Thị giác máy tính là gì? Vai trò của thị giác máy tính

Thị giác máy tính là một trong những công nghệ tiên tiến nhất của trí tuệ nhân tạo, cho phép máy tính hiểu và giải thích thông tin từ hình ảnh, video. Trong bài viết này, hãy cùng Viettel IDC tìm hiểu chi tiết thị giác máy tính là gì và ứng dụng công nghệ này như thế nào nhé!

Thị giác máy tính là gì?

Thị giác máy tính (Computer vision) là một lĩnh vực khoa học máy tính, tập trung vào việc phát triển công nghệ giúp máy tính nhận diện, hiểu và xử lý hình ảnh, video tự động. Thông qua những thuật toán phức tạp cùng mô hình học máy, hình ảnh được phân tích và trích xuất các thông tin liên quan đến nhận diện khuôn mặt, màu sắc, bối cảnh,... 

Sơ lược về lịch sử thị giác máy tính

Vào năm 1966, hai nhà tiên phong về AI là Seymour Papert và Marvin Minsky đã bắt đầu dự án “Summer Vision Project“ nhằm tạo ra hệ thống máy tính có khả năng nhận dạng vật thể trong hình ảnh. Tuy nhiên, những vật thể này có thể xuất hiện từ những góc độ và điều kiện ánh sáng khác nhau, khiến máy tính không thể xác định giá trị pixel của đối tượng. Sau đó, dự án này đã không thể thành công và gặp một số hạn chế nhất định.

Vào năm 1979, Kunihiko Fukushima - nhà khoa học Nhật Bản đã đề xuất phát triển hệ thống thị giác máy tính neocognitron, dựa trên nghiên cứu vỏ não về thị giác của con người. Mặc dù chưa đạt được nhiều thành công nhưng đây là một bước tiến quan trọng, đặt nền móng cho sự phát triển của các hệ thống thị giác máy tính phức tạp sau này.

Lấy cảm hứng từ neocognitron, vào những năm 1980s, nhà khoa học Yan LeCun đã tạo ra mạng thần kinh tích chập (CNN) bao gồm nhiều lớp tế bào thần kinh nhân tạo. Lớp đầu tiên sẽ phát hiện những đặc trưng cơ bản của vật thể như cạnh dọc, cạnh ngang. Lớp tiếp theo sẽ phân tích những đặc trưng phức tạp, cho đến khi phát hiện những chi tiết cụ thể như khuôn mặt, xe hơi, cánh cửa. Tuy nhiên, nhược điểm của CNN là đòi hỏi lượng lớn tài nguyên và công nghệ tính toán quá phức tạp mà thời bấy giờ chưa thể đáp ứng được. Sau đó, CNN vẫn được ứng dụng trong lĩnh vực ngân hàng hoặc bưu chính để xử lý chữ viết tay trên phong bì, tờ séc, còn trong lĩnh vực nhận diện hình ảnh thì hoàn toàn thất bại.

Phải đến năm 2012, các nhà nghiên cứu AI từ Toronto mới phát triển ra mạng thần kinh chập AlexNet. AlexNet đã giành chiến thắng trong cuộc thi ImageNet, chứng minh sức mạnh vượt trội của CNN trong việc nhận diện hình ảnh. Cũng chính sự kiện này đã mở ra cuộc cách mạng Deep Learning, sử dụng mạng nhân tạo thần kinh nhiều lớp để phát triển thị giác máy tính như ngày nay.

Xem thêm:

- NPU là gì? Lợi ích nổi bật của NPU

- Hướng dẫn trí tuệ nhân tạo cho người mới bắt đầu

- Generative AI: Cách mạng mới của trí tuệ nhân tạo

Vai trò của thị giác máy tính

Trước đây, những công nghệ xử lý hình ảnh cần thực hiện thủ công, tốn thời gian và dễ bị lỗi. Để nhận diện được khuôn mặt, bạn phải gắn thẻ thủ công hàng ngàn hình ảnh bằng các điểm dữ liệu chính như khoảng cách giữa 2 mắt, chiều rộng của sống mũi,... 

Tuy nhiên, từ khi thị giác máy tính phát triển thì quy trình này được tự động hoá, xử lý hình ảnh và video hiệu quả hơn. Lúc này, bạn và doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được nguồn lực, thời gian và chi phí đáng kể. Bên cạnh đó, kết hợp với sự tăng trưởng mạnh mẽ của sức mạnh điện toán cũng cho phép xử lý lượng lớn dữ liệu hình ảnh, nhanh hơn và chính xác hơn. 

Xem thêm: Khám phá sức mạnh của Computer Vision

Thị giác máy tính hoạt động như thế nào?

