فهم الخطوات الرئيسية في مشروع الرؤية الحاسوبية

مقدمة

الرؤية الحاسوبية هو مجال فرعي للذكاء الاصطناعي (AI) يساعد الحواسيب على رؤية العالم وفهمه كما يفعل البشر. فهو يعالج الصور أو مقاطع الفيديو ويحللها لاستخراج المعلومات والتعرف على الأنماط واتخاذ القرارات بناءً على تلك البيانات.

يمكن تطبيق تقنيات الرؤية الحاسوبية مثل اكتشاف الأجسام وتصنيف الصور وتجزئة النماذج في مختلف الصناعات، بدءاً من القيادة الذاتية إلى التصوير الطبي، لاكتساب رؤى قيّمة.

يعد العمل على مشاريع رؤية الكمبيوتر الخاصة بك طريقة رائعة لفهم وتعلم المزيد عن رؤية الكمبيوتر. ومع ذلك، يمكن أن يتكون مشروع رؤية الكمبيوتر من العديد من الخطوات، وقد يبدو الأمر مربكاً في البداية. بحلول نهاية هذا الدليل، ستكون على دراية بالخطوات التي ينطوي عليها مشروع رؤية الحاسوب. سنستعرض كل شيء من بداية المشروع إلى نهايته، مع شرح أهمية كل جزء من أجزائه. لنبدأ وننجح مشروع الرؤية الحاسوبية الخاص بك!

نظرة عامة على مشروع الرؤية الحاسوبية

قبل مناقشة تفاصيل كل خطوة من خطوات مشروع الرؤية الحاسوبية، دعونا نلقي نظرة على العملية الشاملة. إذا بدأت مشروعاً للرؤية الحاسوبية اليوم، فستتخذ الخطوات التالية:

• ستكون أولويتك الأولى هي فهم متطلبات مشروعك.
• بعد ذلك، ستقوم بجمع الصور وتسميتها بدقة لتساعدك في تدريب نموذجك.
• بعد ذلك، ستقوم بتنظيف بياناتك وتطبيق تقنيات التعزيز لإعدادها لتدريب النموذج.
• بعد التدريب على النموذج، ستقوم باختبار النموذج وتقييمه بدقة للتأكد من أدائه المتسق في ظل ظروف مختلفة.
• وأخيراً، يمكنك نشر نموذجك في العالم الحقيقي وتحديثه بناءً على الرؤى والملاحظات الجديدة.

والآن بعد أن عرفنا ما يمكن توقعه، دعنا نتعمق في الخطوات ونبدأ في تنفيذ مشروعك.

الخطوة 1: تحديد أهداف مشروعك

الخطوة الأولى في أي مشروع للرؤية الحاسوبية هي تحديد المشكلة التي تحاول حلها بوضوح. تساعدك معرفة الهدف النهائي على البدء في بناء الحل. هذا صحيح بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالرؤية الحاسوبية لأن هدف مشروعك سيؤثر بشكل مباشر على مهمة الرؤية الحاسوبية التي تحتاج إلى التركيز عليها.

فيما يلي بعض الأمثلة على أهداف المشروع ومهام الرؤية الحاسوبية التي يمكن استخدامها للوصول إلى هذه الأهداف:

• الهدف: تطوير نظام يمكنه مراقبة وإدارة تدفق مختلف أنواع المركبات على الطرق السريعة، وتحسين إدارة حركة المرور والسلامة.

  • مهمة الرؤية الحاسوبية: يُعدّ الكشف عن الأجسام مثاليًا لمراقبة حركة المرور لأنه يحدد موقع المركبات المتعددة ويحددها بكفاءة. وهو أقل تطلّباً من الناحية الحسابية من تجزئة الصور، والذي يوفر تفاصيل غير ضرورية لهذه المهمة، مما يضمن تحليلاً أسرع وفي الوقت الحقيقي.

• الهدف: تطوير أداة تساعد أخصائيي الأشعة من خلال توفير مخططات دقيقة على مستوى البكسل للأورام في فحوصات التصوير الطبي.

