機(jī)器視覺技術(shù)在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：隨著我國快遞物流行業(yè)的蓬勃迸發(fā)、自動(dòng)化物流概念的提出及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各企業(yè)開始尋求新技術(shù)特別是機(jī)器技術(shù)在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中的應(yīng)用。目的是為了增加工作量的同時(shí)，降低人工成本，提高收益。特別是在物流分揀環(huán)節(jié)，如何在物流單量增加的同時(shí)，將機(jī)器視覺運(yùn)用到物流系統(tǒng)中降低人工成本，是本文旨在闡述的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;視覺分揀;目標(biāo)識(shí)別

機(jī)器視覺，從字面理解，即機(jī)器眼睛。涉及物理機(jī)械、信息點(diǎn)傳導(dǎo)、信息智能、神經(jīng)生物學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別等諸多領(lǐng)域。主要原理是通過信息特征點(diǎn)采集進(jìn)行圖像目標(biāo)識(shí)別達(dá)到模擬視覺功能作用，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)處理、信息匯總理解，實(shí)現(xiàn)物品內(nèi)部檢測、圖形測量和控制。相較于人工分揀來講，最大的特點(diǎn)是工作速度快、能采集處理的穩(wěn)定性持久、視角廣、同步實(shí)現(xiàn)的功能多。因此在物流系統(tǒng)中的分揀環(huán)節(jié)采用并推廣機(jī)器視覺技術(shù)，是有其可行性及市場需求的。利用機(jī)器視覺進(jìn)行檢測不僅可以排除人的主觀因素的干擾，而且還能夠?qū)Ω鞣N安全指標(biāo)進(jìn)行定量描述，避免了因人而異的檢測結(jié)果，減小了檢測分級(jí)誤差，提高了工作效率和分級(jí)精度。

一、機(jī)器視覺應(yīng)用于物流系統(tǒng)分揀環(huán)節(jié)的理論分析

快遞物流系統(tǒng)中的分揀環(huán)節(jié)，主要有定位、識(shí)別、抓取和放置四個(gè)階段，而機(jī)器視覺要想進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，需要解決的就是中的定位、識(shí)別階段技術(shù)。本文通過對(duì)現(xiàn)代機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行分析，體現(xiàn)其高效準(zhǔn)確和穩(wěn)定持久的優(yōu)勢。

一是關(guān)于機(jī)器視覺對(duì)物品的定位。當(dāng)前機(jī)器視覺的定位主要采用的是相機(jī)標(biāo)定方法。通過機(jī)器視覺定位，定位出圖像中的像素坐標(biāo)以及在實(shí)際環(huán)境中的三維坐標(biāo)。該階段對(duì)整個(gè)分揀作業(yè)至關(guān)重要。本文建議通過相機(jī)標(biāo)定原理來完成該工作，可以分為以下步驟：首先是通過相機(jī)小孔成像、正交投影、擬透視投影等得出線性模型;其次是運(yùn)用模型中的坐標(biāo)系求解得出的線性模型各個(gè)參數(shù)坐標(biāo)。但考慮到，在實(shí)際應(yīng)用中，相機(jī)成像模型時(shí)，會(huì)存在大量的非線性模型需要進(jìn)行研究分析，對(duì)非線性模型進(jìn)行徑向畸變和切向畸變分析，從而消除非線性影響因素，得出準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)。

二是關(guān)于機(jī)器視覺對(duì)物品的識(shí)別。該部分主要指的是圖像識(shí)別功能的應(yīng)用。由于物流工作環(huán)境的影響，會(huì)造成采集的圖像存在噪聲、陰影、圖像缺失等。因此應(yīng)用過程中，需要先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過灰度變換、濾波、形態(tài)學(xué)處理、幾何變換、歸一化等，最大程度還原包裹物品原始形態(tài)，提高圖像識(shí)別度。該階段工作需要注意包裹物品的重疊或遮擋，需要在圖像處理過程中，首先進(jìn)行基于圖像邊緣的模板匹配，用來完成初步完整圖像識(shí)別任務(wù)。

三是關(guān)于不利環(huán)境的適應(yīng)。該部分主要指的在復(fù)雜情形下目標(biāo)的視覺識(shí)別。主要是通過使用特征點(diǎn)提取匹配的辦法來消除不利環(huán)境造成的視覺識(shí)別問題，比如實(shí)際工作過程中造成的包裹物品相互交叉遮擋、包裹形狀不規(guī)則等問題。當(dāng)前國內(nèi)已有成熟的基于特征點(diǎn)匹配的局部特征監(jiān)測算法，如SIFT、SURF、ORB等

二、物流自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)踐分析

以現(xiàn)代工業(yè)中典型的物流系統(tǒng)為例，在配送過程中普遍以傳送帶作為連接，與系統(tǒng)主站、傳送帶PLC和工控機(jī)及相應(yīng)的繼電器等，構(gòu)成物流總控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物流產(chǎn)品的檢測與識(shí)別。下面根據(jù)應(yīng)用分別介紹機(jī)器視覺的在系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

（一）在條形碼識(shí)別環(huán)節(jié)

