Computer Vision là gì? Đây là câu hỏi rất phổ biến trong thời gian gần đây khi mà các ứng dụng của thị giác máy tính đang ngày càng len lỏi sâu hơn vào nhiều khía cạnh của cuộc sống. Từ lĩnh vực xe tự lái, y tế, an ninh cho đến thương mại điện tử, sự xuất hiện của Thị giác máy tính đã tạo nên rất nhiều công nghệ đột phá. Hãy cùng VNPT AI tìm hiểu thị giác máy tính là gì cùng những xu hướng và tiềm năng mà Computer vision sẽ mang lại trong tương lai nhé!
Computer Vision là gì?
Computer Vision (Thị giác máy tính) là một lĩnh vực con của trí tuệ nhân tạo (AI), nghiên cứu cách để máy tính có thể "nhìn" và "hiểu" thế giới xung quanh thông qua hình ảnh và video. Mục tiêu của thị giác máy tính là phát triển các hệ thống có thể nhận diện, phân tích và xử lý thông tin từ hình ảnh hoặc video, tương tự như cách con người xử lý thị giác của mình.
Thị giác máy tính đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng hiện đại từ nhận diện khuôn mặt, phân loại hình ảnh đến các hệ thống lái xe tự động. Việc ứng dụng thị giác máy tính vào thực tiễn ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào sự phát triển của các thuật toán học máy và các mạng nơ-ron nhân tạo.

Nguyên lý hoạt động của Computer Vision
Để hiểu hơn về Computer Vision là gì và ứng dụng của công nghệ này, bạn cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của nó. Thị giác máy tính được phát triển và hoạt động dựa trên các kỹ thuật và thuật toán phức tạp nhằm mô phỏng quá trình nhận diện và xử lý hình ảnh của con người như sau:
- Thu thập hình ảnh (Image Acquisition): Bước đầu tiên trong quá trình Computer vision là thu thập dữ liệu hình ảnh hoặc video từ nhiều nguồn khác nhau như camera, cảm biến hoặc các cơ sở dữ liệu hình ảnh đã có sẵn.
- Tiền xử lý (Preprocessing): Trước khi bắt đầu phân tích, các chuyên gia sẽ tiền xử lý hình ảnh để làm sạch dữ liệu, loại bỏ nhiễu, sửa các biến dạng, điều chỉnh độ sáng hoặc độ tương phản để cải thiện chất lượng hình ảnh. Mục tiêu của tiền xử lý là đảm bảo các thuật toán nhận được đầu vào hình ảnh chính xác và đáng tin cậy.
- Trích xuất đặc trưng (Feature Extraction): Trong bước này, hệ thống sẽ nhận diện và trích xuất các đặc điểm đặc trưng của hình ảnh như các cạnh, góc, kết cấu, hình dạng hoặc phân bố màu sắc. Việc này giúp đơn giản hóa dữ liệu, giữ lại các thông tin quan trọng và loại bỏ những chi tiết không cần thiết, từ đó tạo ra đầu vào hiệu quả cho các bước phân tích và phân loại sau.
- Phân loại đối tượng (Object Classification): Sau khi trích xuất các đặc trưng và hoàn thiện huấn luyện mô hình học sâu (deep learning), hệ thống có thể phân loại và nhận diện các đối tượng trong hình ảnh bằng cách so sánh các đặc trưng đã trích xuất với các mẫu mà nó đã học được trong quá trình huấn luyện. Đây là quá trình giúp máy tính phân biệt các đối tượng khác nhau, chẳng hạn như nhận diện hình ảnh của một con mèo hay con chó.
- Nhận diện đối tượng (Object Identification): Nhận diện đối tượng nhằm xác định chính xác các đối tượng cụ thể trong một bức tranh. Nhiệm vụ của giai đoạn này là nhận diện các đối tượng hoặc cá thể trong một cảnh giúp hệ thống không chỉ phân loại mà còn biết chính xác đối tượng nào đang xuất hiện trong hình ảnh.
