機(jī)器視覺的現(xiàn)狀及其應(yīng)用

1、河北工業(yè)大學(xué) 院系： 河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 班級： 機(jī)研155班 姓名： 翟云飛 學(xué)號： 201531204037 題目：機(jī)器視覺技術(shù)及其應(yīng)用目錄1.機(jī)器視覺的發(fā)展現(xiàn)狀2.機(jī)器視覺系統(tǒng)組成2.1機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理3.機(jī)器視覺的應(yīng)用 3.1基于機(jī)器視覺的FPC嵌入式檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng) 3.2基于機(jī)器視覺的柔性制造島在線零件識別系統(tǒng) 3.3基于機(jī)器視覺的PCB光板缺陷檢測技術(shù) 3.4新興行業(yè)4.機(jī)器視覺發(fā)展趨勢 5.中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 5.1、隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對機(jī)器視覺的需求將呈上升趨勢 5.2、統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器視覺發(fā)展的原動力 5.3、基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品 5.4、

2、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化解決方案也將是機(jī)器視覺的必經(jīng)之路 6.參考文獻(xiàn)1. 中國機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢近年來，機(jī)器視覺已經(jīng)發(fā)展成為光電子的一個應(yīng)用分支，廣泛應(yīng)用于微電子、PCB生產(chǎn)、自動駕駛、印刷、科學(xué)研究和軍事等領(lǐng)域。機(jī)器視覺在中國的蓬勃發(fā)展，使從事機(jī)器視覺的公司和人員大量涌現(xiàn)。首先概述了機(jī)器視覺技術(shù)的基本原理并分析了機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)建；接著論述了機(jī)器視覺技術(shù)的當(dāng)前主要應(yīng)用領(lǐng)域與情況；最后分析了現(xiàn)階段機(jī)器視覺技術(shù)存在的問題。2.機(jī)器視覺系統(tǒng)組成及其工作原理簡言之，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，

3、傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。從原理上機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的采集、圖像的處理和分析、輸出或顯示。個典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)該包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊，如圖1所示。從中我們可以看出機(jī)器視覺是一項綜合技術(shù)。其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。只有這些技術(shù)的相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)

4、成一個完整的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在光源照明、光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)(CCD)、圖像采集卡、圖像信號處理以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。2.1機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號，而是經(jīng)過運算處理之后的檢測結(jié)果，采用CCD攝像機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號。傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，通過AD轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號：圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來提取目標(biāo)的特征(面積、長度、數(shù)量及位置等)；根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條佟輸出結(jié)果(足寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格不合格及有無等)。上位機(jī)實時獲得檢測結(jié)果后，指揮運動系統(tǒng)或IO系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動作。3. 機(jī)器

5、視覺的應(yīng)用 機(jī)器視覺的最大優(yōu)點是與被觀測對象無接觸，對觀測與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，十分安全可靠，理論上人眼觀察不到的范圍機(jī)器視覺也可以觀察，例如紅外線、微博、超聲波等，而機(jī)器視覺則可以利用這方面的傳感器形成紅外線、微博、超聲波等圖像，且其比人眼具有更高的精度與速度，因此極大的拓寬了機(jī)器視覺技術(shù)的檢獨享與范圍。正因為機(jī)器視覺所具有的諸多優(yōu)點，其才越來越廣泛的應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的很多行業(yè)。下面舉例說明機(jī)器視覺的應(yīng)用。3.1基于機(jī)器視覺的FPC嵌入式檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)以DSP(BlackFin533)為處理器核心，ARM(2440)為上位機(jī)控制器的嵌入式架構(gòu)，主要由視覺系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、上機(jī)控制系

6、統(tǒng)、缺陷報警以及圖像處理單元組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。檢測系統(tǒng)的工作原理：上位機(jī)通過人機(jī)交互，設(shè)置DA調(diào)整光源，照亮生產(chǎn)線上運動的檢測產(chǎn)品；高速線陣CCD掃描檢測產(chǎn)品生成的模擬圖像信號，經(jīng)視頻AD芯片數(shù)字化后，由CPLD進(jìn)行解碼；DSP采用獨立運行的捕獲線程采集該圖像信號，生成8bit的灰度圖像，進(jìn)行圖像緩存，然后進(jìn)行視覺檢測：對于采集的FPC圖像，通過局部的自動閾值完成圖像分割，才用多車度形態(tài)學(xué)進(jìn)行圖像處理，然后肚餓圖像進(jìn)行配準(zhǔn)校準(zhǔn)，采用圖像匹配進(jìn)行缺陷檢測和識別。若發(fā)現(xiàn)缺陷，則處理器通過報警單元進(jìn)行報警和缺陷處理，并將缺陷圖像輸出到顯示器。3.2基于機(jī)器視覺的柔性制造島在線零件識別系統(tǒng) 研

