視覺技術(shù)在汽車電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

冉捷

（湖北武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院 430000)

當(dāng)今的汽車產(chǎn)業(yè)正面臨著重要變革，電動車、無人駕駛汽車和智能汽車已成為當(dāng)下和未來發(fā)展的明確方向。伴隨汽車產(chǎn)業(yè)的升級，視覺技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的作用也越來越凸顯。作為自動化程度比較高的科技行業(yè)，很多先進(jìn)的自動化技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)用到汽車行業(yè)中，在整車及其零配件的生產(chǎn)制造、檢測和駕駛體驗(yàn)的全流程。從車身組件到照明顯示系統(tǒng)的檢測，再到各類視覺傳感器的嵌入式使用，視覺技術(shù)都在發(fā)揮著傳統(tǒng)技術(shù)不可企及的助力[1]。

1 視覺技術(shù)的主要概念

1.1 計(jì)算機(jī)視覺

計(jì)算機(jī)視覺（Computer Version）是以視覺處理理論為中心，以圖像處理、模式識別、計(jì)算機(jī)技術(shù)和生理學(xué)、心理學(xué)為基礎(chǔ)的信息處理科學(xué)。一方面開發(fā)從輸入的圖像數(shù)據(jù)，自動構(gòu)造場景描述的圖像理解系統(tǒng)，另一方面理解人類視覺，以便用機(jī)器代替人去完成作業(yè)。比如具有視覺反饋功能的機(jī)器人可以代替人工完成各種復(fù)雜的任務(wù)，包括產(chǎn)品的自動裝配、焊接、檢驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)中的自動診斷、遙感照片的自動解釋、車輛的自動導(dǎo)航等[2]。

計(jì)算機(jī)視覺信息的處理主要依賴于圖像處理方法，包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼、傳輸、邊緣銳化、分割及特征抽取等內(nèi)容。其技術(shù)要點(diǎn)主要包含：數(shù)據(jù)驅(qū)動的分割；模型驅(qū)動的分割；圖像的增強(qiáng)；圖像平滑；機(jī)器視覺（Machine Vision）。

機(jī)器視覺是將被測對象的圖像作為信息的載體，從中提取有用的信息來達(dá)到測量的目的。通過CCD攝像頭與光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)字處理系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同的檢測要求。CCD元件可理解為1個由感光像素組成的點(diǎn)陣，而面陣CCD的每個像素都一一對應(yīng)被測對象的二維圖像特征，通過對像素點(diǎn)成像結(jié)果的分析從而分析對象的圖像特征。機(jī)器視覺在精密測量過程中的重要應(yīng)用奠定了其在工業(yè)制造領(lǐng)域的王者地位。

1.2 3D視覺應(yīng)用

目前3D視覺應(yīng)用最為常用的是基于結(jié)構(gòu)光的3D視覺應(yīng)用。已知空間方向的投影光線集合稱為結(jié)構(gòu)光。生產(chǎn)結(jié)構(gòu)光的設(shè)備可以是某種投影設(shè)備、儀器或激光器。傳統(tǒng)的2D相機(jī)只在X-Y平面測量，3D視覺則可以獲得Z方向的信息。除了點(diǎn)結(jié)構(gòu)光測量傳感器，線結(jié)構(gòu)光測量傳感器被更廣泛地應(yīng)用于汽車行業(yè)。

2 視覺技術(shù)的應(yīng)用

2.1 遠(yuǎn)紅外熱相機(jī)讓無人駕駛汽車更安全

以色列一家初創(chuàng)公司AdaSky為無人駕駛車輛開發(fā)了一塊遠(yuǎn)紅外熱相機(jī)，通過深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺算法來探測道路上的人、動物或物體，解決目前無人駕駛車輛面臨的一些目標(biāo)識別問題（圖1）。其熱感知解決方案能夠探測、分割和分析對象。無人駕駛車輛不一定總能區(qū)分真實(shí)物體和圖像，例如貨車背面廣告中人的圖像可能被解釋為行人，這將導(dǎo)致汽車不必要的制動。而熱相機(jī)通過探測有生命和無生命體之間的溫度差異，可以輕松地避免這種情況[3]。

圖1 遠(yuǎn)紅外相機(jī)應(yīng)用于無人駕駛系統(tǒng)

2.2 雙相機(jī)系統(tǒng)檢查汽車電子元件組裝

半自動化成像系統(tǒng)分析元件放置位置和二維碼數(shù)據(jù)，以每分鐘5個元件的速度檢查汽車電子元件的組裝。汽車行業(yè)廣泛使用的電子裝配體的主板多為安裝于鋁外殼頂部的PCB，對其上的元件安裝進(jìn)行檢驗(yàn)時，比AOI更經(jīng)濟(jì)的方法是將電氣外殼置于定制的嵌套中，然后整體放入機(jī)器視覺系統(tǒng)，采用2臺相機(jī)分別放于軸線位置和離軸位置，用以檢查元件的位置是否正確，同時檢查組件側(cè)面的二維碼。軸上相機(jī)需配備高像素的CMOS圖像傳感器，保證對PCB的成像。

2.3 三維精密可視化技術(shù)在汽車零部件檢測中的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的接觸式檢測技術(shù)所使用的三坐標(biāo)打點(diǎn)、零件測量編程設(shè)置的復(fù)雜冗長相比，激光三維全息干涉照相技術(shù)更加適用于發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、自動變速器閥體箱體、傳動系統(tǒng)、制動盤、輪轂及輪圈等零件的精密加工。三維可視化技術(shù)可以快速測量精密機(jī)加工的零部件形貌，并提供表面高精度三維視圖[4]。

2.4 用于鋰電池開路電壓檢測的視覺系統(tǒng)

通過機(jī)器人視覺引導(dǎo)控制系統(tǒng)，優(yōu)化機(jī)器人取料路徑，引導(dǎo)機(jī)器人取料，使機(jī)器人不去空位取電芯，不但節(jié)省時間，而且避免了誤抓托盤引起電池脫落而導(dǎo)致的安全事故。

2.5 3D視覺系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)器人擋風(fēng)玻璃的安裝

汽車制造商正在使用視覺引導(dǎo)的機(jī)器人插入系統(tǒng)，可確保汽車封閉裝置的正確放置，如擋風(fēng)玻璃、發(fā)動機(jī)罩、行李艙蓋和車門（圖2）。

3 結(jié)束語

伴隨工業(yè)4.0的到來，視覺技術(shù)在汽車電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用越來越廣，其高可靠性已經(jīng)成為許多產(chǎn)品制勝的關(guān)鍵，在無人化操作的工業(yè)生產(chǎn)線作業(yè)領(lǐng)域更是舉足輕重。因此，對視覺技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步研究意義重大。

圖2 3D傳感器應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人

[1]西蒙,J.D.普林斯.《計(jì)算機(jī)視覺:模型、學(xué)習(xí)和推理》.機(jī)械工業(yè)出版社,2017-06-01.

[2]艾海舟,興軍亮.《計(jì)算機(jī)視覺:算法與應(yīng)用》.清華大學(xué)出版社,2012-01-01.

[3]伯特霍爾德·霍恩.《機(jī)器視覺》.中國青年出版社,2014-08-01.

[4]葉韻.《深度學(xué)習(xí)與計(jì)算機(jī)視覺算法原理、框架應(yīng)用與代碼實(shí)現(xiàn)》.機(jī)械工業(yè)出版社,2017.8.