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機(jī)器視覺(jué)是一項(xiàng)綜合技術(shù),包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、 I/O卡等)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)最基本的特點(diǎn)就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或者人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合,常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)。同時(shí),在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度。

如今,中國(guó)正成為世界機(jī)器視覺(jué)發(fā)展最活躍的地區(qū)之一,應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。其重要原因是中國(guó)已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心,高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)線,使許多具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入了中國(guó)。

經(jīng)歷過(guò)長(zhǎng)期的蟄伏,2010年中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)迎來(lái)了爆發(fā)式增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示當(dāng)年,中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到8.3億元,同比增長(zhǎng)48.2%,其中智能相機(jī)、軟件、光源和板卡的增長(zhǎng)幅度都達(dá)到了50%,工業(yè)相機(jī)和鏡頭也保持了40%以上的增幅,皆為2007年以來(lái)的最高水平。

2011年,中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)步入后增長(zhǎng)調(diào)整期。相較2010年的高速增長(zhǎng),雖然增長(zhǎng)率有所下降,但仍保持很高的水平。2011年中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模為10.8億元,同比增長(zhǎng)30.1%,增速同比2010年下降18.1個(gè)百分點(diǎn),其中智能相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、軟件和板卡都保持了不低于30%的增速,光源也達(dá)到了28.6%的增長(zhǎng)幅度,增幅遠(yuǎn)高于中國(guó)整體自動(dòng)化市場(chǎng)的增長(zhǎng)速度。電子制造行業(yè)仍然是拉動(dòng)需求高速增長(zhǎng)的主要因素。2011年機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品電子制造行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模為5.0億人民幣,增長(zhǎng)35.1%。市份額達(dá)到了46.3%。電子制造、汽車、制藥和包裝機(jī)械占據(jù)了近70%的機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)份額。

機(jī)器視覺(jué)（Machine vision）

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合,常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成,是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括：光源、鏡頭（定焦鏡頭、變倍鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭）、 相機(jī)（包括CCD相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。

系統(tǒng)可再分為

一、采集和分析分開(kāi)的系統(tǒng)。

主端電腦（Host ComPUter)

影像擷取卡（Frame Grabber)與影像處理器

影像攝影機(jī)

定焦鏡頭鏡頭

顯微鏡頭

照明設(shè)備

Halogen光源LED光源

高周波螢光燈源

閃光燈源

其他特殊光源

影像顯示器

LCD

機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)

PLC、PC-Base控制器

精密桌臺(tái)

伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)臺(tái)

二、采集和分析一體的系統(tǒng)

智能相機(jī)（圖像采集和分析一體）

其他配套外圍設(shè)備：光源、顯示、PLC控制系統(tǒng)等等。

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào),圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度,再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果,包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無(wú)等,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括以下五大塊：

機(jī)器視覺(jué)照明

照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素,它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒(méi)有通用的機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)備,所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例,要選擇相應(yīng)的照明裝置,以達(dá)到最佳效果。光源可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。常用的幾種可見(jiàn)光源是白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈�？梢�(jiàn)光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定,是實(shí)用化過(guò)程中急需要解決的問(wèn)題。另一方面,環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量,所以可采用加防護(hù)屏的方法來(lái)減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中,背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間,它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè),這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測(cè)物上,根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變,解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上,攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。

機(jī)器視覺(jué)鏡頭

FOV（Field of Vision）=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM（零件測(cè)量公差比）

鏡頭選擇應(yīng)注意：

①焦距②目標(biāo)高度 ③影像高度 ④放大倍數(shù) ⑤影像至目標(biāo)的距離 ⑥中心點(diǎn) /節(jié)點(diǎn)⑦畸變

視覺(jué)檢測(cè)中如何確定鏡頭的焦距

為特定的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的工業(yè)鏡頭時(shí)必須考慮以下因素：

· 視野 - 被成像區(qū)域的大小。

· 工作距離 (WD) - 攝像機(jī)鏡頭與被觀察物體或區(qū)域之間的距離。

· CCD - 攝像機(jī)成像傳感器裝置的尺寸。

· 這些因素必須采取一致的方式對(duì)待。如果在測(cè)量物體的寬度,則需要使用水平方向的 CCD 規(guī)格,等等。如果以英寸為單位進(jìn)行測(cè)量,則以英尺進(jìn)行計(jì)算,最后再轉(zhuǎn)換為毫米。
機(jī)器視覺(jué)鏡頭
機(jī)器視覺(jué)鏡頭