  • مهمة الرؤية الحاسوبية: يعتبر تجزئة الصور مناسباً للتصوير الطبي لأنه يوفر حدوداً دقيقة ومفصلة للأورام التي تعتبر حاسمة لتقييم الحجم والشكل وتخطيط العلاج.

• الهدف: إنشاء نظام رقمي يصنف المستندات المختلفة (مثل الفواتير والإيصالات والأوراق القانونية) لتحسين الكفاءة التنظيمية واسترجاع المستندات.

  • مهمة الرؤية الحاسوبية: يُعد تصنيف الصور مثاليًا هنا لأنه يعالج مستندًا واحدًا في كل مرة، دون الحاجة إلى النظر في موضع المستند في الصورة. يعمل هذا النهج على تبسيط وتسريع عملية الفرز.

الخطوة 1.5: اختيار النموذج ونهج التدريب المناسبين

بعد فهم هدف المشروع ومهام الرؤية الحاسوبية المناسبة، فإن جزءًا أساسيًا من تحديد هدف المشروع هو اختيار النموذج الصحيح ونهج التدريب المناسب.

اعتماداً على الهدف، قد تختار تحديد النموذج أولاً أو بعد معرفة البيانات التي يمكنك جمعها في الخطوة 2. على سبيل المثال، لنفترض أن مشروعك يعتمد بشكل كبير على توافر أنواع محددة من البيانات. في هذه الحالة، قد يكون من العملي أكثر جمع البيانات وتحليلها أولاً قبل اختيار النموذج. من ناحية أخرى، إذا كان لديك فهم واضح لمتطلبات النموذج، يمكنك اختيار النموذج أولاً ثم جمع البيانات التي تناسب تلك المواصفات.

يؤثر الاختيار بين التدريب من الصفر أو استخدام التعلّم المنقول على كيفية إعداد بياناتك. يتطلب التدريب من الصفر مجموعة بيانات متنوعة لبناء فهم النموذج من الألف إلى الياء. من ناحية أخرى، يتيح لك التعلّم المنقول استخدام نموذج مُدرّب مسبقًا وتكييفه مع مجموعة بيانات أصغر وأكثر تحديدًا. كما أن اختيار نموذج محدد لتدريبه، سيحدد أيضًا كيفية إعداد بياناتك، مثل تغيير حجم الصور أو إضافة التعليقات التوضيحية وفقًا لمتطلبات النموذج المحددة.

ملاحظة: عند اختيار أحد النماذج، ضع في اعتبارك نشره لضمان التوافق والأداء. على سبيل المثال، تُعد النماذج خفيفة الوزن مثالية للحوسبة الطرفية نظرًا لكفاءتها على الأجهزة محدودة الموارد. لمعرفة المزيد حول النقاط الرئيسية المتعلقة بتحديد مشروعك، اقرأ دليلنا حول تحديد أهداف مشروعك واختيار النموذج المناسب.

قبل الدخول في العمل العملي لمشروع الرؤية الحاسوبية، من المهم أن يكون لديك فهم واضح لهذه التفاصيل. تحقق مرة أخرى من أنك أخذت في الاعتبار ما يلي قبل الانتقال إلى الخطوة 2:

• حدد بوضوح المشكلة التي تحاول حلها.
• حدد الهدف النهائي لمشروعك.
• تحديد مهمة الرؤية الحاسوبية المحددة المطلوبة (على سبيل المثال، اكتشاف الأجسام، وتصنيف الصور، وتجزئة الصور).
• قرر ما إذا كنت تريد تدريب نموذج من الصفر أو استخدام التعلُّم التحويلي.
• حدد النموذج المناسب لمهمتك واحتياجات النشر الخاصة بك.

الخطوة 2: جمع البيانات وشرح البيانات

تعتمد جودة نماذج الرؤية الحاسوبية الخاصة بك على جودة مجموعة البيانات الخاصة بك. يمكنك إما جمع الصور من الإنترنت أو التقاط صورك الخاصة أو استخدام مجموعات البيانات الموجودة مسبقاً. إليك بعض الموارد الرائعة لتنزيل مجموعات بيانات عالية الجودة: محرك البحث عن مجموعات بيانات جوجل، ومستودع تعلّم الآلة بجامعة كاليفورنيا في إيرفين، ومجموعات بيانات Kaggle.

