Компьютерное зрение простыми словами: как машины “видят” мир и как это работает

19 декабря 2025 · ? просмотров · ? мин
платформа с квадратными человечками и машиной на темном фоне
...
Содержание
Компьютерное зрение — одна из наиболее динамично развивающихся областей искусственного интеллекта. За последние десять лет технологии прошли путь от академических экспериментов до массовых промышленных решений. Сегодня алгоритмы компьютерного зрения работают
на производственных линиях, в медицинских учреждениях, на дорогах
и в смартфонах миллиардов людей.

В данной статье мы расскажем, как устроены эти технологии,
где они применяются и как правильно подойти к их внедрению.

Компьютерное зрение — что это и чем отличается от "просто обработки изображений"

Рассмотрим суть компьютерного зрения и обработки изображений:
в чём между ними разница, какие задачи решает каждый подход

Суть компьютерного зрения: понять, что на картинке

Компьютерное зрение (Computer Vision, CV) — это область искусственного интеллекта, которая учит машины извлекать смысловую информацию
из визуальных данных. 

Обработка изображений занимается техническими преобразованиями: увеличением резкости, коррекцией цвета, удалением шумов, изменением размера.

Ключевое отличие в цели: компьютерное зрение использует обработанные изображения, чтобы решать интеллектуальные задачи — определить объект, найти дефект, прочитать текст, распознать лицо или событие в кадре.

Типы визуальных данных для анализа

Системы компьютерного зрения работают с различными типами визуальной информации. Выбор источника данных зависит от задачи и условий эксплуатации.

Как устроено компьютерное зрение: базовый принцип работы

Система компьютерного зрения — это не «одна нейросеть», а цепочка шагов: от постановки задачи и подготовки данных до внедрения
в инфраструктуру и контроля качества в реальной работе.

Если выпадает хотя бы один этап, система еще может показать хорошие результаты на пилотном проекте, но в реальной работе качество
и стабильность заметно падают.

Как строят систему CV

Типовой цикл разработки выглядит так:

Данные и разметка: фундамент качества

В машинном обучении действует принцип "garbage in — garbage out":
если входные данные низкого качества, результат будет соответствующим.
Для компьютерного зрения это особенно критично.

Требования к датасету:

  • Репрезентативность. Данные должны отражать всё разнообразие реальных условий: разное освещение, ракурсы, погоду, состояние объектов.
  • Баланс классов. Если в датасете 95% нормальных изделий и 5% дефектных, модель научится всё называть нормальным.
  • Качество разметки. Ошибки разметчиков напрямую переносятся в модель. Необходим контроль качества и согласованность между разметчиками.
  • Объём. Типичный минимум для простых задач — сотни примеров каждого класса. Для сложных задач — тысячи и десятки тысяч.

Что такое модель и почему она может ошибаться

Модель — это математическая функция с миллионами настраиваемых параметров. В процессе обучения алгоритм подбирает значения этих параметров так, чтобы модель правильно решала задачу на обучающих данных.

Нейронные сети для компьютерного зрения (CNN, Vision Transformer
и их вариации) состоят из слоёв, каждый из которых выделяет всё более сложные признаки: от простых границ и текстур на первых слоях
до абстрактных концепций на последних.
Почему модели ошибаются:

  • Недообучение: модель слишком простая или данных мало — не улавливает закономерности.
  • Переобучение: модель запомнила обучающие данные наизусть, но не обобщила знания — плохо работает на новых данных.
  • Смещение данных: обучающая выборка не соответствует реальности — модель не готова к тому, что встретит в продакшене.
Edge cases: редкие ситуации, которых не было в обучении — модель даёт непредсказуемые результаты.

Основные задачи компьютерного зрения

Ниже — основные задачи компьютерного зрения на простых примерах:
что система определяет, где ищет и какой результат выдаёт.

Классификация изображений

Задача: определить, к какому классу относится изображение целиком.

Как работает: модель получает изображение на вход и выдаёт вероятности принадлежности к каждому из заданных классов. Класс с наибольшей вероятностью считается ответом.

Примеры: «На фото товар категории A или B?», «Это дефектное изделие или годное?», «Это нарушение техники безопасности или штатная ситуация?»

Ограничения: классификация отвечает только на вопрос "что", но не "где". Если на изображении несколько объектов, метод неприменим.

Детекция объектов

Задача: найти все объекты заданных классов на изображении
и указать их местоположение.

