計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在自動(dòng)化中的應(yīng)用分析

聯(lián)通云數(shù)據(jù)有限公司 郭若瑋

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的基礎(chǔ)是不斷創(chuàng)新各種技術(shù)，如人工智能和數(shù)據(jù)處理。在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用這些技術(shù)會(huì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工的質(zhì)量和效率，在現(xiàn)代社會(huì)中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)已成為影響人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯囊豁?xiàng)不可或缺的重要形式，信息和通信技術(shù)的應(yīng)用也將有助于提高人們對(duì)創(chuàng)新和生產(chǎn)控制的認(rèn)識(shí)，并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)

1.1 理念和工作原理

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)研究的主要重點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力，主要是用計(jì)算機(jī)取代人的大腦，用攝像機(jī)取代人的眼睛，利用專業(yè)技術(shù)手段使計(jì)算機(jī)具有更完善的功能，展現(xiàn)更強(qiáng)的識(shí)別和判斷能力，以及最終以產(chǎn)品生產(chǎn)等取代人的能力，與未來(lái)技術(shù)發(fā)展原則有一些相似之處。隨著社會(huì)的發(fā)展，信息和通信技術(shù)已成為一種更廣泛和更重要的應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)處理有二維平面和三維立體，包括圖像、尺寸。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展主要是通過(guò)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，如概率分析統(tǒng)計(jì)、圖像處理，在操作過(guò)程中使用視覺(jué)計(jì)算機(jī)技術(shù)時(shí)，必須確保環(huán)境的光和溫度符合有關(guān)要求，并確保通過(guò)高分辨率照相機(jī)收集和處理圖像，將資料儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)中，并加以處理和傳輸，以便獲得最原始的視覺(jué)信息，通過(guò)技術(shù)手段獲取質(zhì)量更好和效率更高的圖像。相關(guān)系統(tǒng)將從某一既定時(shí)刻利用智能識(shí)別技術(shù)從圖像中獲取寶貴信息，并最終儲(chǔ)存識(shí)別和使用所獲得的信息。

1.2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的價(jià)值

眾所周知，在當(dāng)今時(shí)代經(jīng)濟(jì)迅速和持續(xù)發(fā)展的背景下，信息技術(shù)的價(jià)值在于它的精確度和可靠性。特別是近年來(lái)新的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中缺乏感官效應(yīng)的技術(shù)不同，掃描儀圖像分析程序得到了加強(qiáng)，從而更好地識(shí)別和控制了衛(wèi)星圖像和數(shù)據(jù)。雖然計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是一種新的技術(shù)，但是它在諸如人工智能和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等重要領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如模式識(shí)別和人臉識(shí)別。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)是在1970年代發(fā)現(xiàn)的，近年來(lái)已發(fā)展成為一系列廣泛的學(xué)科，其中包括許多正在大力開(kāi)發(fā)的人工智能技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)等，會(huì)用到一些心理學(xué)的知識(shí)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，比較突出的是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)圖像處理技術(shù)作為基本要素，模擬人的直觀原理，利用頻譜有效地進(jìn)行攝影，充分運(yùn)用數(shù)字圖像處理和實(shí)時(shí)圖像分析技術(shù)，加上現(xiàn)有的人工情報(bào)技術(shù)，及時(shí)對(duì)所獲圖像和信息進(jìn)行分析和反饋，有效地促進(jìn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化發(fā)展。

2 在醫(yī)學(xué)自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 識(shí)別藥物、判斷病情

在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)療自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用一直致力于研究、開(kāi)發(fā)新技術(shù)，在此期間計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越頻繁。如今醫(yī)療檢查通常會(huì)使用X光，相應(yīng)功能的履行需要計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的支持，幫助醫(yī)生對(duì)病人的疾病有詳細(xì)了解，并通過(guò)視覺(jué)信息作出更準(zhǔn)確的判斷。聯(lián)合型發(fā)展組織發(fā)明的藥物以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的使用使人們能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)藥物包裝，并通過(guò)傳輸裝置將藥物運(yùn)送到特定地點(diǎn)。通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，使用高分辨率照相機(jī)傳播藥物信息，并將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，在過(guò)程中進(jìn)行成像，可以自動(dòng)識(shí)別不安全藥物，并將其安置在隔離區(qū)，隨著生產(chǎn)水平仍在不斷提高，也就能夠進(jìn)行更準(zhǔn)確的藥物選擇。

2.2 檢測(cè)細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞計(jì)數(shù)

