機器視覺技術發(fā)展及其工業(yè)應用

薛峰　陳川

摘要：機器視覺技術是由多學科交叉形成的新興學科，在眾多領域均有所應用。隨著我國經濟實力的不斷提升，科學技術得到了迅猛的發(fā)展，該學科在理論與實踐上有了迅猛的發(fā)展。文章簡要地闡述了機器視覺中的關鍵技術的發(fā)展的狀況，同時綜合性地敘述了其在工業(yè)上的應用，以期時今后該學科的研究與應用有所幫助。

關鍵詞：機器視覺技術；計算機視覺；自動檢測；圖像信號處理；工業(yè)應用

從字面意思理解，機器視覺技術是利用計算機來替代人的視覺，換句話說，也就是利用計算機來代替人的視覺來對現(xiàn)實事物進行三維判定。該項技術是人工智能中一門重要的處于蓬勃發(fā)展中的分支學科。機器視覺技術是由計算機、人工智能、神經生物學、圖像處理、心理物理學等眾多學科相交叉產生的一門新興學科。該項技術有著速度快、精度高、噪音小、抗擾能力強、使用方便等諸多優(yōu)勢，可以在相對惡劣的條件下進行工作，可以提高企業(yè)的生產效率和降低勞動成本。隨著科學技術的不斷發(fā)展，該項技術已經廣泛應用于各個行業(yè)生產中。

1 機器視覺技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 光源照明技術

選取的光源和照明方案的效果好壞直接影響機器視覺系統(tǒng)的成功與否。優(yōu)質的光源和照明方案要盡可能做到突出物體特征、又有極高的對比度、確保整體亮度等。通常情況下選取透射光或反射光。在選擇照明設備時要滿足幾何形狀的要求，并要對其使用壽命進行考慮。

1.1.1 光學鏡頭

光學鏡頭在進行成像時的質量將會對機器視覺技術的使用有著直接的影響。一般情況下，光學鏡頭有定焦和變焦兩類。在相同的檔次下，定焦比變焦的成像要更好，所以優(yōu)先選取變焦鏡頭。另外，還要考慮焦距、接口等因素。

1.1.2 攝像機

在獲取圖像時通常有主動和被動視覺兩類。攝像機是最為常用的被動視覺元件，主要的核心在于電子耦合器。電子耦合器有著質量輕、體積小、成像清晰、壽命長等優(yōu)勢，在機器視覺中有著廣泛的應用。

1.1.3 圖像采集卡

圖像采集卡是連接圖像采集與處理部分的重要元件。因為在進行圖像信號傳輸時要求傳輸速度極高，一般的傳輸接口無法達到需求，這便是需要使用圖像采集卡的重要原因。部分高檔的圖像采集卡擁有DPS處理模塊，可以對圖像進行一定的提前處理。

1.2 信號處理

對已經采集到的信號進行處理，這是機器視覺技術中最為關鍵的一步?，F(xiàn)在多數(shù)的較為先進的處理技術已經應用于其中。隨著信息技術的高速發(fā)展，眾多的計算機、微電子和集成電路技術不斷進步，為圖像處理提供了優(yōu)質的硬件支持。

1.3 執(zhí)行機構

執(zhí)行機構是可以使機器視覺系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的最后元件。要確保其在進行制作與安裝過程中的精度，此外在設計過程中，充分考慮穩(wěn)定性等。但是由于現(xiàn)在以計算機為基礎尚未進行模塊化，安裝上存在困難，尤其是工業(yè)上已經大量使用的PLC接口進行連接時存在問題。

2 應用于工業(yè)上的機器視覺技術

視覺技術最重要的優(yōu)勢便是可以不與被觀測物體直接接觸，不會對觀測者與被觀測對象造成損害，非常安全，這是其他感官所無法替代的。通常來講，人類肉眼無法觀測到的機器視覺是完全可以辦到的，也就是可以擴大肉眼的視覺范圍。而且機器可以在人類無法適應的環(huán)境下進行工作，沒有疲勞地進行長時間的工作，因此可以應用于眾多的長時間工作于惡劣環(huán)境中。但是，當前的機器視覺尚處于對平面圖像的識別與處理，對于立體的成像相對有限。

2.1 在自動檢測中的應用

自動檢測是在自動化生產過程中的極其重要的步驟。機器視覺已經廣泛使用于自動檢測系統(tǒng)中，檢測方式主要有兩種方式，即幾何測量測試與自動識別檢測。

在制造技術中有著不可替代作用的技術便是幾何測量技術。以前使用的測量技術在讀數(shù)時非常繁瑣，測量時間較長，人工測量時有著極大的誤差，自動化程度不高。測量技術在測試領域是新發(fā)展起來的技術，它的發(fā)展有著視覺技術推動的結果。當前時期主要有工業(yè)CT、激光掃描、激光雷達、結構光測量等方式，它們均有著自身的優(yōu)勢與不足。自動識別檢測主要在產品外形或表面探傷上進行應用，這類系統(tǒng)的技術相對較為成熟。

2.2 在智能裝配中的應用

在當今社會的工業(yè)生產中，裝配工作占整個商品生產過程中的主要部分，而且裝配質量的好壞將會直接影響產品的性能。裝配工作因為有著復雜以及多樣性的特點，在對其應用自動化技術過程中存在諸多的困難。視覺系統(tǒng)可以極大地減少產品的研發(fā)時間，在不進行更改硬件的基礎上對各類零部件進行相應的處理。機器視覺技術不但能夠完成相對簡單的工作，而且可以在極其惡劣或者有害的環(huán)境內進行裝配工作的展開。當前時期在工業(yè)生產中已經引進了大量的含有視覺系統(tǒng)的機器人進行工作。目前對于裝配過程中機器視覺的難點在于對立體物體的識別與定位，今后的主要研究方向是三維重建以及立體匹配。

3 視覺伺服系統(tǒng)

視覺可以進行不需接觸便可以測量的特點使其在伺服系統(tǒng)中有著非常重要的作用。一種較為普遍的應用便是使視覺傳感與操作結合于同一個開環(huán)的系統(tǒng)內，伺服系統(tǒng)的精確度只由視覺傳感以及執(zhí)行機構二者的精確度進行影響。它的視覺控制使用的是開環(huán)視覺方式，也就是說，將圖像中包含物體的特征進行提取，同時利用該信息進行相應執(zhí)行，機構會有所反映，這里的視覺信息只是作為指令來進行使用。通常根據誤差信號對視覺伺服系統(tǒng)進行分類，可以分為以位置和圖像為基礎以及混合兩種形式的系統(tǒng)。

4 結語

根據對國內外發(fā)展狀況的研究，機器視覺技術已經成為各國大力發(fā)展與研究的方向。眾多行業(yè)對其的需求成為推動機器視覺系統(tǒng)向前發(fā)展的動力源。我國的理論研究已經處于世界先進水平，但是實際應用卻有所不足。對此，我國要對國際上的發(fā)展情況加以跟進，結合我國包括工、農、醫(yī)、軍事、交通等各行業(yè)的實際情況展開對視覺技術的研究，進行視覺技術實際應用情況的研究，促進機器視覺化在我國的快速發(fā)展，增加實際應用的能力，以此推動我國現(xiàn)代化的建設水平。