機(jī)器視覺(jué)論文

機(jī)器視覺(jué)的典型應(yīng)用摘要：主要介紹機(jī)器視覺(jué)的典型應(yīng)用，簡(jiǎn)要分析機(jī)器視覺(jué)的特點(diǎn)、優(yōu)越性和應(yīng)用摘要分類(lèi)，詳細(xì)介紹了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在印刷行業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，并且分別舉例說(shuō)明。機(jī)器視覺(jué)的誕生和應(yīng)用在理論和實(shí)際中均具有重要意義。Abstract:Thispapermainlydescribesthetypicalapplicationofthemachinevision,anditbrieflyanalysesmachinevisionfeatures,advantagesandapplicationofclassification,andparticularlyintroducestheapplicationofmachinevisiontechnologyintheprintingindustry,agriculture,industry,medical.Thebirthandapplicationofmachinevisionintheoryandpracticeareofgreatsignificance.關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；標(biāo)簽檢測(cè)；字符識(shí)別；水果品質(zhì)分級(jí)；缺損檢測(cè)。Keyword:machinevision;labeldetection;characterrecognition;fruitqualitygrading;defectdetection.1機(jī)器視覺(jué)的典型應(yīng)用在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)代替人工視覺(jué)，同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，可以預(yù)計(jì)它將在現(xiàn)代及未來(lái)的各個(gè)行業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用分類(lèi)如下：1)紡織與服裝*斷紗檢測(cè)：*織染檢測(cè)*布料、皮革形狀檢測(cè)。2)食品與糧食*糧食異物檢測(cè)、分揀與色選*飲料液體檢測(cè)*生產(chǎn)日期、保質(zhì)期字符識(shí)別*灌裝線上空瓶的破損、潔凈檢測(cè)。3)特種檢驗(yàn)*纜繩磨損與破損檢測(cè)*容器與管道探傷*游樂(lè)設(shè)施速度檢測(cè)*危險(xiǎn)裝備的在線狀態(tài)檢測(cè)。4)包裝*外觀完整性檢測(cè)*條碼識(shí)別*密封性檢測(cè)。5)機(jī)械制造*零部件外形尺寸檢測(cè)*裝配完整性檢測(cè)*部件的定位與姿態(tài)識(shí)別*零件、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)等編號(hào)的同色凹字符識(shí)別。6)郵政分揀*郵政編碼識(shí)別。*包裹物品檢測(cè)7)海關(guān)與口岸*指紋、掌紋、虹膜與人臉識(shí)別*貨物識(shí)別*安檢危險(xiǎn)物品檢測(cè)此外，機(jī)器視覺(jué)還廣泛應(yīng)用于集成電路檢測(cè)、航空航天、軍事國(guó)防、消防和公路交通等。2機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例機(jī)器視覺(jué)是一門(mén)涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別等多個(gè)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。機(jī)器視覺(jué)不會(huì)有人眼的疲勞，有著比人眼更高的分辨精度和速度，借助紅外線、紫外線、X射線、超聲波等高新探測(cè)技術(shù)，它在探測(cè)不可視物體和高危險(xiǎn)場(chǎng)景時(shí)，更具有其突出優(yōu)點(diǎn)。下面介紹幾個(gè)機(jī)器視覺(jué)典型應(yīng)用實(shí)例。2．1在印刷行業(yè)中的應(yīng)用．目前，機(jī)器視覺(jué)已成功地應(yīng)用于印刷行業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，大幅度地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，保證了生產(chǎn)的速度。檢測(cè)內(nèi)容：1)檢出條形碼標(biāo)簽打印整體模糊的，數(shù)字、字母、條形碼都不清楚的；2)檢出標(biāo)簽上的字母、條形碼、數(shù)字1項(xiàng)或者2項(xiàng)不清楚的，例如字母打印不清楚、條形碼印刷斷裂；在一段時(shí)間內(nèi)所印刷的圖案是相同的；3)檢出標(biāo)簽尺寸不附合要求的，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為9mmX42mm;4)材質(zhì)表面有點(diǎn)反光，主體是白底黑字圖案；5)速度：3～4張／s；標(biāo)簽打印機(jī)打出的連續(xù)標(biāo)簽，標(biāo)簽間隔長(zhǎng)度3mm；6)檢出并剔除次品；7)進(jìn)行在線或者離線檢測(cè)。