計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)在機(jī)電設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

白云恩 孫遠(yuǎn) 張卓等

摘要：隨著信息化進(jìn)程的加快，計算機(jī)技術(shù)在社會上的應(yīng)用日益廣泛。目前的計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比．其在實際應(yīng)用中有著明顯的優(yōu)越性。文章對計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)在機(jī)電設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期對我國電子信息領(lǐng)域的發(fā)展有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)；圖像處理；識別技術(shù)；機(jī)電設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

中圖法分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

１ 引言

隨著因特網(wǎng)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，大量的信息也隨之產(chǎn)生，雖然其中含有大量的經(jīng)濟(jì)和社會價值，但同時也存在一些無用的信息。為了保證信息的完整性和正確性，必須采用先進(jìn)的技術(shù)對其進(jìn)行分析和優(yōu)化。在這樣的發(fā)展背景下，計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)這種高容量、高靈活性的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其具有速度快、檢測精準(zhǔn)度極高的特點。計算機(jī)影像處理與辨識技術(shù)，從簡單到復(fù)雜、從人工到智能，從硬件到軟件，都發(fā)生了飛躍，隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，其將會有更大的發(fā)展空間。因此，對計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)進(jìn)行合理的分析，并對其在機(jī)電設(shè)備中的實際應(yīng)用進(jìn)行舉例，對于提高計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)有著重要的指導(dǎo)作用。

２ 計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)的應(yīng)用原理

計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)在原理上與人的視覺感知能力相似。在計算機(jī)圖像處理和識別中，要把圖像轉(zhuǎn)換成一定數(shù)量的數(shù)字信號，再通過相應(yīng)的運(yùn)算公式對轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行處理，從而獲得所需的資料。在這個過程中，計算機(jī)能夠?qū)D像的形狀、顏色、大小等進(jìn)行識別，從而在計算機(jī)圖像庫中形成固定的記憶。在遇到類似對象的圖像時，通過計算機(jī)的處理和識別功能，將其提取出來，并將其與數(shù)據(jù)庫中所保存的具體圖片一一比較，最終確定最接近的圖像，從而實現(xiàn)對圖像的處理和識別。通過與所設(shè)定的處理和識別規(guī)則的比較，能夠發(fā)現(xiàn)并消除圖像中的瑕疵，滿足用戶的審美要求，并實現(xiàn)對圖像質(zhì)量的檢測。計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)可以根據(jù)人的意愿對圖像進(jìn)行加工和辨識，在智能交通、冶金、醫(yī)藥等領(lǐng)域已被廣泛使用，與現(xiàn)代社會發(fā)展緊密相關(guān)，是當(dāng)前社會使用最主要的一項技術(shù)，前景非常廣闊。在各種圖像分析、處理過程中，利用計算機(jī)圖像處理技術(shù)可以有效提高圖像的利用率，其應(yīng)用主要包括分析和轉(zhuǎn)換圖像，為以后的圖像處理提供有力的依據(jù)，從而為保障圖像處理的質(zhì)量和工作效率提供有力的支持；正確應(yīng)用已處理過的影像，能更好地利用計算機(jī)影像處理技術(shù)的應(yīng)用價值，并能有效地推動各個產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另外，在應(yīng)用計算機(jī)影像處理技術(shù)時，必須對各種影像進(jìn)行科學(xué)的分類。例如，模擬影像、數(shù)碼影像等，要有清楚的認(rèn)識。利用計算機(jī)專用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并將其還原為已處理的數(shù)據(jù)，從而高效提取所需要的圖像。所以，計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)是以可視化技術(shù)為基礎(chǔ)，利用對象成像的原理，在計算機(jī)軟件的幫助下，對已處理的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，然后將其轉(zhuǎn)換為圖像。

３ 計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)的應(yīng)用過程

計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)常在圖像采集、預(yù)處理、特征點抓取、圖像分類等方面應(yīng)用。首先，計算機(jī)會利用不同的傳感來獲得圖像的信息，并把它們轉(zhuǎn)換成計算機(jī)應(yīng)用的特定的數(shù)字信號。其次，當(dāng)計算機(jī)獲得了有關(guān)的影像資料后，必須馬上對影像進(jìn)行預(yù)處理，從中抽取有用資訊，然后將資料收集起來，由影像辨識模組進(jìn)行辨識。其可以有效去除掉圖像中無用的部分，減少圖像中的無效信息，從而提高后續(xù)處理的效率和使用效率。最后，根據(jù)操作者的實際需要，設(shè)置具體的程序，對滿足需要的圖像特征進(jìn)行識別，并從中尋找出所有與此特征相關(guān)的圖像信息，從而得出最終的結(jié)果。另外，通過建立一套識別準(zhǔn)則，使其能夠準(zhǔn)確地在大量圖像中找到符合其特征的圖像，并實現(xiàn)對圖像的整體處理。

