
לאחר מכן ניתן להשתמש במודל המאומן כדי לזהות את האובייקט בתמונות חדשות.
Haar Cascade Classifier שימש בהצלחה לזיהוי פנים וזיהוי הולכי רגל ביישומים בזמן אמת.
Faster R-CNN
Faster R-CNN הוא אלגוריתם זיהוי אובייקטים מבוסס למידה עמוקה שהוצג על ידי Shaoqing Ren et al. בשנת 2015.
הוא מורכב משני מרכיבים עיקריים: רשת הצעות אזוריות (RPN) ורשת Fast R-CNN.
רשת RPN אחראית על יצירת הצעות אובייקט על ידי החלקת רשת קטנה על פני מפת התכונות של תמונת הקלט.
ה-RPN חוזה את ציוני האובייקט ואת קואורדינטות התיבה התוחמת עבור כל הצעה.
רשת Fast R-CNN לוקחת את האזורים המוצעים כקלט ומחשבת מפת תכונה עבור כל אזור.
לאחר מכן התכונות מוזנות למסווג ולרשת רגרסיה כדי לסווג את האובייקט ולחדד את הקואורדינטות של התיבה התוחמת שלו.
Faster R-CNN השיגה תוצאות מתקדמות במדדי זיהוי אובייקטים ונמצאת בשימוש נרחב ביישומים רבים.
אלגוריתם YOLO
YOLO הוא אלגוריתם לזיהוי אובייקטים בזמן אמת שהוצג על ידי Joseph Redmon בשנת 2016.
YOLO מעבד את התמונה כולה במעבר אחד קדימה של רשת עצבית, מה שהופך אותה למהירה במיוחד.
אלגוריתם YOLO מחלק את תמונת הקלט לרשת של תאים ומנבא את ניקוד האובייקט ואת הקואורדינטות
של התיבה התוחמת עבור כל תא.
כל תא אחראי על זיהוי אובייקט מסוים בתמונה.
אלגוריתם YOLO גם מנבא את הסתברויות המחלקה עבור כל אובייקט שזוהה בתמונה.
זה הופך את YOLO לגלאי אובייקטים מרובה מחלקות שיכול לזהות אובייקטים מרובים ממחלקות שונות בתמונה אחת.
YOLO הפכה לבחירה פופולרית עבור יישומים בזמן אמת הדורשים זיהוי אובייקטים מהיר ומדויק.
יישומים לזיהוי עצמים
לזיהוי אובייקטים יש יישומים רבים בתחומים שונים, כולל מעקב, רובוטיקה, כלי רכב אוטונומיים והדמיה רפואית.
אמצעי ריגול
זיהוי אובייקטים נמצא בשימוש נרחב במערכות ריגול כדי לנטר ולזהות פולשים או התנהגות חשודה.
אלגוריתמים לזיהוי אובייקטים יכולים לזהות ולעקוב אחר אנשים, כלי רכב ואובייקטים אחרים מעניינים בזמן אמת.
הם יכולים גם לנתח את ההתנהגות של האובייקטים שזוהו ולהפעיל התראות כאשר מזוהה התנהגות חריגה.
רובוטיקה
זיהוי אובייקטים הוא מרכיב חיוני במערכות רובוטיות המקיימות אינטראקציה עם הסביבה.
רובוטים המצוידים באלגוריתמים לזיהוי עצמים יכולים לנווט וליצור אינטראקציה עם הסביבה שלהם,
הימנעות ממכשולים וזיהוי אובייקטים חשובים.
זיהוי אובייקטים ממלא גם תפקיד קריטי באוטומציה תעשייתית, שבה רובוטים משמשים למשימות כמו מיון והרכבה.
רכבים אוטונומיים
כלי רכב אוטונומיים מסתמכים על אלגוריתמים לזיהוי אובייקטים כדי לתפוס את סביבתם ולקבל החלטות נהיגה.
אלגוריתמים לזיהוי אובייקטים יכולים לזהות ולסווג הולכי רגל, כלי רכב, תמרורים וחפצים אחרים על הכביש.
מידע זה משמש כלי רכב אוטונומיים כדי לתכנן את מסלולם ולהימנע מתאונות.
הדמיה רפואית
זיהוי עצמים נמצא בשימוש יותר ויותר בהדמיה רפואית כדי לסייע באבחון וטיפול במחלות.
אלגוריתמים לזיהוי עצמים יכולים לזהות ולפלח גידולים, נגעים וחריגות אחרות בתמונות רפואיות,
ולספק מידע רב ערך לאנשי מקצוע רפואיים.
אתגרים וכיוונים עתידיים
למרות שזיהוי אובייקטים עשה צעדים משמעותיים בשנים האחרונות, יש עדיין אתגרים רבים שיש לטפל בהם.
אחד האתגרים העיקריים הוא איתור חפצים קטנים.
אלגוריתמים רבים לזיהוי עצמים מתקשים לזהות עצמים קטנים, כגון חרקים זעירים או טקסט קטן על שלטים.
אתגר נוסף הוא זיהוי עצמים בסביבות מורכבות.
אובייקטים יכולים להיות חסומים חלקית, והרקע יכול להיות עמוס, מה שהופך את זה למאתגר
עבור אלגוריתמי זיהוי אובייקטים לזהות במדויק את האובייקט הנדרש.
למרות האתגרים הללו, עדיין יש מקום רב לשיפור בזיהוי אובייקטים.
חוקרים בוחנים טכניקות חדשות, כמו מנגנוני קשב (attention mechanisms) ומודלים מבוססי טרנספורמר,
כדי לשפר את הדיוק והיעילות של אלגוריתמים לזיהוי עצמים.
כיוון אחד מבטיח הוא השילוב של זיהוי אובייקטים עם משימות ראייה ממוחשבת אחרות, כגון פילוח סמנטי ופילוח מופעים.
אינטגרציה זו יכולה לספק מידע מפורט יותר על האובייקטים שזוהו, כגון הגבולות והתוויות הסמנטיות שלהם.