該標(biāo)簽印刷質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)是西安市春秋視訊技術(shù)有限責(zé)任公司為某公司研究開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)已成功投入使用。2.2在工業(yè)中的應(yīng)用目前，機(jī)器視覺(jué)已成功地應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，大幅度地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，保證了生產(chǎn)的速度。例如產(chǎn)品包裝、印刷質(zhì)量的檢測(cè)，飲料行業(yè)的容器質(zhì)量檢測(cè)，飲料填充檢測(cè)，飲料瓶封口檢測(cè)，木材廠木料檢測(cè)，半導(dǎo)體集成塊封裝質(zhì)量檢測(cè)，卷鋼質(zhì)量檢測(cè)，關(guān)鍵機(jī)械零件的工業(yè)CT等[1]。在海關(guān)，應(yīng)用X射線和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不開(kāi)箱貨物通關(guān)檢驗(yàn)，大大提高了通關(guān)速度，節(jié)約了大量的人力和物力。南京造幣廠生產(chǎn)的印鈔機(jī)是機(jī)器視覺(jué)在印刷行業(yè)的典型應(yīng)用。南京造幣廠是中國(guó)唯一的印鈔造幣機(jī)械定點(diǎn)制造廠，屬?lài)?guó)家專(zhuān)控的重要企業(yè)。其開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的YBW2150造幣機(jī)工藝要求極為嚴(yán)格。為保證每一道生產(chǎn)工序的可靠性，必須對(duì)生產(chǎn)中的產(chǎn)品進(jìn)行100％檢測(cè)。2000年10月新發(fā)行的第5套人民幣中，壹圓硬幣的側(cè)邊加工采用高速滾邊機(jī)，增強(qiáng)了防偽功能。鑒于生產(chǎn)過(guò)程的嚴(yán)格控制要求，南京造幣廠的工程師們，選定在造幣的最后一道工序上安裝視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。最后一道工序即壓印工藝，完全是在線檢測(cè)。對(duì)圖像檢測(cè)系統(tǒng)提出了更高要求。首先是高速性，既要求CCD相機(jī)是高速的，同時(shí)圖像識(shí)別系統(tǒng)也要求計(jì)算速度和存儲(chǔ)能力很強(qiáng)。當(dāng)硬幣下落時(shí)，速度類(lèi)似自由落體。平均速度10件／s，那么每件測(cè)量的時(shí)間必須小于100ms，同時(shí)考慮物體運(yùn)動(dòng)速度均勻，應(yīng)盡量采用高速系統(tǒng)。松下電工的新視覺(jué)產(chǎn)品A210通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)，其觸發(fā)、圖像采集和計(jì)算的時(shí)間之和在40ms之內(nèi)，完全滿(mǎn)足要求。另外就是確定相機(jī)拍攝位置。由于硬幣在高速運(yùn)行中，要準(zhǔn)確地拍攝，必須有同步觸發(fā)信號(hào)。為此，采用了高速反射式光纖傳感器檢測(cè)。在照明方面，為了削弱硬幣弧形邊緣的高反光效應(yīng)，得到較好的圖像質(zhì)量，采用的是兩組LED環(huán)形燈加頻閃控制器配合圖像采集。在多方調(diào)研、實(shí)驗(yàn)、安裝調(diào)試后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年的生產(chǎn)驗(yàn)證，達(dá)到了100％的不良品檢出率。2000年12月底國(guó)家造幣印鈔總公司對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了鑒定，并建議在全行業(yè)內(nèi)推廣。2.3在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)產(chǎn)品十分豐富，故對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)，實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，以產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益，其意義十分重大。如水果，根據(jù)其顏色、形狀和大小等特征參數(shù)；禽蛋，根據(jù)其色澤、重量、形狀和大小等外部特征；煙葉，根據(jù)其顏色、形狀、紋理和面積等進(jìn)行綜合分級(jí)。此外，為了提高加工后農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，對(duì)水果的壞損部分，糧食中混雜的雜質(zhì)，煙葉、茶葉中存在的異物等都可用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)并準(zhǔn)確去除。隨著工廠化農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)澆灌和施肥，也是一種重要應(yīng)用。