Как работает: модель выдаёт список обнаруженных объектов. Для каждого
указывается: класс, уверенность (confidence score) и координаты ограничивающей рамки (bounding box).

Примеры: «Найди все автомобили и пешеходов на кадре», «Покажи все трещины на поверхности», «Где на полке товары бренда X?»

Сегментация изображений

Задача: разметить каждый пиксель изображения, определив
его принадлежность к объекту или области.

Существует три основных типа сегментации:

  • Семантическая сегментация: каждый пиксель получает метку класса, но отдельные экземпляры не различаются (все люди — один класс "человек").
  • Instance-сегментация: различает отдельные экземпляры объектов (человек 1, человек 2, человек 3).
  • Panoptic-сегментация: комбинирует оба подхода — различает экземпляры объектов и размечает фон.

Примеры: обведение опухоли на медицинском снимке, выделение дорожного полотна для автопилота, измерение площади дефекта.

Трекинг: отслеживание объектов в видео

Задача: сопоставлять объекты между кадрами видео, сохраняя
их идентичность во времени.

Как работает: детектор находит объекты на каждом кадре, алгоритм трекинга связывает детекции между кадрами, присваивая уникальные ID. Учитываются положение, скорость, внешний вид объекта.

Сложности: окклюзии (объекты перекрывают друг друга), выход из кадра
и возврат, резкие изменения внешнего вида, большое количество объектов.
Примеры: подсчёт посетителей магазина, анализ движения транспорта, отслеживание спортсменов во время матча.

Распознавание текста (OCR)

Задача: преобразовать текст на изображении в машиночитаемый формат.

Современный OCR состоит из двух этапов: детекция текстовых областей
и распознавание символов. Качество зависит от типа текста, языка, качества изображения.

Типы OCR:

Печатный текст: документы, книги, вывески. Высокая точность (98-99%).
Рукописный текст: значительно сложнее, точность зависит от почерка.
Scene text: текст в естественной среде (вывески, номера, таблички). Сложен из-за перспективных искажений, вариативности шрифтов.

Примеры: оцифровка архивов, ввод данных с чеков, распознавание автомобильных номеров, индексация документов.

Распознавание лиц

Задача: обнаружение лиц, идентификация личности, определение атрибутов (возраст, пол, эмоции).

Как работает: система формирует векторное представление (эмбеддинг) лица и сравнивает его с базой известных лиц. Современные системы достигают точности выше 99% в контролируемых условиях.

Где применимо: контроль доступа с согласия сотрудников, разблокировка устройств (Face ID), поиск пропавших людей.

Известные проблемы: предвзятость моделей (хуже работают на некоторых этнических группах), уязвимость к обману (фото, маски), этические
и правовые риски.
В одной из наших статей мы подробно показали и рассказали, как работают задачи распознавания в кроссплатформенной разработке на Flutter.

На практике разобрали распознавание лиц, текста и звука, а также привели примеры кода и библиотеки, которые можно использовать для реализации этих функций в мобильном приложении.
Распознавание на Flutter: Решения и примеры
читайте также
подробнее

Примеры "до/после": что получает бизнес
и пользователь

В этом разделе расскажем, как оценивать эффективность CV-системы: какие метрики смотреть и как интерпретировать результаты.

Метрики эффективности систем компьютерного зрения

Для оценки качества CV-систем используется набор стандартных метрик. Понимание этих метрик критично для постановки задачи и оценки результатов.

Экономический эффект внедрения

Компьютерное зрение создаёт ценность через несколько механизмов:
Снижение брака и потерь. Автоматический контроль качества выявляет дефекты, которые пропускает человек.

Типичный результат: снижение брака на 30-60%, сокращение рекламаций.

Ускорение процессов. Автоматизация визуального контроля убирает узкие места. Проверка, занимавшая минуты, происходит за доли секунды.

Повышение безопасности. Детекция нарушений (СИЗ, запретные зоны) снижает травматизм. ROI измеряется в сокращении инцидентов и страховых выплат.

Улучшение клиентского опыта. Визуальный поиск, виртуальная примерка, умные камеры повышают конверсию и удовлетворённость.

Новые возможности. CV открывает принципиально новые продукты: автономный транспорт, роботизированная хирургия, AR-навигация.

Когда эффект "не взлетает"

Не все проекты компьютерного зрения успешны.
Типичные причины провала:

  • Плохие данные. Недостаточный объём, низкое качество, нерепрезентативная выборка. Модель не может научиться тому, чего нет в данных.

