機(jī)械視覺論文概述綜述

1、緒論機(jī)器視覺是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識別等多個領(lǐng)域的交叉學(xué)科。它不僅是人眼的延伸，更重要的是具有人腦的一部分功能。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)尤其是多媒體技術(shù)和數(shù)字圖像處理及分析理論的成熟，以及大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用研究，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。一、機(jī)器視覺的研究背景“作為一項關(guān)鍵性的自動化技術(shù)，機(jī)器視覺在發(fā)展中國家中對經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化非常重要。為了在世界市場中進(jìn)行競爭，發(fā)展中經(jīng)濟(jì)不能無限期的依賴于廉價勞動力?！癆IA市場分析員Kellett說。同樣地，現(xiàn)代化必須實現(xiàn)高效率、高生產(chǎn)率以及高質(zhì)量。這也是機(jī)器視覺的作用所在，”

2、對機(jī)器視覺長期需求這樣的趨勢是發(fā)展中國家實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。因此，機(jī)器視覺對于世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將越來越重要?！眰鹘y(tǒng)地來講，外觀檢查和質(zhì)量控制是通過人類專家來完成的。雖然人類在很多情況下可以把這項工作做的比機(jī)器更好，但是他們的速度比機(jī)器慢，并且很快就會感覺疲倦。此外在一個行業(yè)里很難找到或者留住人類專家，他們需要接受培訓(xùn)，而且他們的技能需要花時間去培養(yǎng)。還有些情況就是檢測工作往往很乏味或者很困難，甚至對那些訓(xùn)練有素的專家來說也是一樣。某些應(yīng)用中，精確的信息必須被很迅速或者重復(fù)地提取和使用（例如目標(biāo)跟蹤和機(jī)器人引導(dǎo)）。在一些環(huán)境下（例如水下檢測，原子能工業(yè)，化學(xué)工業(yè)等）檢測可能很困難或者很危險。在這

3、種高要求的情況下，計算機(jī)視覺可以很有效的取代人工檢測。同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以人大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。半導(dǎo)體行業(yè)是最先利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行檢測的行業(yè)，其他行業(yè)也隨之而來。作為生產(chǎn)機(jī)械的OEM的設(shè)計工程師，最基本的問題就是：“我是要檢測這個部件還是整個這個產(chǎn)品”。檢測可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是也會有這樣的事實存在：檢測成本或者產(chǎn)品質(zhì)量要求并不需要這樣的檢測。比如說牙簽，假設(shè)每一個裝有500個牙簽的盒子里有一兩個不合恪，大多數(shù)人都不會怎么擔(dān)心。但是對于很多產(chǎn)品

4、，假如前面的盒了里裝的不是牙簽，而是針頭，試想不合格品可能會帶來什么樣的后果，所以產(chǎn)品功能性的檢測都是不可缺少的，即使只是外觀檢測，要證明內(nèi)在的品質(zhì)也必須要做到無缺陷。因此，為了達(dá)到這個目的，許多OEM將機(jī)器視覺世用到他們將要賣給用戶的系統(tǒng)中。機(jī)器視覺能夠為整個系統(tǒng)增值，表現(xiàn)在三個方面：提高生產(chǎn)效率，提高制造過程的精確性，減少成本。那么，對丁一個設(shè)計工程師來說，怎么樣才能知道機(jī)器視覺是否適合他的系統(tǒng)呢?盡管最早的最基本的機(jī)器視覺系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代引入，工業(yè)就將其視為主流應(yīng)用。這就導(dǎo)致設(shè)計工程師要考慮它是否合適他們的應(yīng)用，同時要考慮利用機(jī)器視覺檢測的成本與其所能帶來的利潤。高復(fù)雜度產(chǎn)品行業(yè)，

5、比如說半導(dǎo)體行業(yè)和電子行業(yè)，由于它們的復(fù)雜性和小型化，從傳統(tǒng)上推動著機(jī)器視覺市場的發(fā)展。但是如今，所有產(chǎn)業(yè)，包括自動化、制藥、造紙等等都依靠機(jī)器視覺系統(tǒng)檢測產(chǎn)品以提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)專家們預(yù)言：在未來的20年到50年，機(jī)器視覺將成為橫跨所有行業(yè)的通用性技術(shù)，幾乎所有出產(chǎn)的產(chǎn)品部會由機(jī)器視覺系統(tǒng)來檢測。機(jī)器視覺自起步發(fā)展到現(xiàn)在，應(yīng)經(jīng)有15年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說機(jī)器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動化的發(fā)展而逐步完善和發(fā)展的。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲得大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)也廣泛地應(yīng)用于工況監(jiān)視、