توفر بعض المكتبات، مثل Ultralytics ، دعمًا مدمجًا لمختلف مجموعات البيانات، مما يسهل عليك البدء باستخدام بيانات عالية الجودة. غالبًا ما تتضمن هذه المكتبات أدوات مساعدة لاستخدام مجموعات البيانات الشائعة بسلاسة، مما يوفر عليك الكثير من الوقت والجهد في المراحل الأولى من مشروعك.

ومع ذلك، إذا اخترت جمع الصور أو التقاط الصور الخاصة بك، فستحتاج إلى وضع تعليقات توضيحية لبياناتك. الشرح التوضيحي للبيانات هو عملية تسمية بياناتك لنقل المعرفة إلى نموذجك. يعتمد نوع التعليقات التوضيحية للبيانات التي ستعمل بها على تقنية الرؤية الحاسوبية الخاصة بك. إليك بعض الأمثلة:

• تصنيف الصور: ستصنف الصورة بأكملها كفئة واحدة.
• اكتشاف الأجسام: ستقوم برسم مربعات محددة حول كل كائن في الصورة وتسمية كل مربع.
• تجزئة الصور: ستقوم بتسمية كل بكسل في الصورة وفقًا للكائن الذي ينتمي إليه، مما يؤدي إلى إنشاء حدود مفصلة للكائن.

يمكن أن يستغرق جمع البيانات والتع ليق التوضيحي وقتًا طويلاً من الجهد اليدوي. يمكن أن تساعد أدوات التعليقات التوضيحية في تسهيل هذه العملية. فيما يلي بعض أدوات التعليقات التوضيحية المفتوحة المفيدة: LabeI Studio، وCVAT، و Labelme.

الخطوة 3: زيادة البيانات وتقسيم مجموعة البيانات الخاصة بك

بعد جمع بيانات الصور والتعليق عليها، من المهم أولاً تقسيم مجموعة بياناتك إلى مجموعات تدريب وتحقق واختبار قبل إجراء زيادة البيانات. يُعدّ تقسيم مجموعة بياناتك قبل التعزيز أمرًا بالغ الأهمية لاختبار نموذجك والتحقق من صحته على البيانات الأصلية غير المعدّلة. فهو يساعد على التقييم الدقيق لمدى دقة تعميم النموذج على البيانات الجديدة غير المرئية.

إليك كيفية تقسيم بياناتك:

• مجموعة التدريب: وهي الجزء الأكبر من بياناتك، وعادةً ما تكون 70-80% من الإجمالي، وتُستخدم لتدريب نموذجك.
• مجموعة التحقق من الصحة: عادةً ما تكون حوالي 10-15% من بياناتك؛ تُستخدم هذه المجموعة لضبط المعلمات الفائقة والتحقق من صحة النموذج أثناء التدريب، مما يساعد على منع الإفراط في التهيئة.
• مجموعة الاختبار: يتم تخصيص نسبة 10-15% المتبقية من البيانات كمجموعة اختبار. تُستخدم لتقييم أداء النموذج على البيانات غير المرئية بعد اكتمال التدريب.

بعد تقسيم بياناتك، يمكنك إجراء تكبير البيانات عن طريق تطبيق تحويلات مثل تدوير الصور وقياسها وقلبها لزيادة حجم مجموعة بياناتك بشكل مصطنع. تعمل زيادة البيانات على جعل نموذجك أكثر قوة في مواجهة الاختلافات وتحسين أدائه على الصور غير المرئية.

توفر مكتبات مثل OpenCV و Albumentations و TensorFlow وظائف زيادة مرنة يمكنك استخدامها. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بعض المكتبات، مثل Ultralytics ، على إعدادات زيادة مدمجة مباشرةً ضمن وظيفة تدريب النموذج، مما يبسط العملية.

