一、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指利用機(jī)器替代人眼做出各種測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)是工程領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的研究領(lǐng)域，它是一門(mén)涉及光學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、模式識(shí)別、圖像處理、人工智能、信號(hào)處理以及光電一體化等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，其能以及應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展逐漸完善和推廣，其中母子圖像傳感器、CMOS和CCD攝像機(jī)、DSP、ARM嵌入式技術(shù)、圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展，有力地推動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展。
機(jī)器視覺(jué)是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象都是運(yùn)動(dòng)物體，系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)物體的匹配和協(xié)調(diào)動(dòng)作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動(dòng)作時(shí)間和處理速度帶來(lái)了嚴(yán)格的要求。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人、飛行物體導(dǎo)致等，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗都會(huì)有嚴(yán)格的要求。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過(guò)程
一個(gè)完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括：照明光源、光學(xué)鏡頭、CCD攝相機(jī)、圖像采集卡、圖像檢測(cè)軟件、監(jiān)視器、通訊單元等。
工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作過(guò)程主要如下：
1、當(dāng)傳感器探測(cè)到被檢測(cè)物體接近運(yùn)動(dòng)至攝像機(jī)的拍攝中心，將觸發(fā)脈沖發(fā)送給圖像采集卡；
2、圖像采集卡根據(jù)已設(shè)定的程序和延時(shí)，將啟動(dòng)脈沖分別發(fā)送給照明系統(tǒng)和攝像機(jī)；
3、一個(gè)啟動(dòng)脈沖送給攝像機(jī)，攝像機(jī)結(jié)束當(dāng)前的拍照，重新開(kāi)始一副新的拍照，或者在啟動(dòng)脈沖到來(lái)前攝像機(jī)處于等待狀態(tài)，檢測(cè)到啟動(dòng)脈沖后啟動(dòng)，在開(kāi)始新的一副拍照前攝像機(jī)打開(kāi)曝光構(gòu)件（曝光時(shí)間事先設(shè)定好）；另一個(gè)啟動(dòng)脈沖送給光源，光源的打開(kāi)時(shí)間需要與攝像機(jī)的曝光時(shí)間匹配；攝像機(jī)掃描和輸出一幅圖像；
4、圖像采集卡接收信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)數(shù)字化，或者是直接接收攝像機(jī)數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)；
5、圖像采集卡將數(shù)字圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中；
6、計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和識(shí)別，獲得檢測(cè)結(jié)果；
7、處理結(jié)果控制流水線(xiàn)的動(dòng)作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動(dòng)的誤差等。
二、機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)
1、圖像采集技術(shù)——機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)
圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡構(gòu)成。采集過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為在光源提供照明的條件下，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，最后通過(guò)圖像采集卡傳輸給圖像處理部分。在設(shè)計(jì)圖像采集部分時(shí)，要考慮到多方面的問(wèn)題，主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集卡和光源方面的問(wèn)題。
（1）光源照明
照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，還未有哪種機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)備能通用各種應(yīng)用，因此在實(shí)際應(yīng)用中，需針對(duì)應(yīng)用選擇相應(yīng)的照明設(shè)備以滿(mǎn)足特定需求。
照明系統(tǒng)按其照射方法可分為:背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是指將被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，以提高圖像的對(duì)比度。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線(xiàn)光源等投射到被測(cè)物上，并根據(jù)其產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同。
（2）光學(xué)攝像頭
光學(xué)攝像頭的任務(wù)就是進(jìn)行光學(xué)成像，一般在測(cè)量領(lǐng)域都又專(zhuān)門(mén)的用于測(cè)量的攝像鏡頭，因?yàn)槠鋵?duì)成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用。攝像頭需要注意的一個(gè)問(wèn)題是畸變。這個(gè)就需要使用相應(yīng)的畸變校正方法，目前也開(kāi)發(fā)出了很多自動(dòng)畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)。
（3）CCD攝像機(jī)及圖像采集卡
CCD(ChargeCoupledDevice)攝像機(jī)及圖像采集卡共同完成對(duì)目標(biāo)圖像的采集與數(shù)字化。目前CCD，CMOS等固體器件的應(yīng)用技術(shù)，線(xiàn)陣圖型敏感器件，像元尺寸不斷減小，陣列像元數(shù)量不斷增加，像元電荷傳輸速率也得到大幅提高。在基于PC機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機(jī)拍照來(lái)完成圖像的采集與數(shù)字化，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備。
圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口為：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等形式。
2、圖像處理與分析——機(jī)器視覺(jué)的核心
用于機(jī)器視覺(jué)的圖像處理與分析方法的核心是，解決目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別問(wèn)題。當(dāng)所需要識(shí)別的目標(biāo)比較復(fù)雜時(shí)，就需要通過(guò)幾個(gè)環(huán)節(jié)，從不同的側(cè)面綜合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別提取的時(shí)候，首先是要考慮如何自動(dòng)地將目標(biāo)物從背景中分離出來(lái)。目標(biāo)物提取的復(fù)雜性一般就在于目標(biāo)物與非目標(biāo)物的特征差異不是很大，在確定了目標(biāo)提取方案后，就需要對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行增強(qiáng)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，圖像信息處理工作越來(lái)越多地借助硬件完成，如DSP芯片、專(zhuān)用的圖像信號(hào)處理卡等。軟件部分主要用來(lái)完成算法中并不成熟又較復(fù)雜或需不斷完善改進(jìn)的部分。這一方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)又降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。
三、機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)
1、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用范圍
（1）在工業(yè)檢測(cè)方面
近幾十年來(lái)，在工業(yè)檢測(cè)中利用視覺(jué)系統(tǒng)的非接觸、速度快、精度合適、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，使機(jī)器視覺(jué)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
自動(dòng)視覺(jué)識(shí)別檢測(cè)目前已經(jīng)用于產(chǎn)品外形和表面缺陷檢驗(yàn)，如木材加工檢測(cè)、金屬表面視覺(jué)檢測(cè)、二極管基片檢查、印刷電路板缺陷檢查、焊縫缺陷自動(dòng)識(shí)別等。這些檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)屬于二維機(jī)器視覺(jué)，技術(shù)已經(jīng)較為成熟，其基本流程是用一個(gè)攝像機(jī)獲取圖像，對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行處理及模式識(shí)別，檢測(cè)出所需的內(nèi)容。
（2）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)主要用于醫(yī)學(xué)輔助診斷。首先采集核磁共振、超聲波、激光、Ｘ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等對(duì)人體檢查記錄的圖像，再利用數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)對(duì)這些醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析、描述和識(shí)別，最后得出相關(guān)信息，對(duì)輔助醫(yī)生診斷人體病源大小、形狀和異常，并進(jìn)行有效治療發(fā)揮了重要的作用。不同醫(yī)學(xué)影像設(shè)備得到的是不同特性的生物組織圖像，如Ｘ射線(xiàn)反映的是骨骼組織，核磁共振影像反映的是有機(jī)組織圖像，而醫(yī)生往往需要考慮骨骼有機(jī)組織的關(guān)系，因而需要利用數(shù)字圖像處理技術(shù)將兩種圖像適當(dāng)?shù)丿B加起來(lái)，以便于醫(yī)學(xué)分析。
（3）交通監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用
智能交通監(jiān)控領(lǐng)域中，在重要的十字路口安放攝像頭，就可以利用攝像頭的快速拍照功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)違章、逆行等車(chē)牌的車(chē)牌進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、存貯，以便相關(guān)的工作人員進(jìn)行查看。
（4）在橋梁檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用
人工檢測(cè)法和橋檢車(chē)法都是依靠人工用肉眼對(duì)橋梁表面進(jìn)行檢測(cè)，其速度慢，效率低，漏檢率高，實(shí)時(shí)性差，影響交通，存在安全隱患，很難大幅應(yīng)用；無(wú)損檢測(cè)包括激光檢測(cè)、超聲波檢測(cè)以及聲發(fā)射檢測(cè)等多種檢測(cè)技術(shù)，它們儀器昂貴，測(cè)量范圍小，不能滿(mǎn)足日益發(fā)展的橋梁檢測(cè)要求；智能化檢測(cè)有基于導(dǎo)電性材料的混凝土裂縫分布式自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和智能混凝土技術(shù)，也有最前沿的基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法。導(dǎo)電性材料技術(shù)雖然使用方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，但是均需要事先在混凝土結(jié)構(gòu)上涂刷或者埋設(shè)導(dǎo)電性材料進(jìn)行檢測(cè)，而且智能混凝土技術(shù)還無(wú)法確定裂縫位置、裂縫寬度等一系列問(wèn)題距實(shí)用化還有較長(zhǎng)的距離；而基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法是利用CCD相機(jī)獲取橋梁表觀(guān)圖片，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理后自動(dòng)識(shí)別出裂縫圖像，并從背景中分離出來(lái)然后進(jìn)行裂縫參數(shù)的計(jì)算的方法，它具有便捷、直觀(guān)、精確、非接觸、再現(xiàn)性好、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，能解放勞動(dòng)力，排除人為干擾，具有很好的應(yīng)用前景。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，混凝土橋梁的損壞有90%以上都是由裂縫引起的，因此對(duì)橋梁的健康檢測(cè)主要是對(duì)橋梁表觀(guān)的裂縫進(jìn)行檢測(cè)與測(cè)量?；?br />

上一頁(yè)： 三維視覺(jué)檢測(cè)產(chǎn)品可協(xié)助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)3D智能抓取
下一頁(yè)： LED數(shù)碼管視覺(jué)檢測(cè)