6、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。使用機(jī)器視覺系統(tǒng)有以下五個主要原因：精確性一由于人眼有物理條件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機(jī)器仍然會更加精確，因為它的精度能夠達(dá)到千分之一英寸。重復(fù)性一機(jī)器可以以相同的辦法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時都會有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。速度一機(jī)器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測高速運(yùn)動的物體時，比如說生產(chǎn)線上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率?？陀^性一人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨工人心情好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非?？捎^可靠。成本一由于機(jī)

7、器比人快，一臺自動檢測機(jī)器能夠承擔(dān)好幾個人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、不會生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。二、機(jī)器視覺的的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1、機(jī)器視覺系統(tǒng)的發(fā)展機(jī)器人視覺系統(tǒng)按其發(fā)展可分為三代。第一代機(jī)器人視覺的功能一般是按規(guī)定流程對圖像進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。這種系統(tǒng)一般由普通數(shù)字電路搭成，主要用于平板材料的缺陷檢測。第二代機(jī)器人視覺系統(tǒng)一般由一臺計算機(jī)，一個圖像輸入設(shè)備和結(jié)果輸出硬件構(gòu)成。視覺信息在機(jī)內(nèi)以串行方式流動，有一定學(xué)習(xí)能力以適應(yīng)各種新情況。第三代機(jī)器人視覺系統(tǒng)是目前國際上正在開發(fā)使用的系統(tǒng)。采用高速圖像處理芯片，并行算法，具有高度的智能和普通的適應(yīng)性，能模擬人的高度視覺

8、功能。在Roberts之前都是基于二維的，而且多數(shù)是采用模式識別的方法完成分類工作的。Roberts首先用程序成功地對三維積木世界進(jìn)行解釋，在之后類似的研究中，Huffman。Clowes以及Waltz等人對積木世界進(jìn)行了研究并分別解決了由線段解釋景物和處理陰影等問題。積木世界的研究反映了視覺早期研究中的一些特點(diǎn)，即從簡化的世界出發(fā)進(jìn)行研究。這些工作對視覺研究的發(fā)展起了促進(jìn)作用，但對于稍微復(fù)雜的景物便難以奏效。20世紀(jì)70年代中期，以Marr,Barrow和Tenebaum等人為代表的一些研究者提出了一整套視覺計算的理論來描述視覺過程，其核心是從圖像恢復(fù)物體的三維形狀。在視覺研究的理論上，以M

9、arr的理論影響最為深遠(yuǎn)。其理論強(qiáng)調(diào)表示的重要性，提出要從不同層次去研究信息處理的問題。對于計算理論和算法實現(xiàn)，他又特別強(qiáng)調(diào)計算理論的重要性。這一框架雖然在細(xì)節(jié)上甚至在主導(dǎo)思想上還存在不完備的方面，許多方面還有很多爭議，但至今仍是目前計算機(jī)視覺研究的基本框架。進(jìn)入80年代中后期，隨著移動式機(jī)器人等的研究，視覺研究與之密切結(jié)合，大量引入了空間幾何的方法以及物理知識，其主要目標(biāo)是實現(xiàn)對道路和障礙的識別處理。這一時期引入主動視覺的研究方法，使用了距離傳感器，并采用了多傳感器融合等技術(shù)。2、國內(nèi)外技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀國外機(jī)器視覺發(fā)展的起點(diǎn)難以準(zhǔn)確考證，其大致的發(fā)展歷程是：20世紀(jì)50年代提出機(jī)器視覺概念，2

