計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在自動(dòng)化中的應(yīng)用探析

江浩

摘? 要：科技發(fā)展，計(jì)算機(jī)新技術(shù)興起，不斷地在更新功能與配件，以此為人們的工作和生活帶來了諸多便利。近兩年來，人們開始在原先技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，力求探索人工智能系統(tǒng)。這種高端系統(tǒng)的建成離不開計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的強(qiáng)有力的支撐。文章將先簡(jiǎn)要概述計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的工作原理及理論框架，并著重分析該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，希望可供相關(guān)專業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺技術(shù);應(yīng)用;參考

中圖分類號(hào)：TP391.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）14-0179-02

Abstract： With the development of science and technology and the rise of new computer technology， functions and accessories are constantly updated， which brings a lot of convenience to people's work and life. In the past two years， people have begun to innovate the original technology and strive to explore artificial intelligence systems. The construction of this high-end system is inseparable from the strong support of computer vision technology. This paper briefly summarizes the working principle and theoretical framework of computer vision technology， and focuses on the application of this technology in the fields of agriculture， industry and medical automation， in the hope of providing reference for relevant professionals.

Keywords： computer vision technology; application; reference

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要是利用圖像來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的識(shí)別與認(rèn)知，為實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)功能需要依靠多種高尖端技術(shù)提供支撐。隨著近幾年來技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的先進(jìn)化、便利化等都有了明顯的提升，已逐步應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中。

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)相關(guān)概念

1.1 相關(guān)概念

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是在圖像與信號(hào)處理技術(shù)、概率分析統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)技術(shù)以及信息處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連來分析、處理數(shù)據(jù)信息的一項(xiàng)視覺信息的技術(shù)，它是在現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展下新興起的一項(xiàng)高新技術(shù)。在技術(shù)運(yùn)行上具體是通過用攝像機(jī)來代替人眼，計(jì)算機(jī)主體充當(dāng)人的大腦，使其能夠在技術(shù)的支撐下進(jìn)行識(shí)別、判斷以及記憶目標(biāo)的功能，代替人類進(jìn)行部分生產(chǎn)作業(yè)。現(xiàn)如今，該項(xiàng)技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到推廣使用[1]。

1.2 工作原理

在亮度滿足要求的情況下，攝影機(jī)開始通過鏡頭對(duì)具體事物的圖像信息進(jìn)行采集，接著利用進(jìn)行內(nèi)部信息的輸送，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)迅速響應(yīng)與接收，并利用圖像處理技術(shù)進(jìn)一步處理原始圖像，優(yōu)化圖像效果，分類與整理圖像中的關(guān)鍵信息，從而識(shí)別提取到所需的精準(zhǔn)、高層次的抽象信息，最后再將信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中，以用來實(shí)時(shí)對(duì)需識(shí)別事物與所儲(chǔ)存信息的進(jìn)行對(duì)比，高效地完成技術(shù)運(yùn)行作業(yè)。

1.3 理論框架

自20世紀(jì)80年代起，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在市場(chǎng)上所占比例開始直線攀升，從理論的歸納提出，到應(yīng)用策略問題的解決，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在不斷的完善。視覺計(jì)算理論研究層次涵蓋計(jì)算機(jī)理論、算法以及實(shí)際執(zhí)行等多個(gè)方面。如若以計(jì)算機(jī)的理論視角入手來分析視覺技術(shù)，需要借助于要素圖、維圖以及三維模型表像來進(jìn)一步探索。在此過程中，我們通過有效信息的傳送進(jìn)而去完成處理、識(shí)別等作業(yè)。視分析作業(yè)的復(fù)雜程度，大致可分為低層、中層、高層視覺處理三大層次，方便于用戶根據(jù)需求自行選擇，快捷地完成功能命令[2]。

2 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)與我們的日常生活息息相關(guān)，農(nóng)業(yè)作業(yè)要考慮生產(chǎn)周期、產(chǎn)量等因素，保質(zhì)保量的進(jìn)行生產(chǎn)，所以在作業(yè)的過程中對(duì)高新技術(shù)的使用也有所需求。在生產(chǎn)作業(yè)的過程中，也可通過利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長狀況，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題與尋找應(yīng)對(duì)措施去解決問題，科學(xué)地、高效地管理農(nóng)作物的生產(chǎn)近況。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)還可用于檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，保障優(yōu)質(zhì)化的產(chǎn)出。以農(nóng)業(yè)中對(duì)蔬菜質(zhì)量的監(jiān)測(cè)為例，使用傳統(tǒng)的人工檢測(cè)既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且在檢測(cè)過程中易造成蔬菜損傷，最終所得的結(jié)果準(zhǔn)確度也不高。依據(jù)此情況，我們可借助計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行輔助作業(yè)，先通過感應(yīng)外部所釋放出來的紅外線、紫外線以及其他可見光的大小，接著與標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)比，進(jìn)而依據(jù)對(duì)比結(jié)果科學(xué)地判斷蔬菜質(zhì)量的優(yōu)劣，這種方法快捷、效率高，在有效的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)能夠精準(zhǔn)檢測(cè)多于人工檢測(cè)幾倍的農(nóng)田，獲得事半功倍的結(jié)果，在技術(shù)上具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，所以現(xiàn)如今被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域[3]。

2.2 應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域也可發(fā)揮功效，如精密零件尺寸的測(cè)量等。其測(cè)量與被測(cè)對(duì)象的原理如圖1所示。