參考如下例子：有一臺(tái) 1/3” C 型安裝的 CCD 攝像機(jī)（水平方向?yàn)?4.8 毫米）。物體到鏡頭前部的距離為 12”（305 毫米）。視野或物體的尺寸為2.5”（64 毫米）。換算系數(shù)為 1” = 25.4 毫米（經(jīng)過(guò)圓整）。

FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫米

FL = 1464 毫米 / 64 毫米

FL = 按 23 毫米鏡頭的要求

FL = 0.19” x 12” / 2.5”

FL = 2.28” / 2.5”

FL = 0.912” x 25.4 毫米/inch

FL = 按 23 毫米鏡頭的要求

注：勿將工作距離與物體到像的距離混淆。工作距離是從工業(yè)鏡頭前部到被觀察物體之間的距離。而物體到像的距離是 CCD 傳感器到物體之間的距離。計(jì)算要求的工業(yè)鏡頭焦距時(shí),必須使用工作距離

機(jī)器視覺(jué)高速相機(jī)

按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：

按成像色彩劃分,可分為彩色相機(jī)和黑白相機(jī)；

按分辨率劃分,像素?cái)?shù)在38萬(wàn)以下的為普通型,像素?cái)?shù)在38萬(wàn)以上的高分辨率型；

按光敏面尺寸大小劃分,可分為1/4、1/3、1/2、1英寸相機(jī)；

按掃描方式劃分,可分為行掃描相機(jī)（線陣相機(jī)）和面掃描相機(jī)（面陣相機(jī)）兩種方式；（面掃描相機(jī)又可分為隔行掃描相機(jī)和逐行掃描相機(jī)）；

按同步方式劃分,可分為普通相機(jī)（內(nèi)同步）和具有外同步功能的相機(jī)等。

機(jī)器視覺(jué)圖像采集卡

圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)部件,但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡,可以將圖像迅速地傳送到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開(kāi)關(guān)。例如,可以連接8個(gè)不同的攝像機(jī),然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉,當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門。

機(jī)器視覺(jué)視覺(jué)處理器

視覺(jué)處理器集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí),采用視覺(jué)處理器加快視覺(jué)處理任務(wù)。采集卡傳輸圖像到存儲(chǔ)器,進(jìn)而計(jì)算分析。當(dāng)前主流配置的PLC,且配置較高,視覺(jué)處理器已經(jīng)幾乎退出市場(chǎng)。

在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中,獲得一張高質(zhì)量的可處理的圖像是至關(guān)重要。系統(tǒng)之所以成功,首先要保證圖像質(zhì)量好,特征明顯。一個(gè)機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目之所以失敗,大部分情況是由于圖像質(zhì)量不好,特征不明顯引起的。要保證好的圖像,必須要選擇一個(gè)合適的光源。

光源選型基本要素：

對(duì)比度：對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度,從而易于特征的區(qū)分。對(duì)比度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測(cè)的特征突出于其他背景。

亮度：當(dāng)選擇兩種光源的時(shí)候,最佳的選擇是選擇更亮的那個(gè)。當(dāng)光源不夠亮?xí)r,可能有三種不好的情況會(huì)出現(xiàn)。第一,相機(jī)的信噪比不夠；由于光源的亮度不夠,圖像的對(duì)比度必然不夠,在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。其次,光源的亮度不夠,必然要加大光圈,從而減小了景深。另外,當(dāng)光源的亮度不夠的時(shí)候,自然光等隨機(jī)光對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)最大。

魯棒性：另一個(gè)測(cè)試好光源的方法是看光源是否對(duì)部件的位置敏感度最小。當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時(shí),結(jié)果圖像應(yīng)該不會(huì)隨之變化。方向性很強(qiáng)的光源,增大了對(duì)高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的可能性,這不利于后面的特征提取。

好的光源需要能夠使你需要尋找的特征非常明顯,除了是攝像頭能夠拍攝到部件外,好的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的對(duì)比度、亮度足夠且對(duì)部件的位置變化不敏感。光源選擇好了,剩下來(lái)的工作就容易多了。具體的光源選取方法還在于試驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