10、0世紀(jì)70年代真正開始發(fā)展，20世紀(jì)80年代進(jìn)入發(fā)展正軌，20世紀(jì)90年代發(fā)展趨于成熟，20世紀(jì)90年代后高速發(fā)展。在機(jī)器視覺發(fā)展的歷程中，有3個明顯的標(biāo)志點(diǎn)，一是機(jī)器視覺最先的應(yīng)用來自“機(jī)器人”的研制，也就是說，機(jī)器視覺首先是在機(jī)器人的研究中發(fā)展起來的；二是20世紀(jì)70年代CCD圖像傳感器的出現(xiàn)，CCD攝像機(jī)替代硅靶攝像是機(jī)器視覺發(fā)展歷程中的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)；三是20世紀(jì)80年代CPU、DSP等圖像處理硬件技術(shù)的飛速進(jìn)步，為機(jī)器視覺飛速發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。在國外，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

11、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；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。國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展的大致歷程：真正開始起步是20世紀(jì)80年代，20世紀(jì)90年代進(jìn)入發(fā)展期，加速發(fā)展則是近幾年的事

12、情。中國正在成為世界機(jī)器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，其中最主要的原因是中國已經(jīng)成為全球的加工中心，許許多多先進(jìn)生產(chǎn)線己經(jīng)或正在遷移至中國，伴隨這些先進(jìn)生產(chǎn)線的遷移，許多具有國際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺系統(tǒng)也進(jìn)入中國。對這些機(jī)器視覺系統(tǒng)的維護(hù)和提升而產(chǎn)生的市場需求也將國際機(jī)器視覺企業(yè)吸引而至，國內(nèi)的機(jī)器視覺企業(yè)在與國際機(jī)器視覺企業(yè)的學(xué)習(xí)與競爭中不斷成長1990年以前，僅僅在大學(xué)和研究所中有一些研究圖像處理和模式識別的實驗室。20世紀(jì)90年代初，一些來自這些研究機(jī)構(gòu)的工程師成立了他們自己的視覺公司，開發(fā)了第一代圖像處理產(chǎn)品，例如基于ISA總線的灰度級圖像采集卡，和一些簡單的圖像處理軟件庫，他們的產(chǎn)品在大學(xué)

13、的實驗室和一些工業(yè)場合得到了應(yīng)用，人們能夠做一些基本的圖像處理和分析工作。1990-1998年為初級階段。期間真正的機(jī)器視覺系統(tǒng)市場銷售額微乎其微。主要的國際機(jī)器視覺廠商還沒有進(jìn)入中國市場。自從1998年，越來越多的電子和半導(dǎo)體工廠，包括香港和臺灣投資的工廠，落戶廣東和上海。帶有機(jī)器視覺的整套的生產(chǎn)線和高級設(shè)備被引入中國。1998-2002年定義為機(jī)器視覺概念引入期。在此階段，許多著名視覺設(shè)備供應(yīng)商，例如，北京和利時電機(jī)技術(shù)有限公司曾經(jīng)被五家外國公司選做主要代理商或解決方案提供商。從2002年至今，我們稱之為機(jī)器視覺發(fā)展期，中國機(jī)器視覺呈快速增長趨勢。在國內(nèi)，以上行業(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加

14、之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，只是低端方面的應(yīng)用，曾導(dǎo)致以上很多行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。目前在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域。這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等。真正高端的應(yīng)用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用空間還比較大。當(dāng)然、其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。3、機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢（1）技術(shù)方面的趨勢是數(shù)字化、實時化、智能化圖像

15、采集與傳輸?shù)臄?shù)字化是機(jī)器視覺在技術(shù)方面發(fā)展的必然趨勢。更多的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，更寬的圖像數(shù)據(jù)傳輸帶寬，更高的圖像處理速度，以及更先進(jìn)的圖像處理算法將會推出，將會得到更廣泛的應(yīng)用。這樣的技術(shù)發(fā)展趨勢將使機(jī)器視覺系統(tǒng)向著實時性更好和智能程度更高的方向不斷發(fā)展。（2）功能多和產(chǎn)品小型化更多功能的實現(xiàn)主要是來自于計算能力的增強(qiáng),更高分辨率的傳感器（10Mpixels）,更快的掃描率（500次/s）和軟件功能的提高.PC處理器的速度在得到穩(wěn)步提升的同時,其價格也在下降,這推動了更快的總線的出現(xiàn),而總線又反過來允許具有更多數(shù)據(jù)的更大圖像以更快的速度進(jìn)行傳輸和處理.產(chǎn)品的小型化趨勢讓這個行業(yè)能夠在更小的空間內(nèi)包裝