就顏色識(shí)別而言，檢測(cè)并識(shí)別出細(xì)胞在血液的顏色，進(jìn)而識(shí)別出白細(xì)胞或者是紅細(xì)胞，在RGB圖像中通過(guò)確定每個(gè)細(xì)胞的顏色來(lái)判定細(xì)胞的種類。通過(guò)像素形態(tài)學(xué)試驗(yàn)，確定致癌細(xì)胞在血液細(xì)胞中是否存在。通過(guò)計(jì)算圓周率和最小尺寸與已知數(shù)據(jù)相比較，超過(guò)正常值被認(rèn)為是致癌細(xì)胞。紅細(xì)胞和白細(xì)胞的自動(dòng)計(jì)數(shù)器主要使用電阻原理和光學(xué)擴(kuò)散法，圖像分析法對(duì)很接近細(xì)胞分析的結(jié)果實(shí)現(xiàn)異常細(xì)胞的單獨(dú)識(shí)別，加上對(duì)病理學(xué)家診斷經(jīng)驗(yàn)的充分應(yīng)用，使工作者能夠充分利用計(jì)算機(jī)高視覺(jué)分辨率特性靈活地提取細(xì)胞特性，這大大提高了工作效率、證據(jù)的準(zhǔn)確性和工作人員的個(gè)別案件分析能力。

3 在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

3.1 田間作物的識(shí)別和鑒定

在播種過(guò)程中，農(nóng)業(yè)機(jī)器人必須走在田間，替代從事復(fù)雜農(nóng)業(yè)工作的農(nóng)業(yè)工人，并盡量減少農(nóng)業(yè)機(jī)器人在農(nóng)田遷移時(shí)對(duì)農(nóng)作物的影響，研究人員開(kāi)發(fā)了一種數(shù)據(jù)分析技術(shù)，方法是傳送實(shí)地圖像，根據(jù)所獲結(jié)果確定農(nóng)業(yè)機(jī)器人和農(nóng)作物之間的相對(duì)距離和位置。利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理來(lái)確定攝像中的相關(guān)視覺(jué)和顏色值，將其作為基本條件，處理作物圖像以確定相應(yīng)的極限值，從圖像中心到邊界點(diǎn)，通過(guò)選擇兩側(cè)，以獲得機(jī)器人和農(nóng)業(yè)用地作物的位置。農(nóng)業(yè)機(jī)器人在田間行走，有效地避免了人工種植和對(duì)經(jīng)濟(jì)作物造成的不必要損害。經(jīng)過(guò)某種程度的試驗(yàn)性驗(yàn)證，已證明農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一項(xiàng)非常有效的措施，具有高度的準(zhǔn)確性。

3.2 農(nóng)業(yè)作業(yè)中保護(hù)農(nóng)作物

在田間為農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥的過(guò)程中，準(zhǔn)確的熏蒸噴灑和施肥需要明確區(qū)分植物和雜草，以避免直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，防止由于農(nóng)藥滯留、長(zhǎng)效噴灑造成的植物死亡，確保農(nóng)藥準(zhǔn)確清理雜草。利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)數(shù)字圖像傳輸區(qū)分農(nóng)作物和雜草。計(jì)算機(jī)處理圖像可以準(zhǔn)確區(qū)分種子，并注意到農(nóng)作物及雜草的種類。最大限度地提高實(shí)地業(yè)務(wù)的效率和準(zhǔn)確性，為經(jīng)濟(jì)作物提供一個(gè)健康、舒適和有效的生長(zhǎng)環(huán)境，最大限度地提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。

3.3 農(nóng)產(chǎn)品分類和加工的應(yīng)用

就農(nóng)產(chǎn)品分類分類而言，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)化視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)不同質(zhì)量種子進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)和無(wú)損分類，完成關(guān)于完整性的初步估計(jì)，種子的生長(zhǎng)狀況和預(yù)期質(zhì)量是根據(jù)所分析的相關(guān)數(shù)據(jù)確定的，因此可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)先分類。過(guò)去十年農(nóng)產(chǎn)品的監(jiān)測(cè)技術(shù)主要用于水果的質(zhì)量監(jiān)測(cè)和分類，研究人員通常使用“人工”轉(zhuǎn)化為“自動(dòng)收獲”。“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速滲透不僅大大提高了農(nóng)業(yè)部門(mén)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，而且在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用，并最終有助于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展創(chuàng)造有利條件，也有助于有效解決農(nóng)業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)之間的不對(duì)稱問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”和“信息農(nóng)業(yè)”的目標(biāo)創(chuàng)造了有利條件。

4 在焊接自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 對(duì)自動(dòng)焊接過(guò)程的控制

計(jì)算機(jī)自動(dòng)化輔助焊接工藝可提高生產(chǎn)效率，并確保電子電氣設(shè)備的質(zhì)量。產(chǎn)品配置一個(gè)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序，參數(shù)的調(diào)整是科學(xué)合理的，以避免手動(dòng)操作的不一致，對(duì)金屬焊縫的質(zhì)量控制特別有效。例如，哈爾濱理工大學(xué)從合并的角度對(duì)TIG焊接進(jìn)行了深入研究，正面的熔合池震動(dòng)利用弧傳感器測(cè)量溶池振蕩的振幅，熔融控制是以振動(dòng)特性為基礎(chǔ)的。這種熔融槽振動(dòng)方法在控制高合金鋼和低排放鋼焊接方面非常有效。精確控制焊接過(guò)程得益于計(jì)算機(jī)的高精度操作和高容量?jī)?chǔ)存，特別是應(yīng)用分散控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)融透控制的飛速發(fā)展。