7、究根據(jù)機(jī)械零件圖像識別原理及柔性制造島的要求，設(shè)計了基于機(jī)器視覺的在線零件識別系統(tǒng)其由工控機(jī)、高分辨率的面陣黑白工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、光源、光學(xué)鏡頭、光源、IO卡等組成，它用于對柔性制造島在線零件進(jìn)行識別。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖。系統(tǒng)的工作原理：在自動識別零件前，攝取各種零件的圖像生成圖像庫。在每個工作計劃執(zhí)行前，根據(jù)MIS系統(tǒng)下發(fā)的計劃文件(excel表格格式)，更新當(dāng)前工作計劃臨時零件庫；識別系統(tǒng)工作時，當(dāng)載有零件的自動牽引小車將托板送到上料工位，工人裝夾工件，然后按動攝像啟動按鈕，光源系統(tǒng)啟動為系統(tǒng)提供均勻的光線，由工業(yè)CCD相機(jī)開始攝像，工控機(jī)內(nèi)的圖像采集卡對工業(yè)CCD相機(jī)傳送來的圖像信號進(jìn)行放

8、大、濾波、采樣等處理，并將圖像信號寫入到工控機(jī)的內(nèi)存中，然后由圖像識別軟件對采集到的零件圖像進(jìn)行圖像處理和識別。最后在顯示器上顯示識別結(jié)果，同時通過加卡，把識別出來的零件信息傳送給托板庫控制系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)再根據(jù)識別結(jié)果安排加工中心并調(diào)用相應(yīng)的數(shù)控加工程序傳給相應(yīng)的加工中心，完成相應(yīng)零件的加工。3.3、基于機(jī)器視覺的PCB光板缺陷檢測技術(shù)設(shè)計的PCB光板視覺檢測系統(tǒng)基于PC架構(gòu)，主要由照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)以及圖像處理系統(tǒng)組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)原理如下；由照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和運動控制系統(tǒng)獲取圖像，把采集到的PCB圖像信號傳送給PC機(jī)，在PC機(jī)上進(jìn)行圖像處

9、理與識別，完成缺陷檢測任務(wù)，檢測結(jié)果在監(jiān)視器上顯示，并送給報警單元及執(zhí)行單元執(zhí)行相應(yīng)動作。 3.4新興行業(yè)機(jī)器視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元

10、件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。除此之外，機(jī)器視覺還用于其他各個領(lǐng)域。 而在中國，視覺技術(shù)的應(yīng)用開始于90年代，因為行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。目前國內(nèi)機(jī)器視覺大多為國外品牌，如康耐視、邁思肯、歐姆龍等。國內(nèi)大多機(jī)器視覺公司基本上是靠代理國外各種機(jī)器視覺品牌起家，隨著機(jī)器視覺的不斷應(yīng)用，公司規(guī)模慢慢做大，技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟。例如：深圳市品印寶智能科技有限公司，是康耐視白鉆代理商。也是邁思肯深圳核心代理商。

11、在短短六年的時間里，就發(fā)展成國內(nèi)首屈一指的機(jī)器視覺企業(yè)。國內(nèi)也開始意識到機(jī)器視覺的重要性，微視就是中國人自己的機(jī)器視覺的公司，研發(fā)自己的機(jī)器視覺產(chǎn)品。當(dāng)然，技術(shù)上跟國外的品牌還存在一些不足。 隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，3D機(jī)器視覺也開始進(jìn)入人們的視野。3D機(jī)器視覺大多用于水果和蔬菜、木材、化妝品、烘焙食品、電子組件和醫(yī)藥產(chǎn)品的評級。它可以提高合格產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，在生產(chǎn)過程的早期就報廢劣質(zhì)產(chǎn)品，從而減少了浪費節(jié)約成本。這種功能非常適合用于高度、形狀、數(shù)量甚至色彩等產(chǎn)品屬性的成像。 在行業(yè)應(yīng)用方面，主要有制藥、包裝、電子、汽車制造、半導(dǎo)體、紡織、煙草、交通、物流等行業(yè)，用機(jī)器視覺技術(shù)取代人工，可以提供生