具體運(yùn)行原理為：在計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中主要包括光學(xué)系統(tǒng)、處理系統(tǒng)以及CCD攝像頭，運(yùn)行時(shí)先通過光源發(fā)出平行光束照射到被檢測(cè)對(duì)象身上，后利用顯微光學(xué)鏡將輪廓圖像投射到攝像機(jī)的面陣CCD上，待系統(tǒng)接收到信息后進(jìn)行處理，獲取被測(cè)部位的輪廓的準(zhǔn)確位置信息。若此時(shí)發(fā)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象出現(xiàn)了輕微位移，則需重復(fù)操作過程進(jìn)行二次測(cè)量，后將兩次測(cè)量的位置差進(jìn)行比較，避免誤差的出現(xiàn)，最終得出被測(cè)物體的位移量及準(zhǔn)確位置。

除此之外，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)還可被應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的逆向工程中。所謂的逆向工程是指：應(yīng)用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x快速測(cè)出現(xiàn)有工件輪廓的坐標(biāo)值，同時(shí)構(gòu)建起曲面，利于保存成CAD或CAM圖像，便于后期在CNC制作中心加工，最終運(yùn)用這些數(shù)據(jù)信息生產(chǎn)出具有統(tǒng)一規(guī)格的產(chǎn)品。仔細(xì)分析可發(fā)現(xiàn)逆向工程中最關(guān)鍵一環(huán)在于“如何通過精密測(cè)量系統(tǒng)來測(cè)量樣品的三圍尺寸？”進(jìn)而獲取數(shù)據(jù)、曲面處理與加工生產(chǎn)。針對(duì)這一問題可結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的功效，利用線結(jié)構(gòu)光測(cè)量物體表面輪廓技術(shù)來完成精準(zhǔn)測(cè)量。具體輪廓結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

檢測(cè)與圖像轉(zhuǎn)換流程為：先利用激光穿越平行、等距的振幅光柵組件，或直接式的采用干涉儀，來構(gòu)建形成平面條紋結(jié)構(gòu)光，投向物體表面，條紋會(huì)依據(jù)各物體表面深度、曲率的不同產(chǎn)生變化，保障所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。接著，通過使用CCD攝像機(jī)對(duì)變形條紋進(jìn)行拍攝，進(jìn)一步分析物體表面輪廓的變化情況，并及時(shí)的將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳送再還原信號(hào)到圖形處理系統(tǒng)，得到我們最終所要的三維輪廓圖像。

從上述論述的兩項(xiàng)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的案例中我們可以明顯看出，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的深入廣泛應(yīng)用，不僅能夠通過精準(zhǔn)測(cè)量、科學(xué)對(duì)比來保障產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，還可促成產(chǎn)品的生產(chǎn)速度得到跨越式的提高。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的輻射范圍很大，可用以檢測(cè)產(chǎn)品包裝質(zhì)量，封口質(zhì)量以及印刷質(zhì)量等細(xì)節(jié)部分，自然因功能的強(qiáng)大，受到了多個(gè)領(lǐng)域的一致好評(píng)。據(jù)一些權(quán)威書刊、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在印刷造幣機(jī)器上應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以幾乎沒有出現(xiàn)任何差錯(cuò)，由此可知，在工業(yè)自動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用具有相當(dāng)大的可行性以及寬闊的發(fā)展前景。

2.3 應(yīng)用醫(yī)學(xué)自動(dòng)化領(lǐng)域

在醫(yī)學(xué)自動(dòng)化領(lǐng)域也可從CT圖像、X射線圖像上等多方面看到計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用。高新技術(shù)的輔助應(yīng)用，在一定程度上簡(jiǎn)化了診斷流程，方便醫(yī)生可準(zhǔn)確判斷病人病情。不僅在醫(yī)療診斷過程中計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可發(fā)揮出功效，而且在生產(chǎn)藥品方面該項(xiàng)技術(shù)也可用于檢測(cè)藥品包裝的合格程度。當(dāng)向傳送裝置下達(dá)運(yùn)輸命令，傳送裝置通過內(nèi)置的檢測(cè)與分離兩個(gè)區(qū)域，迅速采集的所需圖像信息與傳送藥品到指定區(qū)域，接著將采集信息傳遞到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而去進(jìn)行處理，精準(zhǔn)地識(shí)別出未能包裝好的藥品，將信息傳遞到分離區(qū)，由分離區(qū)的自動(dòng)裝置進(jìn)行藥品的分離，有效地分類出包裝好的藥品與未能包裝好的藥品，這一檢測(cè)過程大大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)檢測(cè)的流程，在很大程度上減少了人力、物力的浪費(fèi)，并做到了準(zhǔn)確無誤的檢測(cè)，完善了藥品生產(chǎn)的自動(dòng)化作業(yè)，讓工作效率得以提升，節(jié)約了企業(yè)經(jīng)營成本，為企業(yè)創(chuàng)造更多收益。從此處可以看出，在醫(yī)學(xué)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)既可以輔助醫(yī)療診斷，又可推動(dòng)藥品生產(chǎn)，值得被廣泛推廣使用。

3 結(jié)束語

總而言之，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)作為專門研究計(jì)算機(jī)識(shí)別能力的一項(xiàng)高新技術(shù)，它的身上涵蓋了多項(xiàng)技術(shù)功能，雖看似具有一定的復(fù)雜性，但技術(shù)功能具有強(qiáng)有力的應(yīng)用價(jià)值，能夠給人們生產(chǎn)生活帶來極大的便利。在自動(dòng)化的各項(xiàng)生產(chǎn)過程中，要想科學(xué)、合理的應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)提高生產(chǎn)效率，就必須在明確地理解基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，邊探索邊應(yīng)用，堅(jiān)持在實(shí)踐探索中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與突破創(chuàng)新，從而令計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)得到更好地推廣與應(yīng)用，以此來輔助生產(chǎn)、檢測(cè)等一系列作業(yè)流程，更好的服務(wù)于社會(huì)，服務(wù)于人類，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)發(fā)展與科技發(fā)展。

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