國(guó)外已將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)成功地運(yùn)用到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)上，尤其是水果的檢測(cè)，應(yīng)用最為廣泛。無(wú)損檢測(cè)按原理可分為2種，一種是在水果外部發(fā)出一種能量，從水果對(duì)能量的輸入與輸出變化中得到水果相關(guān)的品質(zhì)特性；另一種是通過(guò)對(duì)水果本身的化學(xué)發(fā)光或紅外線放射的能量等來(lái)測(cè)定水果的品質(zhì)。水果品質(zhì)無(wú)損傷檢測(cè)的主要方法有：紫外線檢測(cè)、可見(jiàn)光檢測(cè)、近紅外線檢測(cè)、紅外線檢測(cè)、X光及CT檢測(cè)等。目前水果品質(zhì)檢測(cè)多采用人工檢測(cè)，不僅費(fèi)時(shí)、效率低下，而且與檢驗(yàn)員自身的技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，成為制約加工效率的一個(gè)瓶頸因素。利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢驗(yàn)水果具有實(shí)時(shí)、客觀、無(wú)損害等優(yōu)點(diǎn)，因而受到人們的青睞。水果分級(jí)內(nèi)容一般分為等級(jí)和大小2項(xiàng)，涉及多項(xiàng)物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)。所謂等級(jí)分級(jí)是指諸如優(yōu)、良、中、合格、等外等幾個(gè)規(guī)格，評(píng)價(jià)指標(biāo)有外觀的顏色、光澤，內(nèi)部的糖度、酸度、果肉軟硬度、有無(wú)外部損傷、內(nèi)部缺陷、奇形怪狀等；大小分級(jí)是指諸如超大、大、中、小、過(guò)小等多個(gè)規(guī)格，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括直徑、長(zhǎng)短、粗細(xì)、輕重等。傳統(tǒng)的機(jī)械式分級(jí)技術(shù)只是根據(jù)水果的大小和重量進(jìn)行分級(jí)，利用輸送帶或輸送滾子上的空洞或間隙將水果分成有限的幾個(gè)檔次。這類(lèi)分級(jí)方法通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但分級(jí)時(shí)可能由于碰撞而損傷水果，一般只用于那些對(duì)機(jī)械負(fù)荷不敏感以及隨之要作進(jìn)一步加工的水果。國(guó)外逐步發(fā)展了電子式分級(jí)技術(shù)，這種分級(jí)方法根據(jù)水果顏色，利用水果的光線反射性與輻射透過(guò)性來(lái)分級(jí)和剔除雜物?，F(xiàn)行的分級(jí)設(shè)備只能進(jìn)行大小分級(jí)，為完成各個(gè)等級(jí)的分級(jí)，需要數(shù)臺(tái)相同設(shè)備，而且每臺(tái)設(shè)備占地面積龐大。水果不同，有時(shí)分級(jí)設(shè)備也不同，專(zhuān)用性強(qiáng)，利用率低?，F(xiàn)代水果分級(jí)技術(shù)包括上線、清洗、涂蠟、干燥、分級(jí)、裝箱等多項(xiàng)流水作業(yè)程序，其中分級(jí)流程既是核心又是發(fā)展最快、現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用最多的部分?，F(xiàn)代基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的分級(jí)技術(shù)取代了人工分級(jí)，可不分先后地進(jìn)行等級(jí)和大小的自動(dòng)同時(shí)分級(jí)，大大提高了工作效率。應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行隨機(jī)取樣，計(jì)算機(jī)根據(jù)隨機(jī)取樣的圖像可以計(jì)算出這個(gè)圖像內(nèi)水果的尺寸大、中、小和品質(zhì)優(yōu)、良、中、差等分級(jí)信息及受損情況、所占比例等，并作出綜合質(zhì)量判斷。這種方法不僅省時(shí)省力而且客觀公正。全自動(dòng)機(jī)器視覺(jué)分級(jí)系統(tǒng)一般由CCD攝像頭、檢測(cè)裝置、傳送裝置、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)等組成。在水果分級(jí)過(guò)程中，水果位于傳送帶上，攝像機(jī)配置在傳送帶的上方及周邊，在傳送帶的兩側(cè)安裝有無(wú)損傷檢測(cè)裝置。當(dāng)水果通過(guò)攝像機(jī)時(shí)，水果的顏色、大小、形狀、表面損傷情況等均被記錄下來(lái)，這些信息通過(guò)計(jì)算機(jī)處理即可完成一般分級(jí)作業(yè)(如圖2所示)。2.4在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)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(duì)X射線透視圖、核磁共振圖像和CT圖像進(jìn)行適當(dāng)疊加，然后進(jìn)行綜合分析；還有對(duì)其它醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，如利用數(shù)字圖像的邊緣提取與圖像分割技術(shù)，自動(dòng)完成細(xì)胞個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)或統(tǒng)計(jì)。