機器視覺系統的應用研究

呂芳芳

摘 要：機器視覺是一項涵括了光、機、電及計算機圖像處理的綜合技術，目前機器視覺已經廣泛地應用于各個方面，代替了許多人類需要完成的重復復雜的任務。

關鍵詞：機器視覺；自動化；圖像處理

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）23-0012-021 機器視覺的定義

機器視覺是用機器來代替人的眼精來做測量和判斷的一門技術。機器視覺系統是通過圖像攝取裝置將被攝取目標轉換成圖像信號，并且傳送給專用的圖像處理系統，把圖像信息轉變成數字化信號；圖像系統對處理好的信號進行運算抽取目標特征，從而根據目標特征來控制現場設備的動作。

2 機器視覺技術的發展

機器視覺這門技術從80年代開始全球獲得了蓬勃發展，不斷涌現出新的理念。在中國該項技術自起步發展至今，機器視覺已經有20多年的歷史，其功能以及應用范圍隨著工業自動化的發展逐漸完善和推廣。研究領域發展十分迅速。機器視覺的發展已有20多年。1990年以前，僅僅在大學和研究所中有一些研究圖像處理和模式識別的實驗室。1990～1998年為初級階段。主要的國際機器視覺廠商還沒有進入中國市場。越來越多的電子和半導體工廠帶有機器視覺的整套的生產線和高級設備被引入中國。1998～2002年定義為機器視覺概念引入期。在此階段，許多著名視覺設備供應商，開始接觸中國市場尋求本地合作伙伴。從2002年至今，我們稱之為機器視覺發展期，中國機器視覺呈快速增長趨勢并且應用范圍廣泛。

現在，機器視覺仍然是一個非常活躍的研究領域，目前國際上從事機器視覺技術研究較為成功的企業主要有：美國邦納工程公司、捷達科技有限公司、東芝泰力株式會社等。國內深圳、廣州、西安等地此項技術發展較為迅速。比如深圳市視覺龍科技、廣州三拓識別技術有限公司等。

3 機器視覺技術的工作原理

機器視覺是一項包括了光學成像、傳感器、圖像處理、機械工程等光、機、電及計算機圖像處理的綜合技術。

它一般包括照明、鏡頭、CCD相機、圖像處理軟件、圖像處理單元、監視器和動作執行機構等。其工作流程如圖1所示。首先光源投射到被測物體，通過CCD相機捕捉獲取被測目標的相關圖像信息，然后通過PC機等設備A/D變換轉換成數字信號傳給圖像處理單元，圖像處理單元對捕捉到的像素進行分析運算來提取目標特征，輸出判別結果，最后把處理過的相關信息傳輸給執行機構。

4 機器視覺技術的特點

機器視覺系統最大特點是可以提高生產的柔性和自動化程度。通常機器視覺可以代替一些人的視覺難以滿足要求的場合或者不適合人工作業的工作環境。另外機器視覺系統在檢查大批量生產過程中體現了速度快、精度高等特點。比如產品包裝生產線的自動化程度很高，用視覺識別系統代替人工進行在線檢測，可以大大提高生產效率。雖然機器視覺系統的優點很突出但是也有它的局限性，所以要根據檢測對象的不同特點采取適合的方案。

5 機器視覺技術的應用

當前機器視覺的應用主要體現在以下三個方面：

第一是檢測功能，它是機器視覺系統在實際中應用最多的一項功能。能夠檢測出包裝、印刷有無錯誤、劃痕等表面的相關信息。

第二是定位功能，能夠自動判斷被檢測物體的位置，并將位置信息輸出。它主要在全自動裝配和生產過程中使用。比如自動包裝、機械手等執行機構。

第三是測量功能，主要是自動測量被檢測物體的外輪廓尺寸等，提高了人工作業的測量精度。

6 機器視覺技術的發展趨勢

構建一個合格的機器視覺系統離不開合理的硬件搭配和可靠的控制程序。對于視覺系統的未來研究過程中，圖像處理技術和運動控制技術將是整個視覺控制系統開發工作的重點。機器視覺的發展趨勢主要有四點。

趨勢一：產品標準化。目前從事機器視覺軟硬件開發研究的公司中都開發自己獨立的產品，導致各個公司生產的硬件產品不能通用，軟件兼容性也存在一定的問題，造成了資源的浪費。因此，有必要設立產品軟硬件的行業標準，規范各種接口定義和技術指標，降低用戶使用成本。

趨勢二：產品集成化。越來越多的公司正在開發集成有圖像處理芯片的攝像機，這類攝像機在完成圖像采集任務的同時，可以對圖像進行預定的處理，輸出用戶指定的信息或者一定標準的圖像，由于采用硬件處理圖像，一般可以達到很高的處理速度，減少系統等待時間。

趨勢三：圖像處理軟件的人性化。雖然現在的圖像處理軟件還需要具有圖形處理知識背景的工程人員去使用，但是這些軟件都在向著一個共同的趨勢改變，那就是軟件使用變得越來越簡單，功能劃分越來越細致具體。很多開發軟件還提供了開發助手等工具，使即使沒有專業知識的工程人員也可以很快的編寫出滿足要求的處理流程并自動生成程序代碼。

趨勢四：機器視覺與運動控制、網絡化等技術的結合。視覺系統涉及到多種領域，是一種高度專業化的產品，在實際產品生產線上對多工序同步連續檢測時，必須使視覺系統具備分布式聯網能力。

7 機器視覺技術存在的問題

機器視覺系統在應用中也同時存在著一定的問題，比如：如何準確高速地識別出目標、解決實時性問題的能力、多傳感器融合問題、視覺系統與執行機構的協調問題、系統的穩定性問題等問題。機器視覺技術比較復雜，機器視覺不能通過省法來來描述整個視覺過程。所以機器視覺系統的建立十分復雜。但隨著機器視覺技術逐漸的成熟和發展，它一定將在制造企業中得到越來越廣泛的應用。

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