薛峰　陳川

摘要：機器視覺技術(shù)是由多學(xué)科交叉形成的新興學(xué)科，在眾多領(lǐng)域均有所應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟實力的不斷提升，科學(xué)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，該學(xué)科在理論與實踐上有了迅猛的發(fā)展。文章簡要地闡述了機器視覺中的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展的狀況，同時綜合性地敘述了其在工業(yè)上的應(yīng)用，以期時今后該學(xué)科的研究與應(yīng)用有所幫助。

關(guān)鍵詞：機器視覺技術(shù)；計算機視覺；自動檢測；圖像信號處理；工業(yè)應(yīng)用

從字面意思理解，機器視覺技術(shù)是利用計算機來替代人的視覺，換句話說，也就是利用計算機來代替人的視覺來對現(xiàn)實事物進行三維判定。該項技術(shù)是人工智能中一門重要的處于蓬勃發(fā)展中的分支學(xué)科。機器視覺技術(shù)是由計算機、人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、圖像處理、心理物理學(xué)等眾多學(xué)科相交叉產(chǎn)生的一門新興學(xué)科。該項技術(shù)有著速度快、精度高、噪音小、抗擾能力強、使用方便等諸多優(yōu)勢，可以在相對惡劣的條件下進行工作，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和降低勞動成本。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)生產(chǎn)中。

1 機器視覺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 光源照明技術(shù)

選取的光源和照明方案的效果好壞直接影響機器視覺系統(tǒng)的成功與否。優(yōu)質(zhì)的光源和照明方案要盡可能做到突出物體特征、又有極高的對比度、確保整體亮度等。通常情況下選取透射光或反射光。在選擇照明設(shè)備時要滿足幾何形狀的要求，并要對其使用壽命進行考慮。

1.1.1 光學(xué)鏡頭

光學(xué)鏡頭在進行成像時的質(zhì)量將會對機器視覺技術(shù)的使用有著直接的影響。一般情況下，光學(xué)鏡頭有定焦和變焦兩類。在相同的檔次下，定焦比變焦的成像要更好，所以優(yōu)先選取變焦鏡頭。另外，還要考慮焦距、接口等因素。

1.1.2 攝像機

在獲取圖像時通常有主動和被動視覺兩類。攝像機是最為常用的被動視覺元件，主要的核心在于電子耦合器。電子耦合器有著質(zhì)量輕、體積小、成像清晰、壽命長等優(yōu)勢，在機器視覺中有著廣泛的應(yīng)用。

1.1.3 圖像采集卡

圖像采集卡是連接圖像采集與處理部分的重要元件。因為在進行圖像信號傳輸時要求傳輸速度極高，一般的傳輸接口無法達到需求，這便是需要使用圖像采集卡的重要原因。部分高檔的圖像采集卡擁有DPS處理模塊，可以對圖像進行一定的提前處理。

1.2 信號處理

對已經(jīng)采集到的信號進行處理，這是機器視覺技術(shù)中最為關(guān)鍵的一步?，F(xiàn)在多數(shù)的較為先進的處理技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于其中。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，眾多的計算機、微電子和集成電路技術(shù)不斷進步，為圖像處理提供了優(yōu)質(zhì)的硬件支持。

1.3 執(zhí)行機構(gòu)

執(zhí)行機構(gòu)是可以使機器視覺系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的最后元件。要確保其在進行制作與安裝過程中的精度，此外在設(shè)計過程中，充分考慮穩(wěn)定性等。但是由于現(xiàn)在以計算機為基礎(chǔ)尚未進行模塊化，安裝上存在困難，尤其是工業(yè)上已經(jīng)大量使用的PLC接口進行連接時存在問題。

2 應(yīng)用于工業(yè)上的機器視覺技術(shù)