- Theo dõi đối tượng (Object Tracking): Quá trình theo dõi đối tượng trong thị giác máy tính liên quan đến việc theo dõi sự chuyển động của một đối tượng qua các khung hình liên tiếp trong video. Hệ thống sẽ xác định vị trí của đối tượng trong mỗi khung hình và duy trì sự liên tục trong suốt quá trình chuyển động. Các thuật toán theo dõi sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đảm bảo việc theo dõi chính xác, ngay cả trong các điều kiện khó khăn như ánh sáng yếu hoặc khi đối tượng bị che khuất.

Các công nghệ và thuật toán của thị giác máy tính
Công nghệ thị giác máy tính dựa vào nhiều thuật toán khác nhau để thực hiện các nhiệm vụ như nhận diện đối tượng, theo dõi chuyển động, và phân loại hình ảnh. Một số công nghệ nổi bật trong lĩnh vực này bao gồm:
Convolutional Neural Networks (CNNs)
Convolutional Neural Networks (CNNs) làm công nghệ thị giác máy tính sử dụng các phép toán học để trích xuất mẫu từ hình ảnh và ước lượng những gì chúng đang nhìn thấy. Quá trình này được lặp lại cho đến khi hệ thống xác nhận độ chính xác của ước lượng. CNNs có thể nhận diện các đặc điểm nổi bật trong hình ảnh như các cạnh, góc và các mẫu phức tạp khác giúp máy tính "hiểu" và phân tích hình ảnh một cách chính xác.
Deep Learning và Transfer Learning
Sự ra đời của Deep Learning cho phép máy tính học hỏi về dữ liệu hình ảnh một cách độc lập mà không cần sự can thiệp nhiều từ con người. Các nhà khoa học chỉ cần phát triển một thuật toán tốt và máy tính sẽ tự động xử lý phần còn lại.
Ngoài ra, Transfer Learning là một khái niệm cho phép công nghệ thị giác máy tính sử dụng mô hình đã được huấn luyện từ trước để bắt đầu. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí huấn luyện, vì mô hình đã có sẵn các kiến thức cơ bản.
>>> Xem thêm: Transfer Learning là gì? Lợi ích và ứng dụng của học chuyển giao
Edge Detection và Feature Extraction
Edge Detection là một trong những kỹ thuật nổi bật trong việc trích xuất đặc trưng, đóng vai trò xác định biên giới của một đối tượng và trích xuất các đặc điểm của nó. Quá trình này sử dụng các thuật toán để nhận diện sự khác biệt trong độ sáng các điểm ảnh (sau khi chuyển dữ liệu thành hình ảnh xám). Mục tiêu cuối cùng của Edge Detection là nhận diện đối tượng trong hình ảnh.
Optical Flow and Motion Estimation
Optical Flow là một kỹ thuật trong thị giác máy tính giúp xác định cách mỗi điểm trong một hình ảnh hoặc đoạn video di chuyển so với mặt phẳng hình ảnh. Kỹ thuật này có thể ước lượng tốc độ di chuyển của các đối tượng. Trong khi đó, motion estimation dự đoán vị trí của các đối tượng trong các khung hình tiếp theo của một chuỗi video. Cả hai kỹ thuật này đều rất quan trọng trong việc theo dõi đối tượng và dẫn đường tự động, đặc biệt trong các hệ thống tự lái và robot.

Image Registration and Stitching
Image registration và Image stitching là hai kỹ thuật quan trọng trong thị giác máy tính có nhiệm vụ kết hợp nhiều hình ảnh lại với nhau. Image registration hỗ trợ căn chỉnh các hình ảnh, trong khi Image stitching sẽ chồng các hình ảnh lên nhau để tạo thành một hình ảnh duy nhất. Những kỹ thuật này thường được ứng dụng trong y tế giúp các bác sĩ theo dõi sự tiến triển của bệnh tật bằng cách kết hợp các hình ảnh chụp từ các thời điểm khác nhau.
Ưu nhược điểm của Computer Vision
Dưới đây là một số ưu và nhược điểm của công nghệ thị giác máy tính giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tác động của nó trong các ứng dụng thực tiễn:
Ưu điểm
Thị giác máy tính mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho các ứng dụng thực tế:
- Tăng cường tự động hóa: Các hệ thống dựa trên thị giác máy tính có thể thay thế con người trong những công việc như kiểm tra chất lượng sản phẩm trong dây chuyền sản xuất hay nhận diện khuôn mặt trong hệ thống an ninh.