16、更多的部件,這意味著機(jī)器視覺產(chǎn)品變得更小,這樣他們就能夠在廠區(qū)所提供的有限空間內(nèi)應(yīng)用.例如在工業(yè)配件上LED已經(jīng)成為主導(dǎo)光源它的小尺寸使成像參數(shù)的測定變得容易,他們的耐用性和穩(wěn)定性非常適用于工廠設(shè)備。（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)。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(diǎn)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，使用高級語言的優(yōu)點(diǎn)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

17、高、可維護(hù)性好、便于不斷完善和升級換代等。（4）市場份額迅速擴(kuò)大目前，在我國機(jī)器視覺技術(shù)還不太成熟，主要靠進(jìn)口國外整套系統(tǒng)，價格比較昂貴。隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場競爭的激烈，價格下降已成必然趨勢，這意味著機(jī)器視覺技術(shù)將逐漸被接受。另外，機(jī)器視覺市場將不斷增大。一方面已經(jīng)采用機(jī)器視覺產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，對機(jī)器視覺產(chǎn)品的的依賴性將更強(qiáng)；另一方面機(jī)器視覺產(chǎn)品將應(yīng)用到其他更廣的領(lǐng)域。（5）行業(yè)方面發(fā)展更加迅速機(jī)器視覺行業(yè)專業(yè)性公司增多，投資和從業(yè)人員增加，競爭加劇是機(jī)器視覺行業(yè)未來幾年的發(fā)展趨勢，機(jī)器視覺行業(yè)作為一個新興的行業(yè)將逐步發(fā)展成熟，將越來越越受到人們的重視。機(jī)器視覺技術(shù)誕生和應(yīng)用，極大地解放了人類勞

18、動力，提高了生產(chǎn)自動化水平，改善了人類生活現(xiàn)狀，其應(yīng)用前景極為廣闊，目前在國外，機(jī)器視覺技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)，生活中，而我國正處于初步階段，急需廣大科技工作者的共同努力，來迅速提高我國機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展水平，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)做出自己的貢獻(xiàn)。三、機(jī)器視覺的概述1、機(jī)器視覺的概念機(jī)器視覺又叫計算機(jī)視覺，是計算機(jī)系統(tǒng)對人的視覺的模擬和延伸。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口CCDW種）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，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(yùn)算來抽取目標(biāo)的

19、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2、機(jī)器視覺的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)（1）機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)：提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。（2）機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。、機(jī)器視覺系統(tǒng)具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍。

20、、長時間穩(wěn)定工作，人類難以長時間對同一對象進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務(wù)。（3）機(jī)器視覺系統(tǒng)的缺點(diǎn)世界各國的研究者們按照Marr提出的基本理論框架，對計算機(jī)視覺系統(tǒng)的各個研究層次進(jìn)行了大量的研究，并提出了相應(yīng)的解決方法，但總的來講，這些方法都存在著一些問題，或缺乏通用性，或抗干擾能力差，或存在多解性，其原因如下：一是計算機(jī)視覺是一個逆問題，即輸入圖像為二維圖像的灰度，它是三維物體幾何特征、光照、物體材料表面性質(zhì)、物體的顏色、攝像機(jī)參數(shù)等許多因素的函數(shù)。由灰度反推以上各種參數(shù)是逆問題，而這些問題大都是非線形的，問題的解不具有唯一性，而且對噪聲或離散化引起的誤差都極其敏感

21、；另一個原因是Marr的視覺系統(tǒng)框架是一個自上而下的、模塊的、單向的、數(shù)據(jù)驅(qū)動型的結(jié)構(gòu)。神經(jīng)生理學(xué)的深入研究表明，這種結(jié)構(gòu)與人的視覺系統(tǒng)還有很大差距，生物視覺系統(tǒng)的認(rèn)知過程是一種與外界交互作用的有目的、主動性過程，而不僅僅是一種被動式的反應(yīng)。3、機(jī)器視覺的構(gòu)成一個典型的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括如下部分：光源，鏡頭，CCD&相機(jī)，圖像處理單元（或圖像捕獲卡），圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等。首先采用攝像機(jī)獲得被測目標(biāo)的圖像信號，然后通過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準(zhǔn)則輸出判斷結(jié)果，去