在布匹的生產(chǎn)過(guò)程中,像布匹質(zhì)量檢測(cè)這種有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成,在現(xiàn)代化流水線后面常�？煽吹胶芏嗟臋z測(cè)工人來(lái)執(zhí)行這道工序,給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí),卻仍然不能保證100 %的檢驗(yàn)合格率（即“零缺陷”）。對(duì)布匹質(zhì)量的檢測(cè)是重復(fù)性勞動(dòng),容易出錯(cuò)且效率低。

流水線進(jìn)行自動(dòng)化的改造,使布匹生產(chǎn)流水線變成快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的流水線。在流水線上,所有布匹的顏色、及數(shù)量都要進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)（以下簡(jiǎn)稱“布匹檢測(cè)”）。采用機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)完成以前由人工來(lái)完成的工作。在大批量的布匹檢測(cè)中,用人工檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

特征提取辨識(shí)

一般布匹檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像,在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn)；然后拍攝被檢測(cè)的圖像,再將兩者進(jìn)行對(duì)比。但是在布匹質(zhì)量檢測(cè)工程中要復(fù)雜一些：

1、圖像的內(nèi)容不是單一的圖像,每塊被測(cè)區(qū)域存在的雜質(zhì)的數(shù)量、大小、顏色、位置不一定一致。

2、雜質(zhì)的形狀難以事先確定。

3、由于布匹快速運(yùn)動(dòng)對(duì)光線產(chǎn)生反射,圖像中可能會(huì)存在大量的噪聲。

4、在流水線上,對(duì)布匹進(jìn)行檢測(cè),有實(shí)時(shí)性的要求。

由于上述原因,圖像識(shí)別處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的算法,提取雜質(zhì)的特征,進(jìn)行模式識(shí)別,實(shí)現(xiàn)智能分析。

Color檢測(cè)

一般而言,從彩色CCD相機(jī)中獲取的圖像都是RGB圖像。也就是說(shuō)每一個(gè)像素都由紅（R）綠（G）藍(lán)（B）三個(gè)成分組成,來(lái)表示RGB色彩空間中的一個(gè)點(diǎn)。問(wèn)題在于這些色差不同于人眼的感覺(jué)。即使很小的噪聲也會(huì)改變顏色空間中的位置。所以無(wú)論我們?nèi)搜鄹杏X(jué)有多么的近似,在顏色空間中也不盡相同�；�于上述原因,我們需要將RGB像素轉(zhuǎn)換成為另一種顏色空間CIELAB。目的就是使我們?nèi)搜鄣母杏X(jué)盡可能的與顏色空間中的色差相近。

Blob檢測(cè)

根據(jù)上面得到的處理圖像,根據(jù)需求,在純色背景下檢測(cè)雜質(zhì)色斑,并且要計(jì)算出色斑的面積,以確定是否在檢測(cè)范圍之內(nèi)。因此圖像處理軟件要具有分離目標(biāo),檢測(cè)目標(biāo),并且計(jì)算出其面積的功能。

Blob分析（Blob Analysis）是對(duì)圖像中相同像素的連通域進(jìn)行分析,該連通域稱為Blob。經(jīng)二值化（Binary Thresholding）處理后的圖像中色斑可認(rèn)為是blob。Blob分析工具可以從背景中分離出目標(biāo),并可計(jì)算出目標(biāo)的數(shù)量、位置、形狀、方向和大小,還可以提供相關(guān)斑點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在處理過(guò)程中不是采用單個(gè)的像素逐一分析,而是對(duì)圖形的行進(jìn)行操作。圖像的每一行都用游程長(zhǎng)度編碼(RLE）來(lái)表示相鄰的目標(biāo)范圍。這種算法與基于象素的算法相比,大大提高處理速度。

結(jié)果處理和控制

應(yīng)用程序把返回的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)或用戶指定的位置,并根據(jù)結(jié)果控制機(jī)械部分做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)識(shí)別的結(jié)果,存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息管理。以后可以隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行檢索查詢,管理者可以獲知某段時(shí)間內(nèi)流水線的忙閑,為下一步的工作作出安排；可以獲知內(nèi)布匹的質(zhì)量情況等等。

