{"id":2593,"date":"2021-01-26T14:57:09","date_gmt":"2021-01-26T14:57:09","guid":{"rendered":"https:\/\/vea.it\/?p=2593"},"modified":"2021-01-26T15:10:08","modified_gmt":"2021-01-26T15:10:08","slug":"machine-learning-deep-learning-sistemi-di-visione-artificiale","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/vea.it\/de\/machine-learning-deep-learning-artificial-vision-systems\/","title":{"rendered":"Maschinelles Lernen und Deep Learning in Bildverarbeitungssystemen"},"content":{"rendered":"<p>Bildverarbeitungssysteme nutzen zunehmend Machine Learning, Deep Learning und Neuronale Netzwerktechnologien. Die Bedeutung dieser Begriffe ist nicht immer f\u00fcr jeden klar. Machen Sie jedoch nicht den Fehler, diese Technologien als die L\u00f6sung f\u00fcr jedes Sehproblem zu betrachten. Um diese Technologien optimal nutzen zu k\u00f6nnen, ist es besser, die Grenzen zu kennen.<\/p>\n\n\n\n<p><em>von Fabio Rosi<\/em><\/p>\n\n\n\n<p><strong>K\u00fcnstliche Intelligenz in Bildverarbeitungssystemen<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Zun\u00e4chst eine kurze Erkl\u00e4rung der Begriffe und Funktionsprinzipien. Ich m\u00f6chte vorausschicken, dass das, was folgt, eine starke Vereinfachung dieser komplexen Wissenschaft ist, mit Begriffen, die nicht immer wissenschaftlich angemessen sind.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Maschinelles Lernen, Deep Learning und neuronale Netze<\/strong> sind alle Teil der gro\u00dfen Familie von<strong>K\u00fcnstliche Intelligenz<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p>Die <strong>Maschinelles Lernen<\/strong> (auf Italienisch <strong>Automatisches Lernen<\/strong>) sind eine Reihe von Algorithmen zum Lernen von Informationen und zur Generierung von Entscheidungen aus einem Satz von Lerndaten, ohne vorgegebene mathematische oder statistische Modelle zu verwenden.<\/p>\n\n\n\n<p>In der Praxis stellt man bei Bildverarbeitungssystemen mit maschinellem Lernen dem Algorithmus meist eine Reihe von Bildern von Defekten zur Verf\u00fcgung, damit diese sp\u00e4ter als solche erkannt werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Diese Aktion wird als <strong>\u00dcberwachtes Lernen <\/strong>und ist die am h\u00e4ufigsten verwendete Art des Lernens in Bildverarbeitungssystemen dieser Art. Die Eingangs-Lerndaten (die Bilder der Defekte und die Informationen zu ihrer Charakterisierung) werden manuell ausgew\u00e4hlt, d.h. \u00fcberwacht. All diese Informationen werden vom Algorithmus so \"verdaut\", dass er eine allgemeine Regel identifiziert, die es ihm erlaubt, die in den Bildern katalogisierten Defekte zu finden, die er von Zeit zu Zeit sehen wird.<\/p>\n\n\n\n<p>Eine Art Zauberkasten, der aus den Bildern von Fehlern lernt und ein Urteil \u00fcber das Bild abgibt, das Sie in diesem Moment sehen.<\/p>\n\n\n\n<p>In unserem Zauberkasten sind einige <strong>neuronale Netze<\/strong>d.h. Algorithmen, die lernf\u00e4hig sind, ein bisschen wie der menschliche Verstand. Im Jahr 2019 werden bis zu 29 Grundtypen von <strong>neuronale Netze<\/strong>5 davon sind definiert als <strong>Tief.<\/strong> Der Hauptunterschied zwischen einem <strong>einfaches neuronales Netz<\/strong> und einer <strong>tiefes neuronales Netzwerk<\/strong> liegt in der Anzahl der versteckten Zwischenschichten. Das einfache neuronale Netz hat nur eine Zwischenschicht, im Gegensatz zum tiefen neuronalen Netz, das mehr als eine hat, entspricht jede Schicht einer anderen Abstraktionsebene des \"Denkens\".