12、產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。例如在物流行業(yè)，可以使用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行快遞的分揀分類，不會出現(xiàn)大多快遞公司人工進(jìn)行分揀，減少物品的損壞率，可以提高分揀效率，減少人工勞動。4.機(jī)器視覺發(fā)展趨勢 在機(jī)器視覺賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對機(jī)器視覺需求的提升；也決定了機(jī)器視覺將由過去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動作，逐漸朝著開放性的方向發(fā)展，這一趨勢也預(yù)示著機(jī)器視覺將與自動化更進(jìn)一步的融合。需求決定產(chǎn)品，只有滿足需求的產(chǎn)品才有生存的空間，這是不變的規(guī)律。機(jī)器視覺也是如此。5.中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 5.1、隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對機(jī)器視覺的

13、需求將呈上升趨勢 機(jī)器視覺發(fā)展空間較大的部分在半導(dǎo)體和電子行業(yè)，而據(jù)我國相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球集成電路產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇跡象明顯；與此同時，全球經(jīng)濟(jì)衰退使我國集成電路產(chǎn)業(yè)獲取了市場優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、人才回流等優(yōu)勢；國家加大對集成電路產(chǎn)業(yè)這一戰(zhàn)略領(lǐng)域的規(guī)劃力度，“信息化帶動工業(yè)化”，走“新興工業(yè)化道路”為集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機(jī)遇，特別是高端產(chǎn)品和創(chuàng)新產(chǎn)品市場空間巨大，設(shè)計環(huán)節(jié)、國家戰(zhàn)略領(lǐng)域、3C應(yīng)用領(lǐng)域、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)類應(yīng)用領(lǐng)域成為集成電路產(chǎn)業(yè)未來幾年的重點投資領(lǐng)域。此外，中國已成為全球集成電路的一個重要需求市場。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2002年我國集成電路市場需求規(guī)模為1135.5億元人民幣，占世界市場規(guī)模的9.

14、76%。2002年中國集成電路市場總銷量為283.2億塊，總銷售額為1135.5億元，同比增長26.2%。中國已成為近年來世界半導(dǎo)體投資的熱點。在全國許多地區(qū)，特別是長江三角洲地區(qū)，都有新的IC制造線和封裝測試線投資興建，IC設(shè)計公司的數(shù)量每年成倍增長。在產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)下，上海、北京、天津和深圳等地出現(xiàn)投資IC的好勢頭：天津Motorola投資15億美元，月投2.5萬片的8英寸芯片生產(chǎn)線和上海中芯國際投資14億美元，月投8英寸芯片硅片4.2萬片的項目已經(jīng)投入運行。另外，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會最新調(diào)研數(shù)據(jù)表明，2000年6月到2002年8月兩年間，中國IC產(chǎn)業(yè)的投資總額約300億元，相當(dāng)于過去40年

15、的投資總和。全國IC設(shè)計單位數(shù)量兩年之間翻兩番，已激增到389家，收入過億元的達(dá)78家；專業(yè)測試公司已有10家左右，我國的IC測試業(yè)初具雛形。就以上數(shù)據(jù)顯示，中國的半導(dǎo)體和電子市場已初具規(guī)模，而如此強(qiáng)大的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將需要高質(zhì)量的技術(shù)做后盾。同時他對于產(chǎn)品的高質(zhì)量、高集成度的要求將越來越高。恰巧，機(jī)器視覺將能幫助他們解決以上的問題，因此該行業(yè)將是機(jī)器視覺最好的用武之地。同時，對于機(jī)器視覺的需求將蒸蒸日上。 5.2、統(tǒng)一開放的標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)器視覺發(fā)展的原動力 目前國內(nèi)有近數(shù)家機(jī)器視覺產(chǎn)品廠商，與國外機(jī)器視覺產(chǎn)品相比，國內(nèi)產(chǎn)品最大的差距并不單純是在技術(shù)上，而且還包括品牌和知識產(chǎn)權(quán)上。另一現(xiàn)狀是目前國內(nèi)的機(jī)