在國(guó)外,機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè),其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板,覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測(cè)試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。除此之外,機(jī)器視覺(jué)還用于其他各個(gè)領(lǐng)域。

而在中國(guó),視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)始于90年代,因?yàn)樾袠I(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域,再加之機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠,導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。目前國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)大多為國(guó)外品牌。國(guó)內(nèi)大多機(jī)器視覺(jué)公司基本上是靠代理國(guó)外各種機(jī)器視覺(jué)品牌起家,隨著機(jī)器視覺(jué)的不斷應(yīng)用,公司規(guī)模慢慢做大,技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高,3D機(jī)器視覺(jué)也開(kāi)始進(jìn)入人們的視野。3D機(jī)器視覺(jué)大多用于水果和蔬菜、木材、化妝品、烘焙食品、電子組件和醫(yī)藥產(chǎn)品的評(píng)級(jí)。它可以提高合格產(chǎn)品的生產(chǎn)能力,在生產(chǎn)過(guò)程的早期就報(bào)廢劣質(zhì)產(chǎn)品,從而減少了浪費(fèi)節(jié)約成本。這種功能非常適合用于高度、形狀、數(shù)量甚至色彩等產(chǎn)品屬性的成像。

在行業(yè)應(yīng)用方面,主要有制藥、包裝、電子、汽車制造、半導(dǎo)體、紡織、煙草、交通、物流等行業(yè),用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)取代人工,可以提供生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如在物流行業(yè),可以使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行快遞的分揀分類,不會(huì)出現(xiàn)大多快遞公司人工進(jìn)行分揀,減少物品的損壞率,可以提高分揀效率,減少人工勞動(dòng)。

機(jī)器視覺(jué)的研究是從20世紀(jì)60年代中期美國(guó)學(xué)者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界研究開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)運(yùn)用的預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、輪廓線構(gòu)成、對(duì)象建模、匹配等技術(shù),后來(lái)一直在機(jī)器視覺(jué)中應(yīng)用。羅伯茲在圖像分析過(guò)程中,采用了自底向上的方法。用邊緣檢測(cè)技術(shù)來(lái)確定輪廓線,用區(qū)域分析技術(shù)將圖像劃分為由灰度相近的像素組成的區(qū)域,這些技術(shù)統(tǒng)稱為圖像分割。其目的在于用輪廓線和區(qū)域?qū)λ�分析的圖像進(jìn)行描述,以便同機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的模型進(jìn)行比較匹配。實(shí)踐表明,只用自底向上的分析太困難,必須同時(shí)采用自頂向下,即把目標(biāo)分為若干子目標(biāo)的分析方法,運(yùn)用啟發(fā)式知識(shí)對(duì)對(duì)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。這同言語(yǔ)理解中采用的自底向上和自頂向下相結(jié)合的方法是一致的。在圖像理解研究中,A.古茲曼提出運(yùn)用啟發(fā)式知識(shí),表明用符號(hào)過(guò)程來(lái)解釋輪廓畫的方法不必求助于諸如最小二乘法匹配之類的數(shù)值計(jì)算程序。

70年代,機(jī)器視覺(jué)形成幾個(gè)重要研究分支：①目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理；②圖像處理和分析的并行算法；③從二維圖像提取三維信息；④序列圖像分析和運(yùn)動(dòng)參量求值；⑤視覺(jué)知識(shí)的表示；⑥視覺(jué)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)等。

機(jī)器視覺(jué)的阿喀琉斯之踵：據(jù)麻省理工《技術(shù)評(píng)論》報(bào)道,來(lái)自谷歌和OpenAI研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了機(jī)器視覺(jué)算法的一個(gè)弱點(diǎn)：機(jī)器視覺(jué)會(huì)被一些經(jīng)過(guò)修改的圖像干擾,而人類可以很容易地發(fā)現(xiàn)這些圖像的修改之處。

機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用主要有檢測(cè)和機(jī)器人視覺(jué)兩個(gè)方面：

1、檢測(cè)：又可分為高精度定量檢測(cè)（例如顯微照片的細(xì)胞分類、機(jī)械零部件的尺寸和位置測(cè)量）和不用量器的定性或半定量檢測(cè)（例如產(chǎn)品的外觀檢查、裝配線上的零部件識(shí)別定位、缺陷性檢測(cè)與裝配完全性檢測(cè)）。