Công nghệ thị giác máy tính đã ứng dụng AI (trí tuệ nhân tạo) để nhận biết và phân loại đối tượng như não bộ con người. Các nhà khoa học nhập lượng lớn thông tin giúp máy tính nhận biết dữ liệu hình ảnh. Sau đó, thuật toán máy học sẽ xác định ra các kiểu mẫu thông dụng xuất hiện trong những hình ảnh này, từ dữ kiện đó để phân tích hình ảnh mới. Ví dụ: Khi phân tích hàng triệu hình ảnh về xe máy, máy tính sẽ xây dựng kiểu mẫu để nhận diện chính xác phương tiện này trong các hình ảnh khác.

Thị giác máy tính sẽ hoạt động dựa trên các công nghệ dưới đây:

1. Học sâu (Deep Learning)

Học sâu là một phương pháp máy học (ML) sử dụng mạng nơ-ron, bao gồm các lớp nơ-ron cùng hoạt động trong máy tính. Nhờ vào phép tính toán học, mạng nơ-ron có thể tự động xử lý các đặc trưng của hình ảnh, xây dựng sự hiểu biết để đưa ra dự đoán.

Ví dụ: 

- Lớp nơ-ron đầu tiên tiếp nhận dữ liệu thô (là một hình ảnh), các lớp tiếp theo sẽ phân tích đặc trưng và lớp cuối cùng đưa ra kết quả (đây là một chiếc xe hơi). 

- Mạng nơ-ron học từ các dữ liệu khác nhau (hình ảnh của nhiều loại xe hơi khác nhau), sau quá trình huấn luyện có thể dễ dàng phân tích và so sánh với những gì đã học được để đưa ra kết quả (đây là một chiếc xe hơi).

2. Mạng nơ-ron tích chập (CNN)

Mạng nơ-ron tích chập (CNN) phân tích dữ liệu hình ảnh thông qua hệ thống ghi nhãn. Cụ thể, CNN sẽ gán cho mỗi điểm ảnh là một giá trị nhãn, những giá trị này dùng để thực hiện phép nhân chập và đưa ra kết quả về hình ảnh. Giống như việc con người cố gắng nhận biết đối tượng từ xa, trước hết, CNN sẽ xác định các đường nét và hình dáng đơn giản của đối tượng, sau đó bổ sung thêm các chi tiết về màu sắc, kết cấu,... Quy trình dự đoán sẽ được lặp lại để nâng cao tính chính xác của kết quả.

Xem thêm: Các mô hình mạng nơ ron nhân tạo nổi bật hàng đầu

3. Mạng nơ-ron hồi quy (RNN)

CNN thường dùng để phân tích những hình ảnh đơn lẻ, còn mạng nơ-ron hồi quy (RNN) dùng để xử lý một loạt hình ảnh hoặc video. Tuy nhiên, cách thức hoạt động cũng tương tự như CNN.

Phân biệt giữa thị giác máy tính và xử lý hình ảnh

Bảng dưới đây sẽ giúp bạn phân biệt thị giác máy tính và xử lý hình ảnh:

Ứng dụng của thị giác máy tính

Ngày nay, công nghệ thị giác máy tính được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề, giúp tối ưu hoá năng suất và quy trình hoạt động. Trong đó nổi bật là:

1. Ngành bảo mật và an toàn thông tin

Thị giác máy tính kết hợp cùng camera tạo nên cảm biến giám sát tại những khu vực công cộng, khu công nghiệp hoặc những nơi yêu cầu tính bảo mật cao. Đặc biệt, hệ thống này có chức năng cảnh bảo tự động khi phát hiện các hoạt động bất thường xảy ra, đảm bảo an ninh và trật tự.

Bên cạnh đó, thị giác máy tính có thể ứng dụng cho những hoạt động trong gia đình hoặc nơi làm việc. Ví dụ như tự động phát hiện thú cưng trong nhà, thông qua camera để nhận dạng khách tới nhà chơi hoặc giám sát nhân viên có thực hiện bảo hộ lao động đúng cách hay không,...

2. Tăng cường hiệu suất hoạt động

Đối với những ngành sản xuất, ứng dụng thị giác máy tính có thể kiểm soát quy trình hoạt động thông qua việc phân tích hình ảnh. Ví dụ:

- Tự động kiểm định chất lượng sản phẩm trước khi rời khỏi nhà máy, giảm thiểu lỗi sản phẩm.

- Giám sát bằng hình ảnh và đưa ra những phân tích để phát hiện các vấn đề liên quan đến an toàn lao động, bảo trì máy móc, thiết bị. Thông qua đó, hoạt động kinh doanh sẽ được diễn ra liên tục và an toàn hơn.