22、控制驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理。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。機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實用性，要求能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，要有合理的性價比、通用的工業(yè)接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強(qiáng)的通用性和可移植性。它更強(qiáng)調(diào)實時性，要求高速度和高精度。4、機(jī)器視覺的功能1）識別：可識別一維碼，二維碼，字符；還可以識別顏色。2）檢測：可檢測特征有無，檢測物品表面缺陷等。3）定位：找出零件上某特征坐標(biāo)位置，輸出給外部控制機(jī)構(gòu)。4）測量：用于精密測量，可測量長度，寬度，角度，直徑

23、等等。四、機(jī)器視覺與圖像采集技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用視覺技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是與被觀測對象無接觸,因此,對觀測與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷,十分安全可靠,這是其它感覺方式無法比擬的.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、微波、超聲波等,而機(jī)器視覺則可以利用這方面的傳感器件形成紅外線、微波、超聲波等圖像.另外,人無法長時間地觀察對象,機(jī)器視覺則無時間限制,而且具有很高的分辨精度和速度.所以,機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,可分為工業(yè)、科學(xué)研究、軍事和民用4大領(lǐng)域.4.1工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器視覺應(yīng)用中比重最大的領(lǐng)域,按照功能又可以分成4類:產(chǎn)品質(zhì)量檢測、產(chǎn)品分類、產(chǎn)品包裝、機(jī)器人定位.其應(yīng)用

24、行業(yè)包括印刷包裝、汽車工業(yè)、半導(dǎo)體材料/元器件/連接器生產(chǎn)、藥品/食品生產(chǎn)、煙草行業(yè)、紡織行業(yè)等.下面以紡織行業(yè)為例具體闡述機(jī)器視覺在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用9.在紡織企業(yè)中,視覺檢測是工業(yè)應(yīng)用中質(zhì)量控制的主要組成部分,用機(jī)器視覺代替人的視覺可以克服人工檢測所造成的各種誤差,大大提高檢測精度和效率.正是由于視覺系統(tǒng)的高效率和非接觸性,機(jī)器視覺在紡織檢測中的應(yīng)用越來越廣泛10-12,在許多方面已取得了成效.機(jī)器視覺可用于檢測與紡織材料表面有關(guān)的性能指標(biāo)見表4.目前主要的研究內(nèi)容可分為3大類:纖維、紗線、織物.由于織物疵點(diǎn)檢測（在線檢測）需要很高的計算速度,因此,設(shè)備費(fèi)用比較昂貴.目前國內(nèi)在線檢測的應(yīng)用比較

25、少,主要應(yīng)用是離線檢主要的檢測有紡織布料識別與質(zhì)量評定、織物表面絨毛鑒定、織物的反射特性、合成紗線橫截面分析、紗線結(jié)構(gòu)分析等.此外還可用于織物組織設(shè)計、花型紋板、棉粒檢測、分析紗線表面摩擦。4.2民用領(lǐng)域機(jī)器視覺技術(shù)可用在智能交通、安全防范、文字識別、身份驗證、醫(yī)療設(shè)備等方面.在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,機(jī)器視覺用于輔助醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的分析,主要利用數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)對x射線透視圖、核磁共振圖像、CT圖像進(jìn)行適當(dāng)疊加,然后進(jìn)行綜合分析,以及對其它醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。3科學(xué)研究領(lǐng)域在科學(xué)研究領(lǐng)域可以利用機(jī)器視覺進(jìn)行材料分析、生物分析、化學(xué)分析和生命科學(xué),如血液細(xì)胞自動分類計數(shù)、染色體分析、

26、癌癥細(xì)胞識別等。4軍事領(lǐng)域視覺技術(shù)可用在航天、航空、兵器（敵我目標(biāo)識別、跟蹤）及測繪.在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中,機(jī)器視覺技術(shù)被用于分析各種遙感圖像,進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測,根據(jù)地行、地貌的圖像和圖形特征,對地面目標(biāo)進(jìn)行自動識別、理解和分類等。五、機(jī)器視覺的關(guān)鍵技術(shù)機(jī)器視覺是一項綜合技術(shù),包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)（圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等）。這些技術(shù)在機(jī)器視覺中是并列關(guān)系,相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)成一個完整的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境、有合理的性價比、較強(qiáng)的通用性和可移植性,即實用性；它更強(qiáng)調(diào)高速