4.2 CAPP輔助焊接工藝設(shè)計(jì)

焊接是工業(yè)中最重要的材料成型方法之一，在航天、海事、建筑、化學(xué)、汽車、電力和微電子等領(lǐng)域廣泛使用。最終產(chǎn)品的質(zhì)量與焊接數(shù)量和產(chǎn)量直接相關(guān)，關(guān)系到質(zhì)量保證和生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的焊接工藝完全依靠勞動(dòng)力，不僅造成大量的重復(fù)勞動(dòng)和人力及物力資源的浪費(fèi)，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。美利堅(jiān)合眾國(guó)從1980年代開(kāi)始，在焊接工藝的設(shè)計(jì)和管理中就開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)輔助焊接（CAPP）。目前，雖然CAPP研究在我國(guó)焊接領(lǐng)域的應(yīng)用非常成功，造福了很多公司，CAPP技術(shù)也廣泛用于生產(chǎn)，但仍有不足之處，特別是互操作性低和系統(tǒng)只在特定單位運(yùn)行，較低的一體化水平，難以與CAD、CAM和MRP整合，功能不完整，大多數(shù)CAPP系統(tǒng)只能處理簡(jiǎn)單的流程文件。

4.3 模型仿真與數(shù)值分析

完成數(shù)值分析，建立數(shù)字模型和計(jì)算機(jī)模擬焊接過(guò)程是一種形成焊接、產(chǎn)生焊壓變形和焊接缺陷的過(guò)程。精確分析熱焊過(guò)程是提高焊接質(zhì)量和消除焊接過(guò)程缺陷的一個(gè)必要選擇。早期利用分析技術(shù)對(duì)焊接的熱過(guò)程進(jìn)行分析，需要使焊接源更遠(yuǎn)離實(shí)際的熱源，因此只適合幾何形狀的簡(jiǎn)單焊接。哈爾濱理工大學(xué)在利用水力學(xué)方程分析焊槽的熱處理過(guò)程中，全面分析熔液與罐體之間的相互作用，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊接罐的溫度，取得了重大進(jìn)展，總結(jié)熔化罐的形狀和大小、壓力分布中的殘余壓力控制和焊接疲勞擴(kuò)大的原因，解決了平板鋁合金焊接過(guò)程中的溫度控制問(wèn)題，迅速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制鋁合金的分布和溫度范圍的變化，成功將TIG焊接的物理過(guò)程與基于ANISS分析平臺(tái)的計(jì)算模型和數(shù)字模擬結(jié)合起來(lái)。

5 在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

5.1 測(cè)量部件精確度

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域也可以發(fā)揮有益的作用，例如測(cè)量部件精確度的大小。主要由光學(xué)系統(tǒng)、加工系統(tǒng)和CCD照相機(jī)組成的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，使用的是通過(guò)光學(xué)來(lái)源發(fā)射的平行射線，通過(guò)顯微鏡投射到檢測(cè)標(biāo)本上。當(dāng)系統(tǒng)收到信息時(shí)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的處理，以獲得關(guān)于測(cè)量區(qū)域輪廓位置的準(zhǔn)確信息。如果物體有輕微的移動(dòng)，將重復(fù)操作測(cè)量，然后比較兩種測(cè)量的位置差異，以避免錯(cuò)誤。

5.2 逆向工程獲得三維輪廓圖

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可用于自動(dòng)化領(lǐng)域的逆向工程，所謂逆向工程，是用3D數(shù)碼器快速測(cè)量元素輪廓圖的坐標(biāo)，并繪制便于維護(hù)的剖面圖。在CAD或CAM圖像中，供隨后NCRE生產(chǎn)中心加工，并最終將這些數(shù)據(jù)用于生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格的確定。深入分析表明，逆向工程最重要的環(huán)節(jié)是如何通過(guò)精確的測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量樣品的三維尺寸，然后根據(jù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，對(duì)曲線進(jìn)行處理，并對(duì)產(chǎn)出品進(jìn)行加工。測(cè)量的準(zhǔn)確性可以通過(guò)使用線性光度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量物體的表面輪廓。電腦檢測(cè)和轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：使用激光穿過(guò)一組平行的等距寬帶網(wǎng)格，或一個(gè)直接干涉儀，用來(lái)制造一個(gè)平面條紋結(jié)構(gòu)，投射到物體表面，根據(jù)物體表面的深度和曲線變化，以確保測(cè)量到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步分析物體表面輪廓的變化，并將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為及時(shí)的模擬信號(hào)，而這又反過(guò)來(lái)傳送到圖像處理系統(tǒng)，獲得最終需要的三維輪廓圖。

結(jié)語(yǔ)：隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn)是一個(gè)不可避免的趨勢(shì)，它將帶來(lái)更大的執(zhí)行優(yōu)勢(shì)，在諸多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。社會(huì)在不斷變化，企業(yè)必須跟上世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不斷完善優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)化視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用更加具體，更好地為社會(huì)和個(gè)人提供人性化服務(wù)。