機(jī)器視覺認(rèn)識(shí)

1、機(jī)器視覺基本認(rèn)識(shí)一、機(jī)器視覺基本概念1、機(jī)器視覺概念 機(jī)器視覺是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模 式識(shí)別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。 隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和各領(lǐng)域消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品品質(zhì) 要求的不斷提高。零缺陷、高品質(zhì)、 高附加值的產(chǎn)品成為企業(yè)應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)的核心，為了贏得競(jìng) 爭(zhēng)，可靠的質(zhì)量控制不可或缺。 由于生產(chǎn)過(guò)程中速度加快，產(chǎn)品工藝高度集成，體積縮小且 制造精度提高， 人眼已無(wú)法滿足許多企業(yè)外形質(zhì)量控制的檢測(cè)需要。 機(jī)器視覺代替人類視覺 自動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品外形特征，實(shí)現(xiàn) 100%在線全檢，已成為解決各行業(yè)制造商大批量、高速、高 精度產(chǎn)品檢測(cè)的主要趨勢(shì)。簡(jiǎn)言之，機(jī)器視覺就是

2、用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。2、機(jī)器視覺系統(tǒng)機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺產(chǎn)品 （即圖像攝取裝置， 分 CMOS 和 CCD 兩種）將被 攝取目標(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， 進(jìn)而根據(jù)判別的 結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。可以將機(jī)器視覺系統(tǒng)概括為四部分：1）、攝取：采用圖像攝取裝置將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給圖像處理系統(tǒng)；2）、抽?。簣D像處理系統(tǒng)根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，進(jìn)行運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，例如面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等；3）、輸出：根據(jù)預(yù)設(shè)的判斷來(lái)輸出結(jié)果，

3、如尺寸、角度、偏移量、 個(gè)數(shù)、合格或不合格、 有或無(wú)等；4）、控制動(dòng)作：指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位或分選等相應(yīng)控制動(dòng)作。3、機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）、在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺代替人工視覺；2）、在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中， 用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高， 用機(jī)器視 覺檢測(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，機(jī)器視覺系統(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。二、機(jī)器視覺與計(jì)算機(jī)視覺的區(qū)別 計(jì)算機(jī)視覺是指用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能對(duì)客觀世界的三維場(chǎng)景的感知、 識(shí)別和理 解。計(jì)算機(jī)視覺主要有兩類方法：一類是仿生學(xué)的方法， 參照人類

4、視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，建 立相應(yīng)的處理模塊完成類似的功能和工作； 另一類是工程的方法， 從分析人類視覺過(guò)程的功 能著手， 并不去刻意模擬人類視覺系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)， 而僅考慮系統(tǒng)的輸入和輸出， 并采用任何 現(xiàn)有的可行的手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器視覺兩個(gè)術(shù)語(yǔ)既有區(qū)別又有聯(lián)系。 計(jì)算機(jī)視覺是采用圖像處理、 模式 識(shí)別、 人工智能技術(shù)相結(jié)合的手段， 著重于一幅或多幅圖像的計(jì)算機(jī)分析。 圖像可以由多個(gè) 或者多個(gè)傳感器獲取， 也可以是單個(gè)傳感器在不同時(shí)刻獲取的圖像序列。 分析師對(duì)目標(biāo)物體 的識(shí)別， 確定目標(biāo)物體的位置和姿態(tài)， 對(duì)三維景物進(jìn)行符號(hào)描述和解釋。 在計(jì)算機(jī)視覺研究 中， 經(jīng)常使用幾何模型、復(fù)雜

5、的知識(shí)表達(dá)，采用基于模型的匹配和搜索技術(shù)，搜索的策略 常使用自底向上、自頂向下、分層和啟發(fā)式控制策略。機(jī)器視覺則偏重于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)工程化， 能夠自動(dòng)獲取和分析特定的圖像， 以控制相 應(yīng)的行為。 具體的說(shuō)， 計(jì)算機(jī)視覺為機(jī)器視覺提供圖像和景物分析的理論及算法基礎(chǔ)， 機(jī)器 視覺為計(jì)算機(jī)視覺的實(shí)現(xiàn)提供傳感器模型、 系統(tǒng)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)手段。 因此可以認(rèn)為， 一個(gè)機(jī)器 視覺系統(tǒng)就是一個(gè)能自動(dòng)獲取一幅或多幅目標(biāo)物體圖像， 對(duì)所獲取圖像的各種特征量進(jìn)行處 理、分析和測(cè)量， 并對(duì)測(cè)量就誒過(guò)做出定性分析和定量解釋， 從而得到有關(guān)目標(biāo)物體的某種 認(rèn)識(shí)并作出相應(yīng)決策的系統(tǒng)。功能包括：物體定位、特征檢測(cè)、缺陷判斷、目標(biāo)

6、識(shí)別、計(jì)數(shù) 和運(yùn)動(dòng)跟蹤。通過(guò)上面的定義， 其實(shí)機(jī)器視覺和計(jì)算機(jī)視覺并沒有很清晰的界限， 而是緊密的聯(lián)系在 一起， 它們有著相同的理論， 只是在應(yīng)用中根據(jù)具體實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)的不同而不同。 計(jì)算機(jī)視 覺與機(jī)器視覺都是要從圖像或圖像序列中獲取對(duì)世界的描述，因此，對(duì)基本層的圖像獲取、 圖像處理， 中層的圖像分割、 圖像分析和高層的圖像理解這些理論知識(shí)的掌握對(duì)兩者來(lái)說(shuō)都 是“萬(wàn)變不離其宗” 。三、機(jī)器視覺的應(yīng)用視覺技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是與被觀測(cè)對(duì)象無(wú)接觸，因此,對(duì)觀測(cè)與被觀測(cè)者都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷， 十分安全可靠，這是其它感覺方式無(wú)法比擬的。理論上，人眼觀察不到的范圍機(jī)器視 覺也可以觀察， 例如紅外線、微波、 超