27、度和高精度,即實時性.機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中,用到很多技術(shù),但關(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。1光源照明好的光源和照明是目前機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵,應(yīng)當(dāng)具有以下特征:盡可能突出目標(biāo)的特征,在物體需要檢測的部分與非檢測部分之間盡可能產(chǎn)生明顯的區(qū)別,增加對比度;保證足夠的亮度和穩(wěn)定性;物體位置的變化不應(yīng)影響成像的質(zhì)量.光源按其照射方法可分為背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光照明和頻閃光照明等.背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間,其優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對比度的圖像;前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè),這種方式便于安裝;結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源

28、等投射到被測物上,根據(jù)它們所產(chǎn)生的畸變,解調(diào)出被測物的三維信息;頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上,攝像機(jī)拍攝要求與光源同步,這樣能有效地拍攝高速運(yùn)動物體的圖像5.照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性要符合實際的要求,同時還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。其中,LED光源具有顯色性好、光譜范圍寬（可覆蓋整個可見光范圍）、發(fā)光強(qiáng)度高、穩(wěn)定時間長等優(yōu)點(diǎn),而且隨著制造技術(shù)的成熟,其價格越來越低,必將在現(xiàn)代機(jī)器視覺領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。2光學(xué)鏡頭光學(xué)鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭,簡稱鏡頭,其功能就是光學(xué)成像.鏡頭是系統(tǒng)中的重要組件,對成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用,在組建機(jī)器視覺系統(tǒng)時,硬件設(shè)備要根

29、據(jù)實際需要選擇合適口徑和焦距的鏡頭。3CCD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目標(biāo)圖像的采集與數(shù)字化.目前,CCHCMO野固體器件已經(jīng)是成熟的應(yīng)用技術(shù).線陣圖像敏感器件,像元尺寸不斷減小,陣列像元數(shù)量不斷增加,像元電荷傳輸速率得到極大提高.所示為一種高性能線陣CCD器件的參數(shù)從中可以看到，線陣器件像元數(shù)和數(shù)據(jù)的傳輸率大大提高,而且器件設(shè)計集成了新的功能,具有可編程能力,如增益調(diào)整、曝光時間選擇、速率調(diào)節(jié)以及維護(hù)等。在線陣器件性能提高的同時,高速面陣圖像器件性能也在快速提高.某種超高速面陣CCD器件,允許的最大分辨率達(dá)1280X1024

30、像素,最大幀率1MHz,可采集4幀圖像,且像素靈敏度達(dá)12bits8.在基于PC機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)中,圖像采集卡是控制攝像機(jī)拍照完成圖像采集與數(shù)字化,協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備一般具有以下功能模塊:圖像信號的接收A/D轉(zhuǎn)換模塊,負(fù)責(zé)圖像放大與數(shù)字化;攝像機(jī)控制輸入輸出接口,主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)攝像機(jī)進(jìn)行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照、定時拍照;總線接口,負(fù)責(zé)通過計算機(jī)內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),一般是PCI接口,傳輸速率可達(dá)130Mbps,完全能勝任高精度圖像的實時傳輸,且占用較少CPU時間;顯示模塊,負(fù)責(zé)高質(zhì)量的圖像實時顯示;通訊接口,負(fù)責(zé)通訊.目前,圖像采集卡種類很多,按照不同的分類方法,有黑白圖像和彩色圖像采集卡,有模擬信號和數(shù)字信號采集卡,有復(fù)合信號和RGB分量信號輸入采集卡.在選擇圖像采集卡時,主要應(yīng)考慮到系統(tǒng)的功能需求、圖像的采集精度和與攝像機(jī)輸出信號的匹配等因素。4圖像信號處理圖像信號的處理是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心.視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法,它包括圖像變換、數(shù)據(jù)編碼壓縮、圖像增強(qiáng)復(fù)原、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內(nèi)容.隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展,為了提高系統(tǒng)的實時性,圖像處理的很多工作都可以借助硬