لفهم بياناتك بشكل أفضل، يمكنك استخدام أدوات مثل Matplotlib أو Seaborn لتصور الصور وتحليل توزيعها وخصائصها. يساعدك تصور بياناتك في تحديد الأنماط والحالات الشاذة وفعالية تقنيات التعزيز الخاصة بك. يمكنك أيضًا استخدام Ultralytics Explorer، وهي أداة لاستكشاف مجموعات بيانات الرؤية الحاسوبية باستخدام البحث الدلالي واستعلامات SQL والبحث عن التشابه المتجه.

من خلال فهم بياناتك وتقسيمها وزيادتها بشكل صحيح، يمكنك تطوير نموذج مُدرَّب جيدًا ومُثبت ومُختبَر يعمل بشكل جيد في تطبيقات العالم الحقيقي.

الخطوة 4: التدريب النموذجي

بمجرد أن تصبح مجموعة بياناتك جاهزة للتدريب، يمكنك التركيز على إعداد البيئة اللازمة وإدارة مجموعات بياناتك وتدريب نموذجك.

أولاً، ستحتاج إلى التأكد من تهيئة بيئتك بشكل صحيح. يتضمن ذلك عادةً ما يلي:

• تثبيت المكتبات الأساسية وأطر العمل مثل TensorFlow ، PyTorch ، أو Ultralytics.
• إذا كنت تستخدم وحدة معالجة الرسومات، فإن تثبيت مكتبات مثل CUDA و cuDNN سيساعد في تمكين تسريع وحدة معالجة الرسومات وتسريع عملية التدريب.

بعد ذلك، يمكنك تحميل مجموعات بيانات التدريب والتحقق من الصحة في بيئتك. قم بتطبيع البيانات ومعالجتها مسبقًا من خلال تغيير حجمها أو تحويل تنسيقها أو زيادتها. مع تحديد النموذج الخاص بك، قم بتكوين الطبقات وتحديد المعلمات الفائقة. قم بتجميع النموذج من خلال تعيين دالة الخسارة والمحسِّن ومقاييس الأداء.

تعمل مكتبات مثل Ultralytics على تبسيط عملية التدريب. يمكنك بدء التدريب عن طريق إدخال البيانات في النموذج بأقل قدر من التعليمات البرمجية. تتعامل هذه المكتبات مع تعديلات الوزن، والترحيل العكسي، والتحقق من صحة النموذج تلقائيًا. كما أنها توفر أدوات لمراقبة التقدم المحرز وضبط المعلمات الفائقة بسهولة. بعد التدريب، احفظ النموذج وأوزانه ببضعة أوامر.

من المهم أن تضع في اعتبارك أن الإدارة السليمة لمجموعة البيانات أمر حيوي للتدريب الفعال. استخدم التحكم في الإصدار لمجموعات البيانات لتتبع التغييرات وضمان إمكانية التكرار. يمكن أن تساعد أدوات مثل DVC (التحكم في إصدار البيانات) في إدارة مجموعات البيانات الكبيرة.

الخطوة 5: تقييم النموذج وصقل النموذج

من المهم تقييم أداء نموذجك باستخدام مقاييس مختلفة وتحسينه لتحسين دقته. يساعد التقييم في تحديد المجالات التي يتفوق فيها النموذج والمجالات التي قد يحتاج فيها إلى تحسين. يضمن الضبط الدقيق تحسين النموذج للحصول على أفضل أداء ممكن.

• مقاييس الأداء: استخدم مقاييس مثل الدقة والدقة والاستدعاء ودرجة F1 لتقييم أداء نموذجك. توفر هذه المقاييس رؤى حول مدى جودة تنبؤات نموذجك.

• ضبط البارامتر الفائق: ضبط المعلمات الفائقة لتحسين أداء النموذج. يمكن أن تساعد تقنيات مثل البحث الشبكي أو البحث العشوائي في العثور على أفضل قيم للمعاملات الفائقة.

• الضبط الدقيق: إجراء تعديلات صغيرة على بنية النموذج أو عملية التدريب لتحسين الأداء. قد يتضمن ذلك تعديل معدلات التعلم أو أحجام الدفعات أو معلمات النموذج الأخرى.