2、機(jī)器人視覺(jué)：用于指引機(jī)器人在大范圍內(nèi)的操作和行動(dòng),如從料斗送出的雜亂工件堆中揀取工件并按一定的方位放在傳輸帶或其他設(shè)備上（即料斗揀取問(wèn)題）。至于小范圍內(nèi)的操作和行動(dòng),還需要借助于觸覺(jué)傳感技術(shù)。

此外還有：

1、自動(dòng)光學(xué)檢查

2、人臉識(shí)別

3、無(wú)人駕駛汽車

4、產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)分類

5、印刷品質(zhì)量自動(dòng)化檢測(cè)

6、文字識(shí)別

7、紋理識(shí)別

8、追蹤定位

......

等機(jī)器視覺(jué)圖像識(shí)別的應(yīng)用。

【機(jī)器視覺(jué)特點(diǎn)】

1、攝像機(jī)的拍照速度自動(dòng)與被測(cè)物的速度相匹配,拍攝到理想的圖像；

2、零件的尺寸范圍為2.4mm到12mm,厚度可以不同；

3、系統(tǒng)根據(jù)操作者選擇不同尺寸的工件,調(diào)用相應(yīng)視覺(jué)程序進(jìn)行尺寸檢測(cè),并輸出結(jié)果；

4、針對(duì)不同尺寸的零件,排序裝置和輸送裝置可以精確調(diào)整料道的寬度,使零件在固定路徑上運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)；

5、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)分辨率達(dá)到2448×2048,動(dòng)態(tài)檢測(cè)精度可以達(dá)到0.02mm；

6、廢品漏檢率為0；

7、本系統(tǒng)可通過(guò)顯示圖像監(jiān)視檢測(cè)過(guò)程,也可通過(guò)界面顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)查看檢測(cè)結(jié)果；

8、具有對(duì)錯(cuò)誤工件及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出剔除控制信號(hào)、剔除廢品的功能；

9、系統(tǒng)能夠自檢其主要設(shè)備的狀態(tài)是否正常,配有狀態(tài)指示燈；同時(shí)能夠設(shè)置系統(tǒng)維護(hù)人員、使用人員不同的操作權(quán)限；

⒑實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)畫面,中文界面,可以瀏覽幾次不合格品的圖像,具有能夠存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)察看錯(cuò)誤工件圖像的功能；

⒒能生成錯(cuò)誤結(jié)果信息文件,包含對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤圖像,并能打印輸出。

1、基于機(jī)器視覺(jué)的儀表板總成智能集成測(cè)試系統(tǒng)

EQ140-Ⅱ汽車儀表板總成是中國(guó)某汽車公司生產(chǎn)的儀表產(chǎn)品,儀表板上安裝有速度里程表、水溫表、汽油表、電流表、信號(hào)報(bào)警燈等,其生產(chǎn)批量大,出廠前需要進(jìn)行一次質(zhì)量終檢。檢測(cè)項(xiàng)目包括：檢測(cè)速度表等五個(gè)儀表指針的指示誤差；檢測(cè)24個(gè)信號(hào)報(bào)警燈和若干照明9燈是否損壞或漏裝。一般采用人工目測(cè)方法檢查,誤差大,可靠性差,不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。基于機(jī)器視覺(jué)的智能集成測(cè)試系統(tǒng),改變了這種現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀表板總成智能化、全自動(dòng)、高精度、快速質(zhì)量檢測(cè),克服了人工檢測(cè)所造成的各種誤差,大大提高了檢測(cè)效率。

整個(gè)系統(tǒng)分為四個(gè)部分：為儀表板提供模擬信號(hào)源的集成化多路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、具有圖像信息反饋定位的雙坐標(biāo)CNC系統(tǒng)、攝像機(jī)圖像獲取系統(tǒng)和主從機(jī)平行處理系統(tǒng)。

2、金屬板表面自動(dòng)控傷系統(tǒng)