  • Редкие события. Задачи с крайне редкими целевыми случаями (1 на 10 000) требуют особых подходов и огромных датасетов.

  • Меняющиеся условия. Если условия эксплуатации отличаются от условий обучения (другие камеры, освещение, объекты), модель деградирует.

  • Нереалистичные ожидания. Заказчик ожидает 100% точность, которая недостижима. Любая модель иногда ошибается.

  • Отсутствие интеграции. Модель работает, но не встроена в бизнес-процессы. Люди игнорируют её выводы или не могут использовать.
Практический опыт работы с компьютерным зрением и видеоаналитикой
Наша команда работала над интересным проектом по автоматизации металлургического предприятия. В рамках этой работы мы повысили точность контроля состава и объёма сырья без остановки производства
и без полной модернизации оборудования. 

Для этого мы внедрили систему видеоаналитики и модуль компьютерного зрения, который в реальном времени собирал и обрабатывал данные
с конвейера и оборудования и передавал их дальше — для расчётов
и управления технологическим процессом.

Подробнее с кейсом вы можете ознакомиться ниже.
кейс промышленной автоматизации металлургического производства
читайте также
подробнее
Ограничения и риски
Чтобы внедрение не разочаровало, важно заранее учитывать два слоя рисков: переносимость модели на новые условия и цену ошибок в реальном процессе.

Смещение данных и проблема переносимости

Смещение (bias) в данных — одна из главных проблем машинного обучения. Модель отражает предубеждения данных, на которых обучалась.

Примеры смещений:

  • Географическое: модель, обученная на дорогах Европы, плохо работает в Азии (другие знаки, разметка, поведение).

  • Временное: модель обучена летом — зимой качество падает.

  • Демографическое: системы распознавания лиц хуже работают на недостаточно представленных группах.

  • Оборудование: модель обучена на одних камерах — на других даёт другие результаты.

Domain adaptation — набор техник для переноса модели в новые условия
с минимальным переобучением. Но полностью проблему не решает — всегда требуется валидация на целевых данных.

Безопасность и надежность: ложные срабатывания
и критические ошибки

Любая CV-система может ошибаться — важно заранее понять, какая ошибка критичнее в вашем процессе и как система должна на неё реагировать.
Ключевые типы ошибок:

  • False Positive (ложное срабатывание): система фиксирует объект/событие, которого нет.
  • Риски: лишние остановки, ненужные проверки, рост затрат и снижение доверия к системе.
  • False Negative (пропуск): система не замечает реальный объект/событие.
  • Риски: пропущенный дефект, нарушение безопасности, инциденты на производстве.
Для критических сценариев (медицина, транспорт, промышленная безопасность) компьютерное зрение не должно быть единственным контуром защиты.

Обычно закладывают:

  • резервирование (дополнительные сенсоры, правила, второй алгоритм),
  • человеческий контроль для спорных случаев,
  • fail-safe логику — безопасный режим при сомнении или сбое.
Отдельный риск — устойчивость к атакам.

Существуют adversarial attacks: специально подготовленные данные, которые могут изменить предсказание модели даже при минимальных изменениях изображения. Поэтому для важных решений проводят тестирование устойчивости и добавляют защитные меры.
Как выбрать решение и внедрить:
краткий чек-лист
Ниже — таблица сравнения двух подходов: использование готового решения и разработка собственной системы.

Рассмотреть готовое решение/инструмент
или разработать индивидуальную систему

Рекомендация: начните с готовых решений для валидации гипотезы.
Если задача подтверждена и требует кастомизации — переходите
к собственной разработке с накопленным пониманием требований.
Если перед вами стоит задача внедрить компьютерное зрение для вашего бизнеса или разработать систему распознавания лиц и объектов, вы можете обратиться к нам. Мы предложим оптимальный подход и полностью возьмём на себя разработку..
Алексей Чугуев
Основатель flaton, CCO

Минимальный набор для старта пилотного проекта

1.  Источник данных. Камеры или существующие архивы изображений/видео. Для пилота достаточно 1-2 камер с разрешением от 720p.
2.  Репрезентативный датасет. Минимум 100-500 изображений для простой классификации, 500-2000 для детекции. Данные должны отражать реальные условия.
3.  Размеченные данные. Инструменты разметки (CVAT, Label Studio, Supervisely) или услуги разметчиков.
4.  Вычислительные ресурсы. Для обучения: GPU (облако или локально). Для инференса: зависит от требований к скорости.
5.  Критерии успеха. Определите метрики и пороговые значения до начала проекта.
Где применяют компьютерное зрение: реальные сценарии и выгоды
В этом разделе собрали реальные кейсы из России, чтобы показать,
как компьютерное зрение работает в прикладных задачах и какой эффект даёт в цифрах — на производстве, в ритейле и в промышленной безопасности.