<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image is-style-default\"><figure class=\"aligncenter size-large\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" width=\"602\" height=\"226\" src=\"https:\/\/vea.it\/wp-content\/uploads\/2021\/01\/deep-learning.png\" alt=\"Deep Learning\" class=\"wp-image-2584\" srcset=\"https:\/\/vea.it\/wp-content\/uploads\/2021\/01\/deep-learning.png 602w, https:\/\/vea.it\/wp-content\/uploads\/2021\/01\/deep-learning-300x113.png 300w, https:\/\/vea.it\/wp-content\/uploads\/2021\/01\/deep-learning-16x6.png 16w, https:\/\/vea.it\/wp-content\/uploads\/2021\/01\/deep-learning-500x188.png 500w\" sizes=\"(max-width: 602px) 100vw, 602px\" \/><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p>Die <strong>Tiefes Lernen<\/strong>, d. h. die von einem tiefen neuronalen Netz durchgef\u00fchrte Ausarbeitung der Informationen, liefert oft zuverl\u00e4ssigere Ergebnisse als die von einem einschichtigen neuronalen Netz durchgef\u00fchrten.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Vor- und Nachteile von Machine Learning in Bildverarbeitungssystemen<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Machine Learning und Deep Learning sind zwei Begriffe, die in letzter Zeit im Umfeld von Industrie 4.0 viel verwendet werden. Unabh\u00e4ngig von den \"modischen\" Aspekten der beiden Begriffe, sollten wir verstehen, ob diese Technologien gewinnbringend eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Antwort auf diese Frage ist abh\u00e4ngig von der Art der Anwendung des Vision-Systems.<\/p>\n\n\n\n<p>Schauen wir uns die wichtigsten Vorteile an.<\/p>\n\n\n\n<ul><li>Die Einfachheit der Implementierung auf der operativen Ebene ist der Hauptvorteil. Vielmehr gen\u00fcgt es, die Bilder der Defekte jedes Mal einzuf\u00fcgen, wenn sie auftreten.<\/li><li>Nach einem auff\u00e4lligen Lernen erm\u00f6glicht das \"tiefe\" Netzwerk recht genaue Ergebnisse auch unter Bedingungen von Informationsrauschen, was im Fall von Computer-Vision-Systemen Reflexionen, verschmutzte Teile, Lichtvariationen der Umgebung usw. bedeutet.<\/li><li>Immer nach einem durch zahlreiche F\u00e4lle gepr\u00e4gten Lernen ist das \"Deep Learning\" in der Lage, einen verallgemeinerten Fehler auch ohne vorheriges Erfassen der Probe zu erkennen.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Schauen wir uns nun die Nachteile an.<\/p>\n\n\n\n<ul><li>Was wir fr\u00fcher als Zauberkasten bezeichnet haben, ist der Slang f\u00fcr <strong>Black Box<\/strong>. Das Problem der Black Box liegt darin, dass sie uns nicht erlaubt, die Regel zu kennen, die die Wahl zwischen gut und schlecht beinhaltet. Dies ist oft ein gro\u00dfes Problem, das das \"Deep Learning\" in vielen F\u00e4llen nicht sehr zuverl\u00e4ssig macht, so dass es vorzugsweise in Anwendungen eingesetzt wird, bei denen die Sicherheit des Ergebnisses nicht erforderlich ist.<\/li><li>Damit die Deep Learning-Logik gut funktioniert, ben\u00f6tigen Sie eine gro\u00dfe Menge an Informationen. Bei manchen Anwendungen reichen mehr als 1000 Bilder oft nicht aus, um eine ausreichend zuverl\u00e4ssige Regel zu erstellen.<\/li><li>Da es keine objektive Logik der Ausarbeitung gibt, die auf einem mathematischen oder statistischen Modell basiert, besteht die einzige M\u00f6glichkeit, eine gute Wahrscheinlichkeit der Erkennung des Defekts zu gew\u00e4hrleisten, darin, dem neuronalen Netz alle m\u00f6glichen F\u00e4lle von Defekten in allen m\u00f6glichen Positionen, Tiefen, Formen und F\u00e4rbungen zu liefern, und in einigen F\u00e4llen ist die Kombination dieser Informationen gigantisch. Wenn eine bestimmte Form tats\u00e4chlich nicht katalogisiert ist, ist es leicht m\u00f6glich, dass das System sie nicht erkennt. Es kann z.B. vorkommen, dass gro\u00dfe Defekte nicht erkannt werden, nur weil eine Reihe kleiner oder mittlerer Defekte katalogisiert wurden.