金屬板如大型電力變壓器線圈扁平線收音機(jī)朦朧皮等的表面質(zhì)量都有很高的要求,但原始的采用人工目視或用百分表加控針的檢測(cè)方法不僅易受主觀因素的影響,而且可能會(huì)繪被測(cè)表面帶來(lái)新的劃傷。金屬板表面自動(dòng)探傷系統(tǒng)利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)金屬表面缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢查,在生產(chǎn)過(guò)程中高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)由于采用非接角式測(cè)量,避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。其工作原理圖如圖8-6所示；在此系統(tǒng)中,采用激光器作為光源,通過(guò)針孔濾波器濾除激光束周圍的雜散光,擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡使激光束變?yōu)槠叫泄獠⒁?5度的入射角均勻照明被檢查的金屬板表面。金屬板放在檢驗(yàn)臺(tái)上。檢驗(yàn)臺(tái)可在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng),攝像機(jī)采用TCD142D型2048線陳CCD,鏡頭采用普通照相機(jī)鏡頭。CCD接口電路采用單片機(jī)系統(tǒng)。主機(jī)PC機(jī)主要完成圖像預(yù)處理及缺陷的分類或劃痕的深度運(yùn)算等,并可將檢測(cè)到的缺陷或劃痕圖像在顯示器上顯示。CCD接口電路和PC機(jī)之間通過(guò)RS-232口進(jìn)行雙向通訊,結(jié)合異步A/D轉(zhuǎn)換方式,構(gòu)成人機(jī)交互式的數(shù)據(jù)采集與處理。

該系統(tǒng)主要利用線陣CCD的自掃描特性與被檢查鋼板X方向的移動(dòng)相結(jié)合,取得金屬板表面的三維圖像信息。

3、汽車車身檢測(cè)系統(tǒng)

英國(guó)ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測(cè),是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)用于工業(yè)檢測(cè)中的一個(gè)較為典型的例子,該系統(tǒng)由62個(gè)測(cè)量單元組成,每個(gè)測(cè)量單元包括一臺(tái)激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī),用以檢測(cè)車身外殼上288個(gè)測(cè)量點(diǎn)。汽車車身置于測(cè)量框架下,通過(guò)軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。

測(cè)量單元的校準(zhǔn)將會(huì)影響檢測(cè)精度,因而受到特別重視。每個(gè)激光器/攝像機(jī)單元均在離線狀態(tài)下經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。同時(shí)還有一個(gè)在離線狀態(tài)下用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)過(guò)的校準(zhǔn)裝置,可對(duì)攝像頂進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

檢測(cè)系統(tǒng)以每40秒檢測(cè)一個(gè)車身的速度,檢測(cè)三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果與人、從CAD模型中撮出來(lái)的合格尺寸相比較,測(cè)量精度為±0.1mm�！�ROVER的質(zhì)量檢測(cè)人員用該系統(tǒng)來(lái)判別關(guān)鍵部分的尺寸一致性,如車身整體外型、門、玻璃窗口等。實(shí)踐證明,該系統(tǒng)是成功的,并將用于ROVER公司其它系統(tǒng)列汽車的車身檢測(cè)。

4、紙幣印刷質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)：

該系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù),通過(guò)對(duì)紙幣生產(chǎn)流水線上的紙幣20多項(xiàng)特征（號(hào)碼、盲文、顏色、圖案等）進(jìn)行比較分析,檢測(cè)紙幣的質(zhì)量,替代傳統(tǒng)的人眼辨別的方法。

5、智能交通管理系統(tǒng)：

通過(guò)在交通要道放置攝像頭,當(dāng)有違章車輛（如闖紅燈）時(shí),攝像頭將車輛的牌照拍攝下來(lái),傳輸給中央管理系統(tǒng),系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù),對(duì)拍攝的圖片進(jìn)行分析,提取出車牌號(hào),存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,可以供管理人員進(jìn)行檢索。

6、金相分析：

金相圖象分析系統(tǒng)能對(duì)金屬或其它材料的基體組織、雜質(zhì)含量、組織成分等進(jìn)行精確、客觀地分析,為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

7、醫(yī)療圖像分析：

血液細(xì)胞自動(dòng)分類計(jì)數(shù)、染色體分析、癌癥細(xì)胞識(shí)別等。

8、瓶裝啤酒生產(chǎn)流水線檢測(cè)系統(tǒng)：

可以檢測(cè)啤酒是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的容量、啤酒標(biāo)簽是否完整