４ 計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與特點

首先，根據(jù)計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況，其在各個領(lǐng)域各個方面都發(fā)揮著巨大的作用，內(nèi)存速度極快，有著巨大的應(yīng)用價值。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，人們能夠獲得大量的信息，而且信息的種類繁多，傳統(tǒng)的處理和識別技術(shù)已不能滿足日常工作的需要。利用計算機(jī)的圖像處理與識別技術(shù)，能有效處理和分析數(shù)據(jù)信息，該系統(tǒng)能夠快速地對大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具有良好的適應(yīng)性和協(xié)同性。其次，在某些特殊場合，計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)具有很高的準(zhǔn)確率，能夠在同一時間內(nèi)完成多個圖像的處理與識別，快速地從海量圖像中選出完整有效的圖像。與傳統(tǒng)的圖像處理和識別方法相比較，其精確度較高。

但是，在實際應(yīng)用中，計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)缺少直觀的感覺，無法為人們提供視覺上的反饋。靈活的計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)，在實際應(yīng)用中，采用智能化的設(shè)定進(jìn)行圖像處理，技術(shù)人員可以調(diào)節(jié)計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)的精確度，從而實現(xiàn)對圖像的自動處理和識別，其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，適用于各種地點和場合，具有同樣的應(yīng)用價值。同時，利用計算機(jī)進(jìn)行圖像處理和識別，可以降低手工作業(yè)的勞動強(qiáng)度，提高作業(yè)效率以及作業(yè)的靈活性，以及提升影像處理的精確性。

５ 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與機(jī)電一體化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是因特網(wǎng)迅速發(fā)展的產(chǎn)物，其將對象和對象之間進(jìn)行有效聯(lián)系，并將信號傳遞給用戶，以實現(xiàn)對目標(biāo)的全面控制。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，利用傳感器、圖像處理與識別技術(shù)，實現(xiàn)對各種對象的實時監(jiān)測，以及聲音、光、熱、電等多種功能的集成，并借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)智能化控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近年來國內(nèi)科技發(fā)展的一個重要趨勢，能夠滿足各種信息載體的需求，同時也是促進(jìn)機(jī)電一體化發(fā)展的重要技術(shù)，在機(jī)械、電子、產(chǎn)品等領(lǐng)域形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在各種空間中實現(xiàn)互聯(lián)互通。

６ 計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)在機(jī)電設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生活和工作都越來越便捷?，F(xiàn)在，機(jī)電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)正在逐步擴(kuò)展，其具體應(yīng)用領(lǐng)域如下。

６．１ 在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)的自動化是新時期工業(yè)發(fā)展的大勢所趨，而在工業(yè)中，要想使產(chǎn)品的安全性、品質(zhì)得到改善和提高，就必須依靠用計算機(jī)技術(shù)完成。在實際生產(chǎn)中，通過計算機(jī)技術(shù)能夠準(zhǔn)確識別出產(chǎn)品，并將其錄入生產(chǎn)裝置的操作系統(tǒng)中，可以有效提高產(chǎn)品的產(chǎn)量。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過計算機(jī)圖像處理技術(shù)來實現(xiàn)對產(chǎn)品的組織和控制，以及對產(chǎn)品的自動控制。在工廠，汽車零件的自動識別系統(tǒng)采用了計算機(jī)圖像處理技術(shù)。另外，計算機(jī)影像處理及辨識技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于破損零件的檢驗、篩選工作，使生產(chǎn)廠商能在生產(chǎn)線上進(jìn)行檢驗，以篩選出問題零件，提高產(chǎn)品品質(zhì)，節(jié)約人力，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益［１］ 。

６．２ 在工業(yè)安全巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前，我國正大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型，其中工業(yè)自動化是其中的一個重要環(huán)節(jié)，而對其實現(xiàn)全面監(jiān)控，則是進(jìn)一步提高工業(yè)自動化水平的關(guān)鍵［２］ 。工業(yè)安全監(jiān)控對自動化、精確度和運(yùn)行效率的要求都很高，而采用先進(jìn)的影像處理和識別技術(shù)將極大地提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。將圖像處理和識別技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)安全監(jiān)控，可以確保整個監(jiān)控系統(tǒng)的全面性和工作效率。在實際應(yīng)用中，主要是由安裝在監(jiān)測裝置上的監(jiān)視器采集影像資料，再通過影像辨識技術(shù)來辨識影像資料，若工業(yè)生產(chǎn)裝置與作業(yè)人員的作業(yè)表現(xiàn)不規(guī)范，或作業(yè)物件具有危險性，使用影像辨識技術(shù)加以驗證，促使其停止此項動作，并能自動偵測其作業(yè)狀況與故障狀況，確保工業(yè)作業(yè)的安全。通過圖像處理和識別技術(shù)，可以在不同的行業(yè)中對圖像進(jìn)行識別，以確定相應(yīng)的工藝操作是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在實際應(yīng)用中，主要是通過監(jiān)測設(shè)備來獲得圖像的信息，然后使用圖像識別技術(shù)對采集到的圖像進(jìn)行分析和判定。