- Thị giác máy tính giúp phân tích hình ảnh trên các kênh truyền thông. Từ đó, tìm ra xu hướng và hành vi của người tiêu dùng nhằm đưa ra chiến lược marketing phù hợp.

3. Lĩnh vực chăm sóc sức khỏe

- Thị giác máy tính giúp phân tích hình ảnh y học chuẩn xác, hỗ trợ y bác sĩ trong quá trình chẩn đoán bệnh.

- Một số ứng dụng cụ thể: Phân tích các hình ảnh nốt ruồi và tổn thương trên da để phát hiện sớm các khối u; phân tích hình ảnh tia X-Quang để chẩn đoán bệnh về xương, phổi, sỏi thận; phân tích hình ảnh chụp MRI để phát hiện những tổn thương của não bộ hoặc cơ quan nội tạng;...

4. Lĩnh vực giao thông

Thị giác máy tính có thể nhận diện hình ảnh xung quanh và xây dựng bản đồ 3D để người lái xe dễ dàng nhận biết biển báo giao thông và các vật cản. Không những thế, chúng còn được sử dụng để phân tích hành vi người lái, kịp thời phát hiện các dấu hiệu mất tập trung, buồn ngủ,...

5. Ngành nông nghiệp

Thông qua những cảnh quay UAV và phân tích từ thị giác máy tính, người nông dân có thể theo dõi tình trạng hoa màu, phát hiện bệnh tật trên cây trồng hay dự đoán thời tiết,... Bên cạnh đó, trong mảng chăn nuôi, thị giác máy tính sẽ giúp bạn giám sát vật nuôi của mình. Nhờ đó, năng suất cũng được tăng lên và giảm thiểu không ít chi phí canh tác.

Xem thêm:

- Chứng chỉ số SSL là gì? Hướng dẫn cài đặt SSL cho website

- Cách tạo cấu hình VPN Client To Site

Tác vụ phổ biến thị giác máy tính thực hiện

Thị giác máy tính có thể thực hiện các tác vụ như:

- Nhận diện và phát hiện đối tượng trong hình ảnh: Tác vụ này thường được ứng dụng trong việc giám sát quy trình sản xuất hoặc camera gia đình, nhằm thông báo cho người dùng về sự xuất hiện của vật thể lạ. 

-  Sử dụng mô hình học sâu để xác định và theo dõi đối tượng: Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như theo dõi giao thông trong thành phố hoặc theo dõi hoạt động của con người,...

- Nhận diện đối tượng và phân đoạn thành các phần khác nhau dựa trên đặc điểm nhất định. Đồng thời, đặt các đường viền bao quanh: Ví dụ, có nhiều loài cây trong vườn và bạn có thể dùng tác vụ phân đoạn để tách biệt cây ổi, cây nhãn, cây xoài,... Thuật toán của thị giác máy tính sẽ giúp bạn phát hiện các khu vực này và tạo ra đường viền tách biệt cho từng đối tượng.

- Trích xuất hình ảnh dựa trên nội dung, bằng cách phân tích các siêu dữ liệu như tiêu đề, mô tả, từ khoá hoặc nhãn: Ví dụ, người dùng tìm kiếm “quả ổi" thì sẽ được truy xuất ra những hình ảnh liên quan đến quả ổi.

Kết luận:

Trong bài viết này, Viettel IDC đã giúp bạn tìm hiểu thị giác máy tính là gì và ứng dụng như thế nào. Thông qua đó, hy vọng bạn sẽ có góc nhìn thú vị hơn về thị giác máy tính nói riêng cũng như các máy học, AI khác trong thời đại công nghệ số.

Đặc biệt, nếu bạn đang có nhu cầu nâng cấp hạ tầng công nghệ thông tin để phục vụ cho các ứng dụng AI, hãy liên hệ ngay Viettel IDC để được hỗ trợ tư vấn. Viettel IDC tự hào là đơn vị cung cấp dịch vụ trung tâm dữ liệu hàng đầu, đồng thời cũng là nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây đầu tiên tại Việt Nam. Chính vì thế, rất nhiều doanh nghiệp, tổ chức lớn đã tin tưởng lựa chọn dịch vụ từ Viettel IDC.

Hơn cả một nhà cung cấp dịch vụ giải pháp, Viettel IDC là người chăm sóc hệ thống hạ tầng công nghệ thông tin của khách hàng, đồng hành cùng khách hàng tiến tới thành công.

Để tìm hiểu thêm về các dịch vụ của Viettel IDC, vui lòng liên hệ đến:

- Hotline: 1800.8088 (miễn phí cước gọi)

- Fanpage: https://www.facebook.com/viettelidc

- Website: https://viettelidc.com.vn

Viettel IDC – Nhà cung cấp dẫn đầu về giải pháp Trung tâm dữ liệu và Điện toán đám mây tại Việt Nam