<\/li><li>Diese Logiken erlauben es nicht, die Zuverl\u00e4ssigkeit in der Zeit auch auf Fehler zu garantieren, die vorher als solche erkannt wurden. Das liegt daran, dass die neuronalen Logiken die Informationen nicht akkumulieren, sondern \"absorbieren\", man sagt sogar, sie \"akkumulieren die Erfahrung\", nicht die Daten. Wenn wir also neue Informationen geben, neigen alte Informationen dazu, in diesem Prozess \"verw\u00e4ssert\" zu werden. Diese \"Verw\u00e4sserung\" ist keine rein negative Eigenschaft, denn sie verfeinert das Lernen. Leider kann man aber die Wiederholbarkeit der Auswertung des Bildverarbeitungssystems nur durch Blockieren des Lernprozesses sicherstellen.<\/li><li>Eines der Hauptprobleme entsteht durch den Prozess des \u00fcberwachten Lernens. In Anbetracht der Menge an Informationen, die an das \"tiefe\" Netzwerk geliefert werden m\u00fcssen, kann es passieren, dass der Mensch falsche Daten liefert, d. h. einen Fehler, der kein Fehler ist, oder umgekehrt. Das neuronale Netzwerk hat die F\u00e4higkeit, diese falsche Erfassung zu verbergen, was die Erforschung dieser Anomalie erschwert, wenn nicht gar unm\u00f6glich macht. Die Folge ist eine Erh\u00f6hung der Unzuverl\u00e4ssigkeit des Systems.<\/li><li>Ausreichend \u00fcberwachtes Lernen, damit das neuronale Netz richtig funktioniert, hat oft Kosten, die den Einsatz nicht rechtfertigen, insbesondere im Verh\u00e4ltnis zum erreichten Grad der Zuverl\u00e4ssigkeit.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p><strong>VEA-L\u00f6sung f\u00fcr maschinelles Lernen in Bildverarbeitungssystemen<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Tests, die bei einigen unserer Kunden durchgef\u00fchrt wurden, haben gezeigt, dass die Deep-Learning-Technologien sehr gut sind, da sie in der Lage sind, eine gute Anzahl von Fehlern effektiv zu katalogisieren, aber sie sind teuer in der Verwaltung und sie sind nicht in der Lage, das Niveau der Zuverl\u00e4ssigkeit zu \u00fcberwinden, das die aktuellen propriet\u00e4ren Algorithmen in \"hybrider Logik\" haben. In der Tat sind die aktuellen Algorithmen VEA in \"hybrider Logik\" heute funktionaler, schneller zu implementieren und vor allem zuverl\u00e4ssiger und kontrollierbarer als ein \"tiefes\" neuronales Netz.<\/p>\n\n\n\n<p>Algorithmen in \"hybrider Logik\", die seit 2007 vom VEA entwickelt wurden, verwenden bereits ein voreingestelltes \u00fcberwachtes Lernen, das teilweise auf einem neuronalen Netzwerk basiert, aber statistische und mathematische Logik verwendet, um seine Stabilit\u00e4t zu st\u00e4rken.<\/p>\n\n\n\n<p>Die letzten Typen von tiefen neuronalen Netzen, zusammen mit der wachsenden Ausarbeitungskapazit\u00e4t der Prozessoren, bieten jedoch mehrere Vorteile. Die L\u00f6sung besteht also darin, die Nachteile zu minimieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Daher die propriet\u00e4re Technologie <strong>Geregeltes maschinelles Lernen<\/strong>. Es handelt sich um eine Reihe von hybriden Algorithmen, die aus zwei unterschiedlichen Logiks\u00e4tzen bestehen.<\/p>\n\n\n\n<p>Die erste \"lernende\" Gruppe wird von Deep-Learning-Logiken gebildet, die die Vorgeschichte von Defekten lernen und die Konzepte abstrahieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Die zweite Gruppe \"\u00dcberwachung\" wird von hybriden Logiken gebildet, die in der Lage sind zu bewerten, ob das Ergebnis der \"Lern\"-Gruppe ausreichend zuverl\u00e4ssig ist, im umgekehrten Fall werden die Ergebnisse der \"\u00dcberwachungs\"-Logiken als Referenz genommen.<\/p>\n\n\n\n<p>Der komplement\u00e4re Einsatz der beiden Logiken hat bisher zu hervorragenden Ergebnissen gef\u00fchrt, ohne an Zuverl\u00e4ssigkeit zu verlieren.<\/p>\n\n\n\n<p>Dar\u00fcber hinaus ist das Abstraktionsniveau der Deep-Learning-Logiken so hoch, dass die Konstruktion von vorkonfigurierten Lern-\"Paketen\" m\u00f6glich ist, wodurch lange und teure Lernsitzungen auf Kosten des Kunden vermieden werden.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Bildverarbeitungssysteme nutzen zunehmend Machine Learning, Deep Learning und Neuronale Netzwerktechnologien. 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