7、聲波等， 而機(jī)器視覺則可以利用這方面的傳感器件形 成紅外線、 微波、 超聲波等圖像。 另外，人無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間地觀察對(duì)象， 機(jī)器視覺則無(wú)時(shí)間限制， 而且具有很高的分辨精度和速度。所以,機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可分為工業(yè)、科學(xué)研究、軍事和民用 4 大領(lǐng)域。1、工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器視覺應(yīng)用中比重最大的領(lǐng)域， 按照功能又可以分成 4 類：產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、 產(chǎn)品分類、產(chǎn)品包裝、機(jī)器人定位。其應(yīng)用行業(yè)包括印刷包裝、汽車工業(yè)、半導(dǎo)體材料 / 元 器件 /連接器生產(chǎn)、藥品 /食品生產(chǎn)、煙草行業(yè)、紡織行業(yè)等。2、民用領(lǐng)域機(jī)器視覺技術(shù)可用在智能交通、安全防范、文字識(shí)別、身份驗(yàn)證、醫(yī)療設(shè)備等方面。在 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 機(jī)器

8、視覺用于輔助醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的分析， 主要利用數(shù)字圖像處理技術(shù)、 信息 融合技術(shù)對(duì) x 射線透視圖、核磁共振圖像、 CT 圖像進(jìn)行適當(dāng)疊加 ,然后進(jìn)行綜合分析，以及 對(duì)其它醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。3、科學(xué)研究領(lǐng)域在科學(xué)研究領(lǐng)域可以利用機(jī)器視覺進(jìn)行材料分析、 生物分析、 化學(xué)分析和生命科學(xué)， 如 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。4、軍事領(lǐng)域視覺技術(shù)可用在航天、航空、兵器 （敵我目標(biāo)識(shí)別、跟蹤 ） 及測(cè)繪。在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中， 機(jī)器視覺技術(shù)被用于分析各種遙感圖像， 進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)， 根據(jù)地行、 地貌的圖像和圖形特征， 對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、理解和分類等。四、機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢(shì)機(jī)

9、器視覺在歐美和日本發(fā)展較早。 隨著全球制造中心向中國(guó)轉(zhuǎn)移， 中國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)正 在繼北美、 歐洲和日本之后， 成為國(guó)際機(jī)器視覺廠商的重要目標(biāo)市場(chǎng)。 作為一項(xiàng)關(guān)鍵性的自 動(dòng)化技術(shù)，機(jī)器視覺的發(fā)展對(duì)于正處于制造業(yè)從勞動(dòng)密集化向自動(dòng)化轉(zhuǎn)型的中國(guó)而言非常重 要。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示， 我國(guó)機(jī)器視覺技術(shù)的使用率是世界最高的一個(gè)國(guó)家， 而國(guó)內(nèi)的機(jī)器視 覺技術(shù)也在迅速的上升。 雖然機(jī)器視覺技術(shù)是在 20世紀(jì) 90 年代初才進(jìn)入的我國(guó)， 但是迄今 為止，機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了我國(guó)的各個(gè)行業(yè)之中。伴隨著新時(shí)代的來(lái)臨， 機(jī)器視覺技術(shù)將會(huì)有質(zhì)的發(fā)展和突破。 未來(lái)機(jī)器視覺技術(shù)產(chǎn)品的 發(fā)展將主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、操作

10、更加簡(jiǎn)易由于機(jī)器視覺技術(shù)自身的復(fù)雜性， 其操作過(guò)程自然就十分繁瑣。 而今， 隨著機(jī)器視覺背 后的技術(shù)的日益增強(qiáng)，使得其操作變得更加簡(jiǎn)易，成為突破點(diǎn)之一。2、可維護(hù)性提高對(duì)于各項(xiàng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，可維護(hù)性都是十分重要的。在最初機(jī)器視覺的維護(hù)性十分的不便， 而今，隨著技術(shù)的不斷更新，機(jī)器視覺的維護(hù)性要比之前優(yōu)越許多。3、檢測(cè)性能更為精確、穩(wěn)定 工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)行業(yè)是機(jī)器視覺在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的行業(yè)之一， 而生產(chǎn)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè) 精確與穩(wěn)定性的要求非常高，而這一點(diǎn)恰恰是機(jī)器視覺的又一突破點(diǎn)。4、成本降低在機(jī)器視覺的應(yīng)用中，在精確、 穩(wěn)定質(zhì)量的基礎(chǔ)上，客戶關(guān)心的問(wèn)題便是成本。隨著機(jī) 器視覺應(yīng)用的逐步普及，相對(duì)來(lái)說(shuō)其成本也有所下降。隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善， 技術(shù)、 資金的積累， 各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的 工業(yè)自動(dòng)化、 智能需求開始廣泛出現(xiàn)， 國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校、 研究所和企業(yè)也在機(jī)器視覺技術(shù) 領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試， 逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。 其主要應(yīng)用于制藥、 印刷、 礦泉水瓶蓋檢測(cè)等領(lǐng)域。 這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測(cè)分裝、 印刷色彩檢測(cè)