9、大型工件平行度、垂直度測(cè)量?jī)x：

采用激光掃描與CCD探測(cè)系統(tǒng)的大型工件平行度、垂直度測(cè)量?jī)x,它以穩(wěn)定的準(zhǔn)直激光束為測(cè)量基線,配以回轉(zhuǎn)軸系,旋轉(zhuǎn)五角標(biāo)棱鏡掃出互相平行或垂直的基準(zhǔn)平面,將其與被測(cè)大型工件的各面進(jìn)行比較。在加工或安裝大型工件時(shí),可用該認(rèn)錯(cuò)器測(cè)量面間的平行度及垂直度。

10、螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測(cè)器件：

以頻閃光作為照明光源,利用面陣和線陣CCD作為螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測(cè)器件,實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測(cè)量的動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。

11、軸承實(shí)時(shí)監(jiān)控：

視覺(jué)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承的負(fù)載和溫度變化,消除過(guò)載和過(guò)熱的危險(xiǎn)。將傳統(tǒng)上通過(guò)測(cè)量滾珠表面保證加工質(zhì)量和安全操作的被動(dòng)式測(cè)量變?yōu)橹鲃?dòng)式監(jiān)控。

⒓ 金屬表面的裂紋測(cè)量：

用微波作為信號(hào)源,根據(jù)微波發(fā)生器發(fā)出不同波濤率的方波,測(cè)量金屬表面的裂紋,微波的波的頻率越高,可測(cè)的裂紋越狹小。

機(jī)器視覺(jué)有如下的發(fā)展趨勢(shì)。

機(jī)器視覺(jué)價(jià)格持續(xù)下降

目前,在我國(guó)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還不太成熟,主要靠進(jìn)口國(guó)外整套系統(tǒng),價(jià)格比較昂貴.隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈,價(jià)格下降已成必然趨勢(shì),這意味著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)將逐漸被接受。

機(jī)器視覺(jué)功能逐漸增多

更多功能的實(shí)現(xiàn)主要來(lái)自于計(jì)算能力的增強(qiáng),更高分辨率的傳感器,更快的掃描率和軟件功能的提高,PC處理器的速度在得到穩(wěn)步提升的同時(shí),其價(jià)格也在下降,這推動(dòng)了更快的總線的出現(xiàn),而總線又反過(guò)來(lái)允許具有更多數(shù)據(jù)的更大圖像以更快的速度進(jìn)行傳輸和處理。

機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品小型化

產(chǎn)品的小型化趨勢(shì)讓這個(gè)行業(yè)能夠在更小的空間內(nèi)包裝更多的部件,這意味著機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品變得更小,這樣他們就能夠在廠區(qū)所提供的有限空間內(nèi)應(yīng)用。例如在工業(yè)配件上LED 已經(jīng)成為主導(dǎo)光源,它的小尺寸使成像參數(shù)的測(cè)定變得容易,他們的耐用性和穩(wěn)定性非常適用于工廠設(shè)備。

機(jī)器視覺(jué)集成產(chǎn)品增多

智能相機(jī)的發(fā)展預(yù)示了集成產(chǎn)品增多的趨勢(shì),智能相機(jī)是在一個(gè)單獨(dú)的盒內(nèi)集成了處理器、鏡頭、光源、輸入/輸出裝置及以太網(wǎng),電話和 PDA 推動(dòng)了更快、更便宜的精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISC)的發(fā)展,這使智能相機(jī)和嵌入式處理器的出現(xiàn)成為可能。同樣,現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣(FPGA)技術(shù)的進(jìn)步為智能相機(jī)增添了計(jì)算功能,并為PC 機(jī)嵌入了處理器和高性能楨采集器,智能相機(jī)結(jié)合處理大多數(shù)計(jì)算任務(wù)的FPGA,DSP和微處理器則會(huì)更具有智能性 。

由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息,而且易于自動(dòng)處理,也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成,因此,在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

但是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)比較復(fù)雜,最大的困難在于人的視覺(jué)機(jī)制尚不清楚。人可以用內(nèi)省法描述對(duì)某一問(wèn)題的解題過(guò)程,從而用計(jì)算機(jī)加以模擬。但盡管每一個(gè)正常人都是“視覺(jué)專家”,卻不可能用內(nèi)省法來(lái)描述自己的視覺(jué)過(guò)程。因此建立機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是十分困難的任務(wù)。

可以預(yù)計(jì)的是,隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展,它將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。