機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)與人眼檢測(cè)對(duì)比研究

周義威

摘 要 央視新聞發(fā)布的視頻《首繪2018》，為大家描摹了新時(shí)代的新藍(lán)圖。其中工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)等智能生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用備受重視，在中國(guó)制造向中國(guó)智造的轉(zhuǎn)型背景下，未來(lái)生產(chǎn)中還需要繼續(xù)投入大量工業(yè)機(jī)器人等智能自動(dòng)化設(shè)備。就此而言：未來(lái)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)自然是不言而喻的。假設(shè)：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)PK人眼檢測(cè)，結(jié)果將會(huì)怎樣呢？筆者認(rèn)為兩者各有各的優(yōu)劣勢(shì)，一時(shí)還難以區(qū)分，但不得不說(shuō)，隨著機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)不斷克服技術(shù)和成本的劣勢(shì)，逐漸可以代替部分人類(lèi)眼睛識(shí)別檢測(cè)的功能，且機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)功能有著比人眼檢測(cè)更為精準(zhǔn)的檢測(cè)功能及穩(wěn)定性（人眼長(zhǎng)時(shí)間使用極易出現(xiàn)生理疲勞），使得產(chǎn)品的缺陷在檢測(cè)過(guò)程的失誤率降低許多，正因如此，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，未來(lái)將加速智慧工業(yè)時(shí)代的進(jìn)程。

關(guān)鍵詞 人工智能；機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)；打光；精度偏差

中圖分類(lèi)號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）218-0113-02

從技術(shù)應(yīng)用角度來(lái)看。技術(shù)是限制機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)代替人眼檢測(cè)的關(guān)鍵原因。目前通過(guò)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用中，打光是其中一個(gè)難點(diǎn)，如果獲得的圖片讓人看了，還要仔細(xì)斟酌才能給出結(jié)果，那么算法就更難做了。反之如果前期搞好打光，突出所要檢測(cè)的特征，算法倒并不是很困難的東西。

相比之下，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)跟人眼檢測(cè)有個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，就是連續(xù)穩(wěn)定性。人工通過(guò)肉眼進(jìn)行檢測(cè)，即使設(shè)計(jì)很好的獎(jiǎng)懲制度，也有可能出現(xiàn)漏檢（人類(lèi)生理機(jī)制對(duì)人體的一種自然保護(hù)作用），而機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)則不會(huì)出現(xiàn)因人工肉眼檢測(cè)的疏忽大意而造成的人為漏檢。因此，產(chǎn)品外觀檢測(cè)最需要的穩(wěn)定檢測(cè)方面，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)決定是優(yōu)于人眼檢測(cè)N倍。

從成本角度來(lái)說(shuō)，就最終產(chǎn)品成本而言，將來(lái)人工成本會(huì)越來(lái)越高，企業(yè)管理也將趨于繁雜，企業(yè)優(yōu)勝劣汰的生存法則下，想必是機(jī)器逐步代替人工的日子指日可待啦！并且隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，價(jià)格逐漸下降的趨勢(shì)，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)能夠得到更好更快的普及應(yīng)用，未來(lái)機(jī)器可視化檢測(cè)應(yīng)用，必然會(huì)成為一種趨勢(shì)，就其目前制約的主要因素而言，筆者認(rèn)為有如下幾點(diǎn)：

1）機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)專(zhuān)業(yè)人才匱乏。

2）政府科技部門(mén)及企業(yè)重視程度不高。

3）機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)本身不夠完善，或是在代替人眼檢測(cè)方面功能太弱。抑或是使用及維護(hù)成本過(guò)高，企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本不堪重負(fù)，不愿使用。

舉例說(shuō)明：

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景其中之一：可以辨別細(xì)微的異物、瑕疵、缺陷。

應(yīng)用原理：

外觀檢測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)異物、污點(diǎn)、瑕疵、缺陷等，防止不良品的流出，但人工目視檢測(cè)存在精度極限。全數(shù)檢測(cè)不光耗費(fèi)人工和成本，還會(huì)因個(gè)人人為差異導(dǎo)致精度偏差和人為錯(cuò)誤。

且細(xì)微的瑕疵及污點(diǎn)等很難通過(guò)人工目視檢測(cè)被發(fā)現(xiàn)，要維持優(yōu)良品質(zhì)，必須借助顯微鏡等工具，實(shí)施放大檢測(cè)。點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，還能離線進(jìn)行顯微鏡檢測(cè)，但要檢測(cè)成千上萬(wàn)點(diǎn)時(shí)，則需要投入龐大的勞力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率大幅降低；同時(shí)還要兼顧品質(zhì)和生產(chǎn)效率。所以，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)是保證產(chǎn)品優(yōu)良不可或缺的重要手段。