Производство и контроль качества
— пример «Северстали»

«Северсталь» внедрила модель компьютерного зрения VERA для контроля поверхности металлопроката на производственной линии. Система получает изображения с камер высокого разрешения и на выделенном сервере автоматически находит и классифицирует дефекты на рулонах. 

Дальше результат уходит экспертам качества, которые принимают решение
о соответствии продукции требованиям заказчика. В компании отдельно отслеживают два типа ошибок: «перебраковку» (когда модель путает классы дефектов) и «недобраковку» (когда дефекты пропускаются). 
По данным компании, у VERA эти показатели составляют 12% и 14% соответственно, при этом у рыночных аналогов заявлялись значения выше (более 30% и 15%). Важный прикладной эффект — снижение количества уведомлений от клиентов о проблемах качества поверхности. За первую половину года (в сравнении с аналогичным периодом 2022) доля таких уведомлений снизилась примерно в 1,8 раза. 

Экономический эффект за тот же период оценивался примерно в 2 млн рублей. Такой подход дает более стабильный контроль качества на потоке
и быстрее «ловит» отклонения до отгрузки клиенту. 

Источник

Ритейл и складская логистика — пример сети
«Верный» (видеоаналитика CERA)

Сеть «Верный» развернула видеоаналитику в магазинах, чтобы быстрее управлять ключевыми операциями: очередями на кассах, наличием товара
на полках, скоростью разгрузки и дисциплиной в служебных зонах. Система анализирует видеопоток по сценариям и в моменте отправляет сигнал
в магазин, если фиксирует нарушение стандартов (например, полка пустеет или образовалась очередь). Если проблема не устраняется за заданное время, уведомление эскалируется на руководителя. 

Очередью в кейсе считалась ситуация, когда у кассы одновременно находятся четыре человека — тогда персонал получает команду открыть дополнительную кассу. Первая волна внедрения охватила 40 магазинов,
и запуск на этой выборке занял около полутора месяцев, включая калибровку и обучение сотрудников. 
По итогам тиражирования разница прироста товарооборота в магазинах
с видеоаналитикой относительно сопоставимых точек без нее составила
в среднем 7–8%. При этом разброс был заметный: в отдельных магазинах рост был 2–3%, а лидеры показывали 11–12%.

Дополнительно за первые шесть недель количество жалоб покупателей
в этих магазинах сократилось в два раза. В итоге компьютерное зрение здесь дало измеримый финансовый эффект через рост продаж и улучшение сервиса, а не «красивые отчеты ради отчетов».

Источник

Безопасность и промышленная охрана труда
— пример «Норникеля» (контроль СИЗ)

В «Норникеле» на площадке Кольской ГМК внедрили систему компьютерного зрения для контроля применения средств индивидуальной защиты. 

Решение работает как автономная видеоаналитика: камеры фиксируют ситуацию в реальном времени, а алгоритм определяет, есть ли на сотруднике обязательные СИЗ. В пилотной зоне установили 19 камер, которые круглосуточно контролируют соблюдение требований. Система распознаёт типовые нарушения — например, отсутствие каски, защитных очков, маски или жилета. 
Заявленная точность передачи данных — порядка 95%, что важно именно для промышленной эксплуатации, где много помех (ракурсы, свет, фон). Также отмечалось, что решение не требует постоянного присутствия оператора и включает функциональность отчетности и анализа инцидентов. 

Отдельное направление развития — предупреждать работника о нарушении сразу, до входа в опасную зону, чтобы снижать риск «на месте», а не постфактум. По логике проекта это сокращает время реакции на нарушения и делает контроль системным, а не выборочным. После успешной апробации опыт планировалось тиражировать на другие подразделения компании. 

Источник
Будущее компьютерного зрения:
куда движется рынок и технологии
Компьютерное зрение быстро уходит от «точечных» моделей под одну задачу к более универсальным и удобным в внедрении системам.