- Độ chính xác cao: Các thuật toán của Computer vision có thể đạt được độ chính xác rất cao trong việc nhận diện và phân loại đối tượng, vượt qua khả năng của con người trong một số tình huống cụ thể.
- Ứng dụng rộng rãi: Ứng dụng của Computer vision rất đa dạng, từ y tế (phân tích hình ảnh y khoa) đến giao thông (hệ thống lái xe tự động) và giải trí (nhận diện người chơi trong trò chơi video).
Nhược điểm
Tuy nhiên, Computer vision cũng gặp phải một số vấn đề như:
- Chi phí và yêu cầu tài nguyên cao: Việc phát triển các hệ thống thị giác máy tính đòi hỏi phần cứng mạnh mẽ và tài nguyên tính toán lớn, điều này có thể làm tăng chi phí triển khai.
- Khó khăn trong việc xử lý hình ảnh chất lượng thấp: Các thuật toán thị giác máy tính đôi khi gặp khó khăn trong việc nhận diện đối tượng khi hình ảnh bị mờ, ánh sáng yếu, hoặc có nhiều yếu tố nhiễu.
- Vấn đề bảo mật và quyền riêng tư: Các ứng dụng như nhận diện khuôn mặt có thể dẫn đến các vấn đề về bảo mật và quyền riêng tư nếu không được kiểm soát đúng cách.
Một số ứng dụng thực tiễn của thị giác máy tính
Để hiểu rõ hơn Computer vision là gì trong đời sống thực tiễn, VNPT AI sẽ phân tích chi tiết các ứng dụng phổ biến nhất của công nghệ này.
Nhận diện khuôn mặt
Nhận diện khuôn mặt là ứng dụng quan trọng của Computer vision trong an ninh giúp xác minh danh tính qua các đặc điểm khuôn mặt. Công nghệ này được sử dụng trong việc mở khóa thiết bị, kiểm soát ra vào các khu vực như tòa nhà, sân bay hoặc giám sát an ninh công cộng. Ngoài ra, nhận diện khuôn mặt còn được áp dụng để xác thực giao dịch ngân hàng để bảo vệ tài khoản người dùng.

>>> Xem thêm: Công nghệ nhận diện khuôn mặt là gì? Cách hoạt động và ứng dụng
Lái xe tự động
Computer vision là nền tảng cốt lõi của các hệ thống giao thông thông minh, đặc biệt trong công nghệ xe tự hành. Nhờ khả năng phân tích hình ảnh từ camera và cảm biến, thị giác máy tính cho phép các xe tự lái nhận diện môi trường xung quanh. Công nghệ này giúp xe tự hành phát hiện chướng ngại vật, biển báo giao thông, người đi bộ và các phương tiện khác, đồng thời hỗ trợ điều hướng an toàn trong các tình huống giao thông phức tạp. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của xe tự lái mà còn góp phần đảm bảo an toàn cho hành khách và người tham gia giao thông.
Phân tích hình ảnh y khoa
Trong lĩnh vực y tế, Computer vision đóng vai trò đột phá trong việc phân tích dữ liệu hình ảnh y khoa, đặc biệt là trong các công nghệ chẩn đoán như X-quang, chụp CT, chụp nhũ ảnh,... Các hệ thống thị giác máy tính giúp các bác sĩ và chuyên gia y tế phát hiện bệnh tật nhanh chóng, chính xác. Đặc biệt trong chẩn đoán ung thư, Computer vision có khả năng phát hiện các tế bào ung thư từ các hình ảnh y khoa, nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu sai sót. Nhờ đó, công nghệ này vừa nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe, vừa mở ra tiềm năng lớn trong nghiên cứu và ứng dụng y học tiên tiến.
Kiểm soát chất lượng hàng hóa
Computer vision đóng vai trò quan trọng trong ngành tự động hóa công nghiệp. Công nghệ này sẽ phân tích hình ảnh, video các sản phẩm và thành phẩm trong dây chuyền sản xuất giúp phát hiện lỗi bất thường, cải thiện chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm chi phí lao động và hạn chế số lượng sản phẩm bị lỗi. Hệ thống thị giác máy tính có thể phát hiện lỗi sai trên các chi tiết nhỏ trong sản phẩm giúp các nhà sản xuất kiểm soát chất lượng một cách tối ưu hơn.