理論設(shè)想曾經(jīng)提出“最小可以檢測(cè)出多小的異物及瑕疵？”的疑問(wèn)。通過(guò)如下公式，可以大致計(jì)算出該問(wèn)題的答案。

最小檢測(cè)尺寸=B÷A×C

A=感光元件的Y方向像素?cái)?shù)

B=拍攝視野（Y方向）[mm]

C=感光元件上的最小檢測(cè)像素尺寸[像素]

像素?cái)?shù)因所用的相機(jī)而異。例如，31萬(wàn)像素相機(jī)的縱向像素?cái)?shù)為480像素，而2 100萬(wàn)像素相機(jī)的像素?cái)?shù)就是4 092像素。該數(shù)值就是公式中的“A=感光元件的Y方向像素?cái)?shù)”。

而B(niǎo)項(xiàng)的拍攝視野（Y方向），可以根據(jù)所用鏡頭，自由變換為10mm～100mm之間數(shù)值。C項(xiàng)是指感光元件上可以檢測(cè)的最小像素尺寸，通常為3像素，根據(jù)條件不同，也可能是5像素。

綜合考慮到這些條件，將A=480像素、B=50 mm、C=3像素代入計(jì)算最小檢測(cè)尺寸=50÷480×3=0.312mm可以由此得出，最小可檢測(cè)0.312mm的異物及瑕疵。

假如使用2100萬(wàn)像素的高精度相機(jī)時(shí)，其最小檢測(cè)尺寸=50÷4092×3=0.037mm可檢測(cè)0.037mm的異物及瑕疵，但這是人工目視檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)的。

采用2 100萬(wàn)像素或是更高像素水平的高分辨率相機(jī)，再通過(guò)減小相機(jī)檢測(cè)視角，相應(yīng)的縮小檢測(cè)尺寸，可用來(lái)提高檢測(cè)精度。

具體應(yīng)用：

人眼目視檢測(cè)時(shí)，根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目，可能必須離線進(jìn)行外觀檢測(cè)；但只要借助機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，就能在線對(duì)異物、瑕疵、缺陷進(jìn)行正確檢測(cè)識(shí)別。正因如此，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)才被廣泛用于外觀檢測(cè)。

下面介紹一個(gè)具體應(yīng)用案例：IC產(chǎn)品缺陷圖示意分析。

IC產(chǎn)品缺陷，有些微細(xì)缺陷難以通過(guò)人工目視檢測(cè)識(shí)別，這是產(chǎn)品缺陷檢測(cè)時(shí)容易發(fā)生漏檢的重要環(huán)節(jié)。導(dǎo)入機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)后，對(duì)于細(xì)小缺陷的，也能夠?qū)崿F(xiàn)正確辨別及預(yù)處理（提示產(chǎn)品缺陷類(lèi)型）。

通過(guò)圖3與圖2的對(duì)比，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)出產(chǎn)品缺陷（圖樣對(duì)比：銀膠溢出范圍超標(biāo)），并提示報(bào)警，等待人工介入處理，由此實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外觀檢測(cè)的批量辨別及確認(rèn)；及時(shí)篩分出良品和不良品，不良品的不良類(lèi)別，通過(guò)預(yù)先設(shè)置的不良品自動(dòng)識(shí)別程序，在電子顯示屏上自動(dòng)顯示出來(lái)，人們通過(guò)電子顯示屏的觀察，一目了然，再確定下一步驟的處理。

通過(guò)一定時(shí)間間隔的勻速投放產(chǎn)品在機(jī)器視覺(jué)設(shè)備下檢測(cè)方法，由此實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化的機(jī)器外觀檢測(cè)：這種全程計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制外觀檢測(cè)方法，相比通過(guò)人眼檢測(cè)方式，失誤率極低，因而極大的節(jié)省了人工成本。

再者通過(guò)積累不同類(lèi)型的不良檢測(cè)數(shù)據(jù)，并匯總統(tǒng)計(jì)，再通過(guò)人工分析方法，還能有效用于工序改良及工藝改進(jìn)。

綜上所述：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)PK人眼檢測(cè)：其準(zhǔn)確性、優(yōu)良性、連續(xù)穩(wěn)定性相比人眼檢測(cè)是不言而喻的。

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