Ниже — ключевые направления, которые уже формируют рынок: более “понимающие” модели, перенос обработки ближе к данным и заметное ускорение разработки за счёт авторазметки и новых источников датасетов.

Мультимодальные модели и понимание сцены

Следующий этап развития CV — переход от распознавания отдельных объектов к пониманию сцены в целом: отношений между объектами, контекста, намерений.

Мультимодальные модели (GPT-4V, Gemini, Claude 3) объединяют зрение
и язык. Они могут: отвечать на вопросы об изображении, описывать сцены, следовать визуальным инструкциям.

Foundation models для CV (CLIP, SAM, DINOv2) обучены на огромных данных
и могут адаптироваться к новым задачам с минимальной дообучкой
или без неё (zero-shot).

Практический результат: снижение порога входа для создания
CV-приложений, более гибкие системы, способные обрабатывать нестандартные запросы.

Edge-обработка и приватность by design

Edge computing — обработка данных непосредственно на устройстве (камера, смартфон, промышленный контроллер), без передачи в облако.

Преимущества:

  • Приватность: данные не покидают устройство — ниже регуляторные риски.
  • Задержка: нет сетевого лага — критично для реального времени.
  • Надёжность: работает без интернета.
  • Стоимость: нет расходов на облачную инфраструктуру и трафик.
  • Технологии: специализированные чипы (NVIDIA Jetson, Google Coral, Intel Movidius), оптимизация моделей (квантизация, pruning, distillation).

Авторазметка, синтетические данные
и ускорение внедрения

Главное узкое место CV-проектов — получение размеченных данных. Новые подходы существенно сокращают эти затраты.

  • Авторазметка (auto-labeling): предобученные модели генерируют первичную разметку, человек только проверяет и корректирует. Ускорение в 5-10 раз.
  • Синтетические данные: генерация обучающих изображений с помощью 3D-рендеринга или генеративных моделей. Позволяет получить данные для редких случаев, которые сложно собрать в реальности.
  • Self-supervised learning: модели учатся на неразмеченных данных, извлекая структуру из самих изображений. Радикально снижает потребность в ручной разметке.

Результат для бизнеса: сокращение времени от идеи до MVP с месяцев до недель, снижение стоимости пилотов.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Ответим на наиболее распространенные вопросы.

Сколько стоит разметка данных и от чего зависит цена?

За разметку обычно считают за изображение/объект или по часам команды. Цена зависит от типа задачи, сложности кадра, требований к качеству (QA)
и нужной экспертизы.

Ориентиры по рынку:

  • Классификация — от нескольких рублей за изображение в массовых задачах; у некоторых подрядчиков встречаются стартовые пакеты порядка 12 000 ₽ за 500 изображений.
  • Детекция (bbox) — часто считают за объект; в прайсах встречается от ~0,8 ₽ за объект (итог зависит от числа объектов в кадре).
  • Сегментация — дороже детекции; в прайсах встречаются ориентиры от ~3 ₽ за объект для полигонов и выше при сложных контурах.

Какие форматы разметки используются и какой выбрать?

Рекомендация: COCO — наиболее универсальный.
Большинство инструментов поддерживают конвертацию между форматами.

Можно ли обучить модель на открытых датасетах
без данных компании?

Зависит от задачи:

•   Типовые задачи (общая детекция объектов, лица, OCR): открытые датасеты и предобученные модели часто достаточны.
•   Специфичные задачи (дефекты конкретного продукта, специальное оборудование): без данных из реальных условий эксплуатации не обойтись.

Практичный подход: начните с предобученной модели (transfer learning), дообучите на небольшом объёме своих данных.  

Как часто нужно переобучать модель?

Зависит от стабильности условий: стабильная среда (контролируемое производство): раз в 6-12 месяцев или при появлении новых типов объектов. Изменчивая среда (уличные камеры, ритейл): раз в 1-3 месяца, сезонно.

Какие требования к железу для запуска?

Как проверить решение перед покупкой?

Запросите у вендора:

  • Тестирование на ваших данных — не на их демонстрационных.
  • Метрики на вашем датасете — precision, recall, latency в ваших условиях.
  • Граничные случаи — как система ведёт себя при плохом освещении, окклюзиях, нетипичных объектах.
  • Пилотный период — возможность тестировать в продакшене 2-4 недели.
  • Референсы — контакты клиентов с похожими задачами.
  • SLA и условия поддержки — время реакции, обновления, обучение.
Оценить материал
Остальные статьи по AI