- Καινοτόμες ιδέες με πρακτική εφαρμογή από το εργαστήριο Intelligent Systems Laboratory
Από τα πρώτα χρόνια της ζωής του, ο άνθρωπος παρουσιάζει την ικανότητα οπτικής αναγνώρισης του χώρου στο οποίο βρίσκεται και των αντικειμένων που τον πλαισιώνουν. Μια διαδικασία η οποία αναπτύσσεται ασυναίσθητα και θεωρείται αυτονόητη. Χωρίς καμία δυσκολία, άνθρωποι χωρίς προβλήματα όρασης, δύναται να αναγνωρίσουν πρόσωπα, αντικείμενα, εικόνες σε βιβλία, ακόμα και καταστάσεις.
Το μάτι λειτουργεί σαν συσκευή καταγραφής και ο εγκέφαλος του ανθρώπου ως εργαλείο επεξεργασίας. Σήμερα, οι τεχνητά κατασκευασμένες συσκευές καταγραφής, όπως για παράδειγμα οι ψηφιακές κάμερες, έχουν την ικανότητα λήψης εικόνων με εξαιρετικά μεγάλη ακρίβεια. Αναντίλεκτα, ποιοτικά, η εικόνα που καταγράφεται από μια κάμερα, περιλαμβάνει πολύ περισσότερη πληροφορία από αυτήν που τον ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται. Την ίδια στιγμή, η υπολογιστική ισχύς των επεξεργαστών, ακόμα και στις κινητές συσκευές, ξεπερνούν κατά πολύ την περιορισμένη ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου.
Παρόλα αυτά, το σύστημα όρασης των μηχανών υστερεί αισθητά από το αντίστοιχο σύστημα των ανθρώπων. Το ερευνητικό αντικείμενο της ρομποτικής όρασης αποσκοπεί στο σχεδιασμό συστημάτων τα οποία μιμούνται τον τρόπο της ανθρώπινης οπτικής αντίληψης, και επιχειρούν να παρουσιάσουν λύσεις που βελτιώνουν την ποιότητα και την ασφάλεια της ζωής των ανθρώπων. Στο Intelligent Systems Laboratory του Πανεπιστημίου Νεάπολις Πάφος, το αντικείμενο της ρομποτικής όρασης (ή όρασης μηχανών) αποτελεί τον βασικό ερευνητικό του πυλώνα, και τα τελευταία χρόνια, πλήθος ερευνητικών αποτελεσμάτων έχει παρουσιαστεί. Φυσικά, πολλές από τις προτάσεις του εργαστηρίου, έχουν βρει εφαρμογές σε εμπορικές λύσεις και έχουν υιοθετηθεί από την βιομηχανία. Ενδεικτικά, παρουσιάζονται μερικά παραδείγματα εφαρμογών που αναπτύσσονται στο εργαστήριο.
Ανάκτηση οπτικά παρόμοιων εικόνων
Ένα σημαντικό ζήτημα του αντικειμένου της ρομποτικής όρασης αφορά την αναγνώριση του οπτικού περιεχομένου που απεικονίζεται σε εικόνες.
Παράλληλα, με την ραγδαία αύξηση των διαθέσιμων φωτογραφιών στο διαδίκτυο, είναι εξαιρετικά σημαντικό για την μηχανή να είναι σε θέση να εμφανίζει στον άνθρωπο άλλες οπτικά παρόμοιες εικόνες. Φανταστείτε ένα σενάριο στο οποίο ένας καταναλωτής ενδιαφέρεται να αγοράσει ένα καναπέ που συνάντησε σε ένα ξενοδοχείο. Ο χρήστης φωτογραφίζει τον καναπέ και το σύστημα καλείται να επεξεργαστεί τη φωτογραφία.
Σε πρώτη φάση, ο υπολογιστής καλείται να αποκωδικοποιήσει το αντικείμενο το
οποίο εμφανίζεται στην εικόνα και να αναγνωρίσει ότι πρόκειται για καναπέ. Στη συνέχεια όμως, και αυτό είναι ίσως η μεγαλύτερη πρόκληση, το σύστημα καλείται να εντοπίσει από διαδικτυακά καταστήματα, ανάμεσα σε χιλιάδες προϊόντα, καναπέδες που οπτικά συγγενεύουν με την εικόνα του χρήστη. Ο υπολογιστής, προκειμένου να επιτύχει αυτή την διαδικασία, μεταφράζει το πρόβλημα σε ένα μαθηματικό μοντέλο και σε ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης.