條形碼廣泛用于快遞物流產(chǎn)品的傳輸、識(shí)別、備案等，舊有的條形碼識(shí)別器，依賴于人工較多，受限于舊有識(shí)別技術(shù)、本身運(yùn)動(dòng)速度等因素，工作效率和識(shí)別率都不高。當(dāng)前可使用的機(jī)器視覺技術(shù)，是通過高速攝像頭直接采集物流產(chǎn)品條形碼圖像，然后通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行圖像預(yù)處理、比對(duì)，將條形碼信息讀取、校驗(yàn)。且能直接將物流產(chǎn)品圖像模型情況一起采集備案，確保各個(gè)環(huán)節(jié)信息一致。

（二）在物體檢測環(huán)節(jié)應(yīng)用

快遞物流產(chǎn)品的安全檢測貫穿于整個(gè)接納、運(yùn)送環(huán)節(jié)。當(dāng)前的機(jī)器視覺很大程度上，已經(jīng)替代了安全識(shí)別環(huán)節(jié)的人口檢測。機(jī)器視覺系統(tǒng)在進(jìn)行條形碼信息采集時(shí)，已經(jīng)運(yùn)用高清攝像頭采集了快遞物流產(chǎn)品的圖形、尺寸及重量信息，并發(fā)送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和識(shí)別，識(shí)別結(jié)果作為產(chǎn)品特征參數(shù)與物流信息一起存入監(jiān)控計(jì)算機(jī)。同時(shí)通過對(duì)產(chǎn)品圖像的處理，再進(jìn)行一次違禁品、危險(xiǎn)品圖像監(jiān)測對(duì)比，提高物流運(yùn)輸安全。相較與以往人工稱重、人工復(fù)檢，可靠性及工作效率大大提高。

三、機(jī)器視覺分揀系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

可在快遞物流系統(tǒng)中應(yīng)用的機(jī)器視覺分揀系統(tǒng)，一般包括機(jī)器視覺的載體部分（工業(yè)機(jī)器人本體）、高清相機(jī)（工業(yè)用相機(jī)）、傳輸帶PLC或其他傳輸單元、控制及監(jiān)測計(jì)算機(jī)、照明光源等。不同類型的快遞物流產(chǎn)品被放至傳送帶上并處于高清相機(jī)的拍照范圍以內(nèi)，高清相機(jī)通過連續(xù)快速采集圖像，傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得出產(chǎn)品位置坐標(biāo)以及物品識(shí)別，將信息傳送至機(jī)器手臂，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)抓取部分的控制已完成分揀工作。

機(jī)器視覺分揀系統(tǒng)一般由機(jī)器視覺的載體部分、傳輸設(shè)備、高清攝像機(jī)、控制計(jì)算機(jī)等組成。其中，在設(shè)備選用上，選用市場上性價(jià)比較高的國產(chǎn)設(shè)備即可。比如，機(jī)器視覺技載體部分采用市場上常用的機(jī)械手臂就行，傳輸設(shè)備由一般的伺服電機(jī)、PLC控制器及傳送皮帶組成，計(jì)算機(jī)能夠與伺服電機(jī)控制器建立數(shù)據(jù)通信就行。高清相機(jī)需要配合鏡頭以及條形碼照明光源進(jìn)行圖像采集，因此相機(jī)盡量安裝與傳送設(shè)備垂直，條形碼照明光源被固定在傳送設(shè)備兩側(cè)，更易于圖像處理。計(jì)算機(jī)通過端口與機(jī)器數(shù)據(jù)部分建立連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。計(jì)算機(jī)采用國產(chǎn)相關(guān)圖像處理程序即可，用于完成對(duì)包裹對(duì)象的質(zhì)量檢測、識(shí)別、定位。同時(shí)還可以完成對(duì)外圍設(shè)備工作狀態(tài)及抓取設(shè)備的控制。從而完成整個(gè)分揀環(huán)節(jié)的定位、識(shí)別、抓取、分揀。

四、結(jié)論與展望

機(jī)器視覺分揀是機(jī)器應(yīng)用在快遞物流行業(yè)中的一個(gè)重要體現(xiàn)，具有機(jī)器技術(shù)生活化的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義和理論研究價(jià)值。本文通過分析機(jī)器視覺應(yīng)用的功能模塊，重點(diǎn)在于視覺識(shí)別和信息采集技術(shù)，從而論述機(jī)器視覺分揀的可行性。但仍要結(jié)合未來工作要求去完善相關(guān)不同的功能模塊，如根據(jù)圖像采集環(huán)境不同需設(shè)計(jì)光源自動(dòng)匹配模塊;針對(duì)快遞物流產(chǎn)品形狀多、類似情況，需要開發(fā)根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行多次自動(dòng)調(diào)整權(quán)重參數(shù)模塊;對(duì)于復(fù)雜情形下，發(fā)生的部分產(chǎn)品被遮擋識(shí)別，需要引入聚類算法來消除誤差匹配點(diǎn)等等。也就是說，我們已經(jīng)看到了機(jī)器視覺在快遞物流自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用前景，并進(jìn)行了初步的應(yīng)用，但要全方位的應(yīng)用，仍然要經(jīng)過不斷實(shí)踐和改進(jìn)完善。

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作者簡介：解鵬程（1985-）男，漢族，河南鄭州，碩士，副教授，工作單位：河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：物流管理。

基金項(xiàng)目：河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院“VIS視覺智能識(shí)別科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”承擔(dān)2021年度科研基金資助計(jì)劃項(xiàng)目“機(jī)器視覺技術(shù)在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2021-HZZK-11）