視覺技術(shù)最重要的優(yōu)勢便是可以不與被觀測物體直接接觸，不會對觀測者與被觀測對象造成損害，非常安全，這是其他感官所無法替代的。通常來講，人類肉眼無法觀測到的機器視覺是完全可以辦到的，也就是可以擴大肉眼的視覺范圍。而且機器可以在人類無法適應(yīng)的環(huán)境下進行工作，沒有疲勞地進行長時間的工作，因此可以應(yīng)用于眾多的長時間工作于惡劣環(huán)境中。但是，當(dāng)前的機器視覺尚處于對平面圖像的識別與處理，對于立體的成像相對有限。

2.1 在自動檢測中的應(yīng)用

自動檢測是在自動化生產(chǎn)過程中的極其重要的步驟。機器視覺已經(jīng)廣泛使用于自動檢測系統(tǒng)中，檢測方式主要有兩種方式，即幾何測量測試與自動識別檢測。

在制造技術(shù)中有著不可替代作用的技術(shù)便是幾何測量技術(shù)。以前使用的測量技術(shù)在讀數(shù)時非常繁瑣，測量時間較長，人工測量時有著極大的誤差，自動化程度不高。測量技術(shù)在測試領(lǐng)域是新發(fā)展起來的技術(shù)，它的發(fā)展有著視覺技術(shù)推動的結(jié)果。當(dāng)前時期主要有工業(yè)CT、激光掃描、激光雷達、結(jié)構(gòu)光測量等方式，它們均有著自身的優(yōu)勢與不足。自動識別檢測主要在產(chǎn)品外形或表面探傷上進行應(yīng)用，這類系統(tǒng)的技術(shù)相對較為成熟。

2.2 在智能裝配中的應(yīng)用

在當(dāng)今社會的工業(yè)生產(chǎn)中，裝配工作占整個商品生產(chǎn)過程中的主要部分，而且裝配質(zhì)量的好壞將會直接影響產(chǎn)品的性能。裝配工作因為有著復(fù)雜以及多樣性的特點，在對其應(yīng)用自動化技術(shù)過程中存在諸多的困難。視覺系統(tǒng)可以極大地減少產(chǎn)品的研發(fā)時間，在不進行更改硬件的基礎(chǔ)上對各類零部件進行相應(yīng)的處理。機器視覺技術(shù)不但能夠完成相對簡單的工作，而且可以在極其惡劣或者有害的環(huán)境內(nèi)進行裝配工作的展開。當(dāng)前時期在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)引進了大量的含有視覺系統(tǒng)的機器人進行工作。目前對于裝配過程中機器視覺的難點在于對立體物體的識別與定位，今后的主要研究方向是三維重建以及立體匹配。

3 視覺伺服系統(tǒng)

視覺可以進行不需接觸便可以測量的特點使其在伺服系統(tǒng)中有著非常重要的作用。一種較為普遍的應(yīng)用便是使視覺傳感與操作結(jié)合于同一個開環(huán)的系統(tǒng)內(nèi)，伺服系統(tǒng)的精確度只由視覺傳感以及執(zhí)行機構(gòu)二者的精確度進行影響。它的視覺控制使用的是開環(huán)視覺方式，也就是說，將圖像中包含物體的特征進行提取，同時利用該信息進行相應(yīng)執(zhí)行，機構(gòu)會有所反映，這里的視覺信息只是作為指令來進行使用。通常根據(jù)誤差信號對視覺伺服系統(tǒng)進行分類，可以分為以位置和圖像為基礎(chǔ)以及混合兩種形式的系統(tǒng)。

4 結(jié)語

根據(jù)對國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的研究，機器視覺技術(shù)已經(jīng)成為各國大力發(fā)展與研究的方向。眾多行業(yè)對其的需求成為推動機器視覺系統(tǒng)向前發(fā)展的動力源。我國的理論研究已經(jīng)處于世界先進水平，但是實際應(yīng)用卻有所不足。對此，我國要對國際上的發(fā)展情況加以跟進，結(jié)合我國包括工、農(nóng)、醫(yī)、軍事、交通等各行業(yè)的實際情況展開對視覺技術(shù)的研究，進行視覺技術(shù)實際應(yīng)用情況的研究，促進機器視覺化在我國的快速發(fā)展，增加實際應(yīng)用的能力，以此推動我國現(xiàn)代化的建設(shè)水平。