機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用研究

呂芳芳

摘 要：機(jī)器視覺是一項涵括了光、機(jī)、電及計算機(jī)圖像處理的綜合技術(shù)，目前機(jī)器視覺已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個方面，代替了許多人類需要完成的重復(fù)復(fù)雜的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；自動化；圖像處理

中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0012-021 機(jī)器視覺的定義

機(jī)器視覺是用機(jī)器來代替人的眼精來做測量和判斷的一門技術(shù)。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過圖像攝取裝置將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，并且傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，把圖像信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對處理好的信號進(jìn)行運算抽取目標(biāo)特征，從而根據(jù)目標(biāo)特征來控制現(xiàn)場設(shè)備的動作。

2 機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展

機(jī)器視覺這門技術(shù)從80年代開始全球獲得了蓬勃發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的理念。在中國該項技術(shù)自起步發(fā)展至今，機(jī)器視覺已經(jīng)有20多年的歷史，其功能以及應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動化的發(fā)展逐漸完善和推廣。研究領(lǐng)域發(fā)展十分迅速。機(jī)器視覺的發(fā)展已有20多年。1990年以前，僅僅在大學(xué)和研究所中有一些研究圖像處理和模式識別的實驗室。1990～1998年為初級階段。主要的國際機(jī)器視覺廠商還沒有進(jìn)入中國市場。越來越多的電子和半導(dǎo)體工廠帶有機(jī)器視覺的整套的生產(chǎn)線和高級設(shè)備被引入中國。1998～2002年定義為機(jī)器視覺概念引入期。在此階段，許多著名視覺設(shè)備供應(yīng)商，開始接觸中國市場尋求本地合作伙伴。從2002年至今，我們稱之為機(jī)器視覺發(fā)展期，中國機(jī)器視覺呈快速增長趨勢并且應(yīng)用范圍廣泛。

現(xiàn)在，機(jī)器視覺仍然是一個非常活躍的研究領(lǐng)域，目前國際上從事機(jī)器視覺技術(shù)研究較為成功的企業(yè)主要有：美國邦納工程公司、捷達(dá)科技有限公司、東芝泰力株式會社等。國內(nèi)深圳、廣州、西安等地此項技術(shù)發(fā)展較為迅速。比如深圳市視覺龍科技、廣州三拓識別技術(shù)有限公司等。

3 機(jī)器視覺技術(shù)的工作原理

機(jī)器視覺是一項包括了光學(xué)成像、傳感器、圖像處理、機(jī)械工程等光、機(jī)、電及計算機(jī)圖像處理的綜合技術(shù)。

它一般包括照明、鏡頭、CCD相機(jī)、圖像處理軟件、圖像處理單元、監(jiān)視器和動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。其工作流程如圖1所示。首先光源投射到被測物體，通過CCD相機(jī)捕捉獲取被測目標(biāo)的相關(guān)圖像信息，然后通過PC機(jī)等設(shè)備A/D變換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給圖像處理單元，圖像處理單元對捕捉到的像素進(jìn)行分析運算來提取目標(biāo)特征，輸出判別結(jié)果，最后把處理過的相關(guān)信息傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 機(jī)器視覺技術(shù)的特點

機(jī)器視覺系統(tǒng)最大特點是可以提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。通常機(jī)器視覺可以代替一些人的視覺難以滿足要求的場合或者不適合人工作業(yè)的工作環(huán)境。另外機(jī)器視覺系統(tǒng)在檢查大批量生產(chǎn)過程中體現(xiàn)了速度快、精度高等特點。比如產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線的自動化程度很高，用視覺識別系統(tǒng)代替人工進(jìn)行在線檢測，可以大大提高生產(chǎn)效率。雖然機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點很突出但是也有它的局限性，所以要根據(jù)檢測對象的不同特點采取適合的方案。

5 機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前機(jī)器視覺的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三個方面：

第一是檢測功能，它是機(jī)器視覺系統(tǒng)在實際中應(yīng)用最多的一項功能。能夠檢測出包裝、印刷有無錯誤、劃痕等表面的相關(guān)信息。

第二是定位功能，能夠自動判斷被檢測物體的位置，并將位置信息輸出。它主要在全自動裝配和生產(chǎn)過程中使用。比如自動包裝、機(jī)械手等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

第三是測量功能，主要是自動測量被檢測物體的外輪廓尺寸等，提高了人工作業(yè)的測量精度。

6 機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展趨勢

構(gòu)建一個合格的機(jī)器視覺系統(tǒng)離不開合理的硬件搭配和可靠的控制程序。對于視覺系統(tǒng)的未來研究過程中，圖像處理技術(shù)和運動控制技術(shù)將是整個視覺控制系統(tǒng)開發(fā)工作的重點。機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢主要有四點。

趨勢一：產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。目前從事機(jī)器視覺軟硬件開發(fā)研究的公司中都開發(fā)自己獨立的產(chǎn)品，導(dǎo)致各個公司生產(chǎn)的硬件產(chǎn)品不能通用，軟件兼容性也存在一定的問題，造成了資源的浪費。因此，有必要設(shè)立產(chǎn)品軟硬件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范各種接口定義和技術(shù)指標(biāo)，降低用戶使用成本。

趨勢二：產(chǎn)品集成化。越來越多的公司正在開發(fā)集成有圖像處理芯片的攝像機(jī)，這類攝像機(jī)在完成圖像采集任務(wù)的同時，可以對圖像進(jìn)行預(yù)定的處理，輸出用戶指定的信息或者一定標(biāo)準(zhǔn)的圖像，由于采用硬件處理圖像，一般可以達(dá)到很高的處理速度，減少系統(tǒng)等待時間。

趨勢三：圖像處理軟件的人性化。雖然現(xiàn)在的圖像處理軟件還需要具有圖形處理知識背景的工程人員去使用，但是這些軟件都在向著一個共同的趨勢改變，那就是軟件使用變得越來越簡單，功能劃分越來越細(xì)致具體。很多開發(fā)軟件還提供了開發(fā)助手等工具，使即使沒有專業(yè)知識的工程人員也可以很快的編寫出滿足要求的處理流程并自動生成程序代碼。

趨勢四：機(jī)器視覺與運動控制、網(wǎng)絡(luò)化等技術(shù)的結(jié)合。視覺系統(tǒng)涉及到多種領(lǐng)域，是一種高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在實際產(chǎn)品生產(chǎn)線上對多工序同步連續(xù)檢測時，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。

7 機(jī)器視覺技術(shù)存在的問題

機(jī)器視覺系統(tǒng)在應(yīng)用中也同時存在著一定的問題，比如：如何準(zhǔn)確高速地識別出目標(biāo)、解決實時性問題的能力、多傳感器融合問題、視覺系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)問題、系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題等問題。機(jī)器視覺技術(shù)比較復(fù)雜，機(jī)器視覺不能通過省法來來描述整個視覺過程。所以機(jī)器視覺系統(tǒng)的建立十分復(fù)雜。但隨著機(jī)器視覺技術(shù)逐漸的成熟和發(fā)展，它一定將在制造企業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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