16、器視覺產(chǎn)品主要以代理國外品牌為主，以此來逐漸朝著自主研發(fā)產(chǎn)品的路線靠近，起步較晚。未來，機(jī)器視覺產(chǎn)品的好壞不能夠通過單一因素來衡量，應(yīng)該逐漸按照國際化的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)判定，隨著中國自動化的逐漸開放，將帶領(lǐng)與其相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)也逐漸開放。因此，依靠封閉的技術(shù)難以促進(jìn)整個行業(yè)的發(fā)展，只有形成統(tǒng)一而開放的標(biāo)準(zhǔn)才能讓更多的廠商在相同的平臺上開發(fā)產(chǎn)品，這也是促進(jìn)中國機(jī)器視覺朝國際化水平發(fā)展的原動力。 5.3、基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品 從產(chǎn)品本身看，機(jī)器視覺會越來越趨于依靠PC技術(shù)，并且與數(shù)據(jù)采集等其他控制和測量的集成會更緊密。且基于嵌入式的產(chǎn)品將逐漸取代板卡式產(chǎn)品，這是一個不斷增長的趨勢。主要原因是隨著

17、計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是其具備低功耗技術(shù)的特點得到人們的重視。另外，嵌入式操作系統(tǒng)絕大部分是以C語言為基礎(chǔ)的，因此使用C高級語言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項帶有基礎(chǔ)性的工作，使用高級語言的優(yōu)點是可以提高工作效率，縮短開發(fā)周期，更主要的是開發(fā)出的產(chǎn)品可靠性高、可維護(hù)性好、便于不斷完善和升級換代等。因此，嵌入式產(chǎn)品將會取代板卡式產(chǎn)品。 5.4、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化解決方案也將是機(jī)器視覺的必經(jīng)之路 另外，由于機(jī)器視覺是自動化的一部分，沒有自動化就不會有機(jī)器視覺，機(jī)器視覺軟硬件產(chǎn)品正逐漸成為協(xié)作生產(chǎn)制造過程中不同階段的核心系統(tǒng)，無論是用戶還是硬件供應(yīng)商都將機(jī)器視覺產(chǎn)

18、品作為生產(chǎn)線上信息收集的工具，這就要求機(jī)器視覺產(chǎn)品大量采用“標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)”，直觀的說就是要隨著自動化的開放而逐漸開放，可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行二次開發(fā)。當(dāng)今，自動化企業(yè)正在倡導(dǎo)軟硬一體化解決方案，機(jī)器視覺的廠商在未來5-6年內(nèi)也應(yīng)該不單純是只提供產(chǎn)品的供應(yīng)商，而是逐漸向一體化解決方案的系統(tǒng)集成商邁進(jìn)。在未來的幾年內(nèi)，隨著中國加工制造業(yè)的發(fā)展，對于機(jī)器視覺的需求也逐漸增多；隨著機(jī)器視覺產(chǎn)品的增多，技術(shù)的提高，國內(nèi)機(jī)器視覺的應(yīng)用狀況將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端。由于機(jī)器視覺的介入，自動化將朝著更智能、更快速的方向發(fā)展。另外，由于用戶的需求是多樣化的，且要求程度也不相同。那么，個性化方案和服務(wù)在競爭中將日益重要，即用特殊定制的產(chǎn)品來代替標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品也是機(jī)器視覺未來發(fā)展的一個取向。機(jī)器視覺的應(yīng)用也將進(jìn)一步促進(jìn)自動化技術(shù)向智能化發(fā)展。 機(jī)器視覺，簡單來說就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。它主要用計算機(jī)來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機(jī)器視覺的典型機(jī)構(gòu)由五部分組成：照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、視覺處理。參考文獻(xiàn)1 陳發(fā)東，張曉芳，趙寰宇等.機(jī)器視覺技術(shù)及其應(yīng)用概況【J】.電腦知識與技術(shù)，2007（18）：1701-1702.2 3 羅露，胡躍明. 基于機(jī)器