智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

林盛鑫 黃丁香 鐘惠球

（1.東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808；2.東莞理工學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部，廣東東莞 523808；3.東莞理工學(xué)院 資產(chǎn)后勤管理處，廣東東莞 523808）

智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

林盛鑫1黃丁香2鐘惠球3

（1.東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院，廣東東莞 523808；2.東莞理工學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部，廣東東莞 523808；3.東莞理工學(xué)院 資產(chǎn)后勤管理處，廣東東莞 523808）

為推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高競(jìng)爭(zhēng)力，工業(yè)自動(dòng)化是企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)層上采用視覺(jué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的采集，采用光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行圖像處理，再經(jīng)過(guò)信息傳輸、智能分析，形成基于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合B/S架構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，研究一種新的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用模式iVWOT（Intelligent VisualWeb of Things），進(jìn)一步融合視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用。

機(jī)器視覺(jué)；工業(yè)自動(dòng)化；智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)；光學(xué)字符識(shí)別；圖像處理

受全球經(jīng)濟(jì)低迷，原材料價(jià)格上漲，國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本逐步上升和高級(jí)技工嚴(yán)重缺乏等諸多問(wèn)題的影響，以勞動(dòng)密集型為基礎(chǔ)的東莞制造業(yè)，政府實(shí)施科技東莞工程，推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，相關(guān)企業(yè)已經(jīng)改變以往依賴人工來(lái)高產(chǎn)能、降低成本的思想，越來(lái)越多的電子制造企業(yè)開(kāi)始注重高效率、快節(jié)奏的生產(chǎn)模式，希望通過(guò)工業(yè)自動(dòng)化來(lái)降低人力成本，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，以快速抵消購(gòu)買自動(dòng)化設(shè)備的成本。工業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)使得機(jī)器視覺(jué)和物聯(lián)網(wǎng)［1］應(yīng)用在生產(chǎn)線以及各種制造中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)正是機(jī)器視覺(jué)與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物，再以WEB的形式［2］與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)聯(lián)，在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用，將會(huì)為傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的提供一種新的發(fā)展模式。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本研究的總體設(shè)計(jì)方案結(jié)合了機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)［3］、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。每條生產(chǎn)線是一個(gè)基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于包裝業(yè)和半導(dǎo)體業(yè)等行業(yè)，通過(guò)多條生產(chǎn)線組成物聯(lián)網(wǎng)，再與B/S架構(gòu)WEB服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化的過(guò)程，完成工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用。從生產(chǎn)角度，采用機(jī)器視覺(jué)代替人眼識(shí)別，提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動(dòng)力成本。從管理角度，信息網(wǎng)絡(luò)化，資源合理分配，提高管理效率，節(jié)省經(jīng)營(yíng)成本。

2 移動(dòng)標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng)研究

移動(dòng)標(biāo)簽檢測(cè)系統(tǒng)是每條生產(chǎn)線上的檢測(cè)系統(tǒng)，屬于整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中的子系統(tǒng)，是物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)單元，主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分主要是光路系統(tǒng)與控制生產(chǎn)線的傳感部分，即光路成像設(shè)計(jì)，主要考慮檢測(cè)特征與背景的對(duì)比度，對(duì)比度是圖像識(shí)別過(guò)程中的一個(gè)重要的影響因數(shù)，光路成像設(shè)計(jì)相當(dāng)于圖像的預(yù)處理，為后續(xù)圖像處理作準(zhǔn)備。軟件部分主要是數(shù)字圖像處理與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，數(shù)字圖像解決光學(xué)字符識(shí)別問(wèn)題，特別是識(shí)別移動(dòng)中標(biāo)簽問(wèn)題，需要進(jìn)行一系列消除其運(yùn)動(dòng)模糊［4］，保證圖像識(shí)別質(zhì)量的研究。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)部分，為智能視覺(jué)物聯(lián)網(wǎng)增加的一個(gè)新元素，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)作進(jìn)一步的擴(kuò)充，增強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力與智能分析，并使用B/S架構(gòu)，形成了智能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入端+服務(wù)器端+客戶端的應(yīng)用模式，如圖2所示。

2.1 光路系統(tǒng)研究

光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要的設(shè)備為拍攝圖像所必需的CCD及光學(xué)鏡頭，應(yīng)對(duì)不同環(huán)境及檢測(cè)內(nèi)容所搭配的LED光源。根據(jù)需求確定的工作距離、分辨率、景深、視場(chǎng)等指標(biāo)，確定攝像頭與鏡頭類型以及選擇匹配的光源顏色與放置方法，為背景與需要檢測(cè)的特征形成強(qiáng)烈對(duì)比。