利用圖像處理技術(shù)，可以對不規(guī)范的工作行為進(jìn)行正確地識別，并觸發(fā)報警，防止不安全事件的發(fā)生［３］ 。

目前的圖像處理和識別技術(shù)已經(jīng)具有較高的智能化程度，其可以利用智能算法對圖像進(jìn)行分析和處理，既可以檢測和識別非標(biāo)準(zhǔn)的操作，又可以利用人臉識別技術(shù)為企業(yè)的安全管理提供支持。在智能深度學(xué)習(xí)的圖像識別技術(shù)中，除了監(jiān)測被測行為、自動識別和診斷故障外，還具備諸如面部識別等其他功能。利用人臉識別技術(shù)，可以檢測出每一個員工的臉部特征，從而防止非法人員進(jìn)入工廠。然而，由于臉部圖像所產(chǎn)生的信息與其相對靜止的工作行為不同，其動態(tài)性或不穩(wěn)定性較大，難以精確識別，因為面部表情、光線、化妝等因素的影響，使人臉的識別難度增大，而基于人工智能的深度學(xué)習(xí)算法則可以在不同的表情、不同方位、不同光線的條件下，精確識別出人臉的面部特征，準(zhǔn)確率達(dá)到９９％，這種方法可以有效提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平，減少人為因素造成的安全生產(chǎn)事故。在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中，利用人臉識別技術(shù)，對工作人員的臉部特征進(jìn)行分析，有效阻止了非授權(quán)人員的闖入，從而增強(qiáng)了企業(yè)的保密能力［４］ 。人臉是一種動態(tài)的圖像，由于環(huán)境光線、表情等因素，使人臉的運(yùn)動圖像難以被準(zhǔn)確識別。然而，隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)在圖像處理和識別技術(shù)中的應(yīng)用，它可以對不同環(huán)境、不同表情下的面部特征進(jìn)行分析和識別，確保了識別的正確性，從而提高了企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，減少了人為的安全事故。其中，圖像處理技術(shù)在交通安全管理、互聯(lián)網(wǎng)金融服務(wù)識別、工業(yè)自動化生產(chǎn)監(jiān)控、智能門禁系統(tǒng)、公安刑偵、國家安全管理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。利用圖像處理和識別技術(shù)，對提高工商業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率、提高社會管理水平等都具有重要意義［５］ 。

６．３ 在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)是一種精確性、快速化的技術(shù)，在汽車駕駛、智能膠條、汽車定位等方面發(fā)揮其重要作用。在車輛輔助駕駛中，最典型的就是車道偏差警告，因為駕駛員長時間開車，會讓駕駛員的注意力無法集中，可能會在行駛的路途中發(fā)生意外，是個很大的危險因素，而通過計算機(jī)的圖像處理和識別，在發(fā)生偏移時，會自動計算出車輛的行駛狀況，給司機(jī)提供警示，使其能夠作出相應(yīng)的調(diào)整，從而保證駕駛員精神集中，降低發(fā)生交通安全事故的概率。目前，我國汽車保有量很龐大，在道路運(yùn)輸過程中，由于車輛行駛過程中的不規(guī)范導(dǎo)致交通事故頻頻發(fā)生。因此，如何對違法行為進(jìn)行有效認(rèn)定是一個很大的問題。在這種情況下，交通警察通過計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)對違法車輛進(jìn)行車牌識別，并對車牌大小、顏色等進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，從而提高圖像的處理和識別效率，為交警部門及時確定違法行為的責(zé)任認(rèn)定［６］ 。

７ 計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

要使計算機(jī)圖像處理與識別技術(shù)更切合實際、并與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)深度融合，還有很多問題要解決，如嵌入式平臺的開發(fā)要求有深度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。由于功耗、成本、精確度和靈活性等因素，設(shè)計決策變得非常困難。工業(yè)必須使智能裝置與系統(tǒng)之間的通訊和元數(shù)據(jù)的分享標(biāo)準(zhǔn)化。在機(jī)器學(xué)習(xí)時代，整個軟件／ 固件的更新是一個全新的概念。

８ 結(jié)束語

計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)是當(dāng)今信息技術(shù)迅速發(fā)展的必然趨勢，它在國內(nèi)許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，要根據(jù)計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)的相應(yīng)特征和理論，對技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，以增強(qiáng)其應(yīng)用功能，從而使其在實際應(yīng)用中得到更大的發(fā)展，進(jìn)而提高其使用效率和質(zhì)量，促進(jìn)社會的迅速發(fā)展。

在不久的將來，計算機(jī)圖像處理和識別技術(shù)會快速發(fā)展，具有十分廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：白云恩（１９８１—），本科，高級工程師，研究方向：公路機(jī)電工程。

孫遠(yuǎn)（１９８８—），本科，工程師，研究方向：公路機(jī)電工程。

張卓（１９８６—），本科，工程師，研究方向：公路機(jī)電工程。

蘇卓（１９８８—），本科，工程師，研究方向：公路機(jī)電工程。