Robot và tự động hóa
Thị giác máy tính là một phần không thể thiếu trong sự phát triển của các robot hiện nay. Công nghệ này cho phép robot “nhìn thấy” và hiểu được thế giới xung quanh giống như con người. Các robot sử dụng Computer vision để nhận diện vật thể, điều hướng trong không gian hoặc thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như giao hàng, khám phá không gian, thậm chí là dọn dẹp nhà cửa,…
Virtual Reality và Augmented Reality
Computer vision là nền tảng cho sự phát triển của các công nghệ thực tế tăng cường (AR) và thực tế ảo (VR). Công nghệ này kết hợp các thuật toán nhận diện hình ảnh với thiết bị AR và VR để tạo ra những trải nghiệm nhập vai giúp người dùng tương tác trực tiếp với môi trường ảo. Ví dụ, trong các trò chơi điện tử hoặc các ứng dụng huấn luyện, thị giác máy tính giúp nhận diện chuyển động của người dùng, tạo ra các tương tác trực tiếp với đối tượng ảo, làm mờ ranh giới giữa thế giới thực và ảo.

Thương mại điện tử (E-commerce)
Trong ngành thương mại điện tử, Computer vision không chỉ giúp nhận diện và phân loại sản phẩm trên kệ mà còn giúp nâng cao trải nghiệm người dùng. Người tiêu dùng có thể sử dụng tính năng tìm kiếm trực quan, chỉ cần chụp ảnh sản phẩm qua điện thoại và hệ thống sẽ tự động nhận diện, tìm kiếm sản phẩm hoặc các sản phẩm tương tự trên nền tảng bán hàng. Điều này giúp cải thiện trải nghiệm mua sắm trực tuyến và tiết kiệm thời gian cho người tiêu dùng.
Xu hướng Computer Vision trong tương lai
Trong tương lai, Computer vision hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ với những xu hướng đáng chú ý như:
Áp dụng Deep learning nâng cao
Computer vision sẽ tiếp tục phát triển các mạng thần kinh hiệu quả hơn, cải thiện độ chính xác và tốc độ xử lý, đặc biệt là với dữ liệu hình ảnh lớn. Phương pháp học tự giám sát (self-supervised learning) còn giúp giảm bớt sự phụ thuộc vào dữ liệu gắn nhãn thủ công.
Thị giác 3D
Công nghệ hình ảnh 3D và cảm biến chiều sâu sẽ ngày càng phát triển giúp hệ thống Computer vision phân tích mối quan hệ không gian và môi trường một cách chi tiết hơn. Sự kết hợp giữa Computer vision và các công nghệ thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR) hứa hẹn mang lại những trải nghiệm tương tác sống động, mở ra cơ hội mới cho các ứng dụng trong các lĩnh vực như game, giáo dục, thiết kế,...
Xử lý thời gian thực và điện toán biên
Với nhu cầu phân tích thời gian thực trong các ứng dụng như xe tự lái hay giám sát an ninh, các thuật toán Computer vision sẽ tiếp tục được cải tiến để xử lý nhanh chóng và hiệu quả hơn. Hơn nữa, sự phát triển của edge computing giúp giảm độ trễ và bớt phụ thuộc vào điện toán đám mây, mang lại những cải tiến trong việc xử lý dữ liệu trực tiếp từ các thiết bị di động hoặc các thiết bị IoT.
Cá nhân hóa và ứng dụng theo nhu cầu người dùng
Computer vision sẽ trở nên ngày càng cá nhân hóa với khả năng thích ứng và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng trong các lĩnh vực như bán lẻ, y tế, giải trí,... Các thuật toán có khả năng học hỏi từ hành vi và sở thích của người dùng, từ đó tạo ra các trải nghiệm trực quan, hiệu quả và phù hợp hơn với nhu cầu của từng cá nhân.
Kết luận
Computer Vision đã và đang chứng tỏ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong công việc. Mặc dù còn đối mặt với một số thách thức nhưng với sự phát triển của các thuật toán tiên tiến, tiềm năng của thị giác máy tính trong tương lai là vô cùng rộng mở. Mong rằng qua những chia sẻ của VNPT AI đã giúp bạn hiểu rõ hơn Computer vision là gì và đón đầu các xu hướng phát triển của công nghệ này.