الخطوة 6: اختبار النموذج

في هذه الخطوة، يمكنك التأكد من أن النموذج الخاص بك يعمل بشكل جيد على بيانات غير مرئية تمامًا، مما يؤكد جاهزيته للنشر. الفرق بين اختبار النموذج وتقييم النموذج هو أنه يركز على التحقق من أداء النموذج النهائي بدلاً من تحسينه بشكل متكرر.

من المهم إجراء اختبار شامل وتصحيح أي مشاكل شائعة قد تنشأ. اختبر نموذجك على مجموعة بيانات اختبارية منفصلة لم تُستخدم أثناء التدريب أو التحقق من الصحة. يجب أن تمثل مجموعة البيانات هذه سيناريوهات العالم الحقيقي لضمان اتساق أداء النموذج وموثوقيته.

قم أيضًا بمعالجة المشاكل الشائعة مثل الإفراط في الملاءمة ونقص الملاءمة وتسرب البيانات. استخدم تقنيات مثل التحقق المتقاطع واكتشاف الشذوذ لتحديد هذه المشكلات وإصلاحها.

الخطوة 7: نشر النموذج

بمجرد اختبار نموذجك بدقة، يحين وقت نشره. يتضمن النشر إتاحة نموذجك للاستخدام في بيئة الإنتاج. فيما يلي خطوات نشر نموذج الرؤية الحاسوبية:

• إعداد البيئة: قم بتهيئة البنية التحتية اللازمة لخيار النشر الذي اخترته، سواء كان مستنداً إلى السحابة (AWS أو Google Cloud أو Azure) أو مستنداً إلى الحافة (الأجهزة المحلية، إنترنت الأشياء).

• تصدير النموذج: قم بتصدير النموذج الخاص بك إلى التنسيق المناسب (على سبيل المثال، ONNX ، TensorRT ، CoreML لـ YOLOv8) لضمان التوافق مع منصة النشر الخاصة بك.

• نشر النموذج: نشر النموذج من خلال إعداد واجهات برمجة التطبيقات أو نقاط النهاية ودمجها مع تطبيقك.
• ضمان قابلية التوسع: تنفيذ موازنات التحميل، ومجموعات التحجيم التلقائي، وأدوات المراقبة لإدارة الموارد والتعامل مع البيانات وطلبات المستخدمين المتزايدة.

الخطوة 8: المراقبة والصيانة والتوثيق

بمجرد نشر النموذج الخاص بك، من المهم مراقبة أدائه باستمرار، وصيانته للتعامل مع أي مشاكل، وتوثيق العملية بأكملها للرجوع إليها وإدخال التحسينات في المستقبل.

يمكن لأدوات المراقبة أن تساعدك على تتبع مؤشرات الأداء الرئيسية (KPIs) واكتشاف الحالات الشاذة أو انخفاض الدقة. من خلال مراقبة النموذج، يمكنك أن تكون على دراية بانحراف النموذج، حيث ينخفض أداء النموذج بمرور الوقت بسبب التغييرات في بيانات الإدخال. قم بإعادة تدريب النموذج بشكل دوري باستخدام بيانات محدثة للحفاظ على الدقة والملاءمة.

بالإضافة إلى المراقبة والصيانة، يعد التوثيق أمرًا أساسيًا أيضًا. توثيق العملية بالكامل، بما في ذلك بنية النموذج، وإجراءات التدريب، والمعلمات الفائقة، وخطوات المعالجة المسبقة للبيانات، وأي تغييرات يتم إجراؤها أثناء النشر والصيانة. يضمن التوثيق الجيد إمكانية التكرار ويجعل التحديثات المستقبلية أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها أسهل. من خلال مراقبة نموذجك وصيانته وتوثيقه بشكل فعّال، يمكنك ضمان أن يظل النموذج دقيقًا وموثوقًا وسهل الإدارة على مدار دورة حياته.