2.2 光學(xué)字符識(shí)別研究

由于系統(tǒng)是應(yīng)用在生產(chǎn)線上的，因此貼在產(chǎn)品上的標(biāo)簽具有一定的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)標(biāo)簽有一定的位置偏移和旋轉(zhuǎn)要達(dá)到對(duì)標(biāo)簽的準(zhǔn)確識(shí)別，首先需要消除其運(yùn)動(dòng)模糊，保證識(shí)別圖像質(zhì)量。其次要根據(jù)圖像的情況、環(huán)境的變化決定特征的提取，對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)定、閾值、梯度、圖像增強(qiáng)、降噪等一系列圖像預(yù)處理方法［5］，對(duì)圖像數(shù)據(jù)中有效部分的搜索、定位及選擇適當(dāng)?shù)膱D像處理算法［6］，最后作出論斷，如圖3所示。

圖3 中文字圖形為被檢測(cè)物上的文字，虛框中的內(nèi)容為OCR裝置，包括CCD與RC機(jī)，光電轉(zhuǎn)換由CCD完成，預(yù)處理分成兩個(gè)方面，第一是在光路設(shè)計(jì)時(shí)作出的調(diào)整，第二是在軟件上對(duì)圖像進(jìn)行處理，預(yù)處理過(guò)程目的是為特征提取提供良好的可操作環(huán)境，識(shí)別判斷通過(guò)查詢字符對(duì)應(yīng)表［7］，作出判斷，最后顯示對(duì)應(yīng)字符。

2.3 B/S架構(gòu)WEB信息系統(tǒng)研究

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，組建生產(chǎn)線群局域網(wǎng)絡(luò)，建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)［8］，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、準(zhǔn)確、及時(shí)收集生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析、統(tǒng)計(jì)，把獲取各個(gè)生產(chǎn)線上生產(chǎn)裝置狀態(tài)信息、生產(chǎn)效率信息、生產(chǎn)能力信息，上傳至服務(wù)器，結(jié)合ERR等管理系統(tǒng)，決策者和管理者通過(guò)瀏覽器即可得到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有效地提高設(shè)備的管理效率與生產(chǎn)效率。

3 結(jié)語(yǔ)

縱觀自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和信息管理技術(shù)相結(jié)合的革新，是一種新的工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展模式，進(jìn)一步提高制造系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、擴(kuò)大生產(chǎn)、提高競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由勞動(dòng)密集型為主向資本密集型為主的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)企業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級(jí)，向“智慧工廠”的方向發(fā)展具有重要實(shí)踐意義。

［1］ 孫其博，劉杰，黎舞，等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研宄綜述［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（3）：1-9.

［2］ Guinard Dominique.AWeb of things application architecture［M］.Integrating the real-world into theWeb by Dominique Guinard，2011.

［3］ 陽(yáng)佳，吳久峰，鄧志剛.基于機(jī)器視覺(jué)工業(yè)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)研究［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2003，25（2）：10-13.

［4］ 王勇.基于統(tǒng)計(jì)方法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2009.

［5］ 桂志國(guó)，薄瑞峰，韓焱.基于投影特征的圖像匹配的快速算法［J］.華北工學(xué)院測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，14（1）：18-20.

［6］ 孫遠(yuǎn)，周剛慧，趙立初.灰度圖像匹配的快速算法［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，34（5）：702-704.

［7］ 金昊.基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的研究［J］.測(cè)控技術(shù)，2000，19（1）：30-32.

［8］ 馬漢達(dá)，馬秋華.基于Web的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)管理信息化，2008（11）：63-66.

Application and Research of IVIOT in Indus trial Automation

LIN Sheng-xin1HUANG Ding-xiang2ZHONG Hui-qiu3
（1.College of Electronic Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China；2.Editorial Department of Journal，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China；3.Logistics and Management Division，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Upgrade to promote the traditionalmanufacturing enterprise transformation，achieve cost savings，increase production，improve competitiveness，industrial automation is the development trend of enterprises，through the base layer in the Internet of things using the vision sensor to realize the information collection，information for image processing using optical character recognition technology，through the information transmission，intelligent analysis，formation network ofmachine vision detection technology based on the structure ofmatter，the combination of B/Sarchitecture and database technology，a new application of industrial automation field iVWOT（Intelligent VisualWeb of Things），application of further integration of visual networking technology and automatic technology in industrial automation.

machine vision；industrial automation；intelligent vision of things；OCR；image processing

TN77

：A

：1009-0312（2014）05-0020-03

2014-09-10

林盛鑫（1979—），男，廣東潮陽(yáng)人，工程師，主要從事機(jī)器視覺(jué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究。