Αντιλαμβανόμαστε ότι το ύφος των ηλεκτρονικών αγορών αλλάζει ριζικά όταν ώριμες τεχνολογίες ρομποτικής όρασης υιοθετηθούν από τις μηχανές αναζήτησης. Και ακριβώς για αυτό το λόγο, η Google διοργανώνει κάθε χρόνο διαγωνισμό ανάπτυξης τέτοιου είδους συστημάτων. Φέτος, στο διαγωνισμό συμμετείχαν 1022 ομάδες απ’ όλον τον κόσμο, εκπροσωπώντας Πανεπιστήμια, ερευνητικά κέντρα, εταιρείες πληροφορικής και ανεξάρτητες ομάδες. Η ομάδα του Intelligent Systems Laboratory, κατάφερε να εξασφαλίσει χρυσό μετάλλιο και χρηματικό έπαθλο, τερματίζοντας στην 6η θέση (top 0.58%) της γενικής κατάταξης.
Αναγνώριση ασθενειών σε αμπελοκαλλιέργειες
Η γεωγραφική θέση του Intelligent Systems Laboratory, επιβάλει την ανάπτυξη λύσεων που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις ανάγκες τις τοπικής αγοράς. Ένα τέτοιο σύστημα αναπτύχθηκε πρόσφατα και ήδη βρίσκεται σε φάση πιλοτικής εφαρμογής. Μικρές, αυτόνομες συσκευές έχουν τοποθετηθεί σε αμπελώνες της επαρχίας Πάφου, οι οποίες παρακολουθούν, με την χρήση καμερών, την εικόνα των φύλων των αμπελιών. Το σύστημα είναι σε θέση να εντοπίζει ασθένειες στις καλλιέργειες από την πρώτη φάση εμφάνισης τους. Παράλληλα, αξιοποιώντας ένα μηχανισμό επικοινωνίας, ενημερώνει τους αμπελοκαλλιεργητές για την υγεία της καλλιέργειας τους, προτρέποντας τους να προβούν σε ένα σύνολο δράσεων.
Το συγκεκριμένο σύστημα διασφαλίζει την συνεχή παρακολούθηση της καλλιέργειας και μακροπρόθεσμα, μπορεί να προβλέψει κινδύνους. Παράλληλα, το σύστημα εκτιμά το επίπεδο της απειλής που παρουσιάζει η καλλιέργεια και περιορίζει τη χρήση φυτοφαρμάκων, δεδομένου ότι σε κάθε περίπτωση, η ποσότητα αυτών προσαρμόζεται στην έκταση και το είδος της ασθένειας.
Αντίστοιχα συστήματα έχουν αναπτυχθεί τα προηγούμενα χρόνια με την συνεισφορά του εργαστηρίου για αντιμετώπιση του δάκου της ελιάς. Τα συστήματα αυτά εφαρμόστηκαν σε πλήρη κλίμακα σε τεράστιες εκτάσεις ελαιώνων στην Κρήτη, προλαμβάνοντας μεγάλες καταστροφές.
Υποβοήθηση συστημάτων εκπαίδευσης
Πρόσφατα, το εργαστήριο παρουσίασε ένα νέο τρόπο διδασκαλίας σε μαθητές δημοτικού. Οι μαθητές διδάσκονται την ενότητα των κλασμάτων με τη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών. Μια κάμερα παρακολουθεί τα συναισθήματα τους κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής διαδικασίας και προσπαθεί να χαρτογραφήσει την ψυχολογική τους κατάσταση. Ανάλογα με τα συναισθήματα τους, ο υπολογιστής τροποποιεί τον τρόπο διδασκαλίας ανά μαθητή. Αν για παράδειγμα ένας μαθητής είναι αγχωμένος, η διατύπωση αλλάζει (από την κλασική μορφή των κλασμάτων σε διαγράμματα πίτας κλπ.) ενώ το επίπεδο δυσκολίας των ερωτήσεων προσαρμόζεται ούτως ώστε η αυτοπεποίθηση του να ενισχυθεί. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν εντυπωσιακή βελτίωση στην επίδοση των μαθητών αλλά και στη συναισθηματική κατάσταση με την οποία αντιμετώπισαν το αντικείμενο διδασκαλίας.
Παράλληλα με αυτά, στο εργαστήριο αναπτύσσονται αλγόριθμοι ρομποτικής όρασης οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αυτόνομη πλοήγησης ιπτάμενων ρομπότ, αλγόριθμοι οι οποίοι παρακολουθώντας την οδηγική συμπεριφορά του οδηγού ενός οχήματος αξιολογούν το επίπεδο κούρασης αυτού, αλλά και μηχανισμοί επίβλεψης μονάδων παραγωγής.
Το εργαστήριο Intelligent Systems Laboratory (https://isl.nup.ac.cy/) ανήκει στο Τμήμα Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Νεάπολις Πάφος και οι δράσεις του συντονίζονται από το Δρ. Σάββα Χατζηχριστοφή, Αντιπρύτανη Έρευνας και Καινοτομίας του Πανεπιστημίου.
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ
T: +357 26843300
A: 2 Danais Ave., 8042 Pafos, Cyprus