الأسئلة الشائعة

فيما يلي بعض الأسئلة الشائعة التي قد تظهر أثناء مشروع رؤية الكمبيوتر:

• السؤال 1: كيف تتغير الخطوات إذا كان لديّ بالفعل مجموعة بيانات أو بيانات عند بدء مشروع رؤية حاسوبية؟

  • ج1: يؤثر البدء بمجموعة بيانات أو بيانات موجودة مسبقاً على الخطوات الأولية لمشروعك. في الخطوة 1، إلى جانب تحديد مهمة الرؤية الحاسوبية والنموذج، ستحتاج أيضًا إلى استكشاف مجموعة بياناتك بدقة. سيوجه فهم جودتها وتنوعها وقيودها اختيارك للنموذج ونهج التدريب. يجب أن يتوافق نهجك بشكل وثيق مع خصائص البيانات للحصول على نتائج أكثر فعالية. اعتمادًا على بياناتك أو مجموعة بياناتك، قد تتمكن من تخطي الخطوة 2 أيضًا.

• س2: لستُ متأكدًا من مشروع الرؤية الحاسوبية الذي سأبدأ به رحلتي في تعلم الذكاء الاصطناعي.

  • ج2: اطلع على دليلنا الإرشادي حول المشاريع الواقعية للحصول على الإلهام والإرشاد.

• س3: لا أريد تدريب نموذج. أريد فقط تجربة تشغيل نموذج على صورة. كيف يمكنني القيام بذلك؟

  • ج3: يمكنك استخدام نموذج مُدرَّب مسبقًا لتشغيل تنبؤات على صورة ما دون تدريب نموذج جديد. اطلع على صفحة مستندات التنبؤYOLOv8 للحصول على إرشادات حول كيفية استخدام نموذج YOLOv8 المدرب مسبقًا لإجراء تنبؤات على صورك.

• س4: أين يمكنني العثور على المزيد من المقالات والتحديثات التفصيلية حول تطبيقات الرؤية الحاسوبية و YOLOv8 ؟

  • ج4: لمزيد من المقالات المفصلة والتحديثات والرؤى حول تطبيقات الرؤية الحاسوبية و YOLOv8 ، قم بزيارة صفحة مدونةUltralytics . تغطي المدونة مجموعة واسعة من الموضوعات وتوفر معلومات قيّمة لمساعدتك على البقاء على اطلاع دائم وتحسين مشاريعك.

التواصل مع المجتمع

يمكن أن يساعدك التواصل مع مجتمع من المتحمسين للرؤية الحاسوبية على معالجة أي مشاكل تواجهك أثناء العمل على مشروع الرؤية الحاسوبية بثقة. إليك بعض الطرق للتعلم واستكشاف الأخطاء وإصلاحها والتواصل بفعالية.

موارد المجتمع

• مشكلات GitHub: تحقق من مستودعYOLOv8 GitHub واستخدم علامة تبويب المشكلات لطرح الأسئلة والإبلاغ عن الأخطاء واقتراح ميزات جديدة. المجتمع النشط والمشرفون موجودون للمساعدة في حل مشكلات محددة.
• Ultralytics خادم ديسكورد: انضم إلى خادمUltralytics Discord للتفاعل مع المستخدمين والمطورين الآخرين والحصول على الدعم ومشاركة الأفكار.

الوثائق الرسمية

• Ultralytics YOLOv8 التوثيق: استكشف وثائق YOLOv8 الرسمية للحصول على أدلة مفصلة مع نصائح مفيدة حول مهام ومشاريع الرؤية الحاسوبية المختلفة.

سيساعدك استخدام هذه الموارد في التغلب على التحديات والبقاء على اطلاع دائم بأحدث الاتجاهات وأفضل الممارسات في مجتمع الرؤية الحاسوبية.

ابدأ مشروع رؤية الكمبيوتر الخاص بك اليوم!

يمكن أن يكون تنفيذ مشروع رؤية الكمبيوتر أمرًا مثيرًا ومفيدًا. باتباع الخطوات الواردة في هذا الدليل، يمكنك بناء أساس متين للنجاح. كل خطوة ضرورية لتطوير حل يلبي أهدافك ويعمل بشكل جيد في سيناريوهات العالم الحقيقي. ومع اكتساب الخبرة، ستكتشف تقنيات وأدوات متقدمة لتحسين مشاريعك. حافظ على فضولك، واستمر في التعلم، واستكشف أساليب وابتكارات جديدة!

التعليقات