在制藥生產(chǎn)線上，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以對(duì)藥品包裝進(jìn)行檢測(cè)，以確定是否裝入正確數(shù)量的藥粒。這樣不僅節(jié)省了人力，而且大大提高了準(zhǔn)確率和效率。目前大多數(shù)制藥廠在藥片包裝生產(chǎn)線上，一般采用人工目測(cè)的方法分揀次品，檢測(cè)人員的工作狀況對(duì)于檢測(cè)效果有著很大的影響，而且這種工作方式檢測(cè)效率低、成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。手工勞動(dòng)的介入嚴(yán)重影響了藥片包裝生產(chǎn)線的工作效率，不但浪費(fèi)了大量的勞動(dòng)力資源，而且包裝質(zhì)量不能從根本上得到保證。有些廠家采用長(zhǎng)時(shí)間錄像機(jī)錄像方式來(lái)彌補(bǔ)由于人工檢測(cè)所帶來(lái)的失誤，但這失去了實(shí)時(shí)檢測(cè)的意義，同時(shí)也存在檢測(cè)成本高的問(wèn)題。利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)代替人進(jìn)行藥片包裝缺損檢測(cè)，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本?；跈C(jī)器視覺(jué)技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集機(jī)器視覺(jué)、光傳感器和機(jī)電等技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有計(jì)算精度高、速度快的特點(diǎn)，能迅速而準(zhǔn)確地檢測(cè)出藥片包裝的缺損，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析，從而對(duì)成品和廢品進(jìn)行可靠分離。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)總體上由硬件和軟件2個(gè)部分組成，其工作原理是：包裝好的藥片在傳送裝置中傳輸，傳送裝置在機(jī)器中分為2個(gè)區(qū)域：檢測(cè)區(qū)和分離區(qū)。在檢測(cè)區(qū)，通過(guò)高速CCD攝像機(jī)將傳送中的連續(xù)的藥片圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)對(duì)記錄下的圖像進(jìn)行分析，分辨出未填置藥片的廢板。當(dāng)藥板完成切割進(jìn)入分離區(qū)時(shí)，橫向安置的噴槍射出高壓氣體把廢板快速吹出，落入廢品箱，而成品藥板正常落入成品區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)成品和廢品的分離?；跈C(jī)器視覺(jué)技術(shù)的藥片包裝缺損檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了充分利用原生產(chǎn)線，并有效地進(jìn)行藥片包裝缺損檢測(cè)，可在檢測(cè)區(qū)安裝兩臺(tái)CCD攝像機(jī)進(jìn)行可靠檢測(cè)，并加裝適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)備增強(qiáng)檢測(cè)效果。這種能代替人工檢測(cè)、分類(lèi)工作的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，能夠大幅度降低檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，并為勞動(dòng)者創(chuàng)造舒適的工作環(huán)境。利用機(jī)器視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)代替人工進(jìn)行藥片包裝檢測(cè)具有實(shí)用價(jià)值，特別在自動(dòng)化生產(chǎn)線上代替人工從事快速、單調(diào)的產(chǎn)品檢驗(yàn)工作，可以達(dá)到快速和準(zhǔn)確的效果。3結(jié)束語(yǔ)機(jī)器視覺(jué)的誕生和應(yīng)用，極大地解放了人類(lèi)勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平，改善了人類(lèi)生活狀況，具有很好的應(yīng)用前景。該項(xiàng)技術(shù)目前在我國(guó)正處于起步階段，急需廣大科技工作者的共同努力，來(lái)迅速提高我國(guó)機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展與應(yīng)用水平，為現(xiàn)代化建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)：[1]段峰，王耀南，雷曉峰，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用綜述[J]．等．自動(dòng)化博覽，2002，19(3)：59—62．[2]SINGHN，DELWICHEM．Machinevisionmethodsfordefect