榮譽(yù) 曲夢可

摘 要：闡述了在研究生教學(xué)中引入機(jī)器視覺理論與技術(shù)內(nèi)容方法，細(xì)化了機(jī)器視覺理論與技術(shù)內(nèi)容引入方法，通過概念引入和算法引入實(shí)現(xiàn)研究生培養(yǎng)入門，提出了任務(wù)和項(xiàng)目式能力提升方法，通過任務(wù)和項(xiàng)目逐步實(shí)現(xiàn)研究生的培養(yǎng)，通過研究生的指導(dǎo)實(shí)踐驗(yàn)證了上述方法的有效性，為高端機(jī)器視覺領(lǐng)域工程技術(shù)人才教學(xué)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；研究生教學(xué)；指導(dǎo)方法

隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，基于無人感知、無人識(shí)別、無人執(zhí)行、無人制造、無人數(shù)據(jù)采集、無人生產(chǎn)工藝和任務(wù)下達(dá)技術(shù)的全柔性生產(chǎn)線正逐漸成為制造業(yè)的主要發(fā)展方向。其中，無人感知和識(shí)別技術(shù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，目前的生產(chǎn)線無人感知和識(shí)別技術(shù)主要通過機(jī)器視覺、標(biāo)碼追溯、RFID視頻技術(shù)等方法實(shí)現(xiàn)，機(jī)器視覺是最主要的無人感知和識(shí)別實(shí)現(xiàn)方法，在整個(gè)智能制造生產(chǎn)線中占有重要地位。然后，目前我國的工科專業(yè)目錄和高等教育體系中，沒有專門針對(duì)應(yīng)用類機(jī)器視覺的研究生專業(yè)，僅有一些高校設(shè)置了圖像處理類的專業(yè)方向，導(dǎo)致制造業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用方面人才極為短缺。

依托我國已有的研究生教育體系，在相關(guān)專業(yè)的研究生教學(xué)中引入機(jī)器視覺理論與應(yīng)用技術(shù)方面的教學(xué)和研究內(nèi)容，并通過企業(yè)工程項(xiàng)目案例調(diào)動(dòng)研究生從事開發(fā)的積極性，可以有效提高人才培養(yǎng)效率。

1 機(jī)器視覺理論與技術(shù)內(nèi)容引入方法

1.1 機(jī)器視覺與工業(yè)應(yīng)用概念引入

視覺及圖像處理技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)很久，但是，視覺機(jī)器真正大規(guī)模進(jìn)入制造業(yè)應(yīng)用是近10年開始的，尤其是針對(duì)具體行業(yè)、具體工藝、具體環(huán)節(jié)的應(yīng)用是隨著代表性企業(yè)康耐視、基恩士等工程類視覺產(chǎn)品公司的大量推廣和應(yīng)用展開的。要在研究生教學(xué)過程中引入機(jī)器視覺與工業(yè)應(yīng)用的概念，最有效的方法就是讓學(xué)生通過康耐視、基恩士等成熟視覺產(chǎn)品的使用、實(shí)驗(yàn)性開發(fā)、練習(xí)等，逐漸從應(yīng)用方法、工程效果的角度理解機(jī)器視覺產(chǎn)品，從而更直觀有效地掌握機(jī)器視覺在工程領(lǐng)域的定位。

因此，可以通過集成式機(jī)器視覺系統(tǒng)，在開放的視覺算法軟件基礎(chǔ)上二次開發(fā)，通過工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光源等的組合應(yīng)用，使學(xué)生從應(yīng)用入手，逐漸升級(jí)到理論層面，這樣可以取得較為理想的效果。

1.2 開源視覺算法軟件及方法引入

在學(xué)生通過產(chǎn)品和應(yīng)用及的視覺系統(tǒng)對(duì)工程應(yīng)用有了直觀理解后，可以在研究生教學(xué)過程中逐步升級(jí)理論深度。目前，較為普及的開源視覺算法軟件例如OPEN CV等可以為研究生提供良好的開源環(huán)境和廣闊的二次開發(fā)空間。此階段可以通過給學(xué)生引入大量的開源視覺算法，讓學(xué)生探索底層視覺算法的奧秘和應(yīng)用，從而建立學(xué)生的興趣。

2 任務(wù)和項(xiàng)目式能力提升方法

2.1 通過任務(wù)實(shí)現(xiàn)能力提升方法

當(dāng)研究生具有一定的機(jī)器視覺算法和工程應(yīng)用基礎(chǔ)后，可以通過給學(xué)生布置模塊、功能式任務(wù)的方式，讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)性獨(dú)立開展視覺項(xiàng)目的開發(fā)。具體開發(fā)過程可以使先使用成熟產(chǎn)品的PCBASE系統(tǒng)進(jìn)行功能開發(fā)，當(dāng)完成任務(wù)和實(shí)現(xiàn)功能后，可以逐步升級(jí)為采用OPENCV等自編底層算法進(jìn)行任務(wù)開發(fā)。在任務(wù)階段，可以按照識(shí)別、測量、定位引導(dǎo)、讀二維碼、讀條碼、讀OCR碼等不同視覺功能及領(lǐng)域，有針對(duì)性地進(jìn)行任務(wù)布置和效果檢驗(yàn)。

2.2 通過項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)能力提升方法

當(dāng)本科生已經(jīng)進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的核心領(lǐng)域的時(shí)候，可以通過開展同年級(jí)、通課題組學(xué)生競爭的方式進(jìn)行培養(yǎng)。具體的競爭式培養(yǎng)方法為：首先確立各位學(xué)生的第一階段任務(wù)，然后，在進(jìn)入第二階段任務(wù)時(shí)進(jìn)行橫向比較，只為第一階段完成較好的學(xué)生提供優(yōu)先進(jìn)入第二階段任務(wù)的機(jī)會(huì)。這樣可以在激勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生的同時(shí)，有效鞭策懶散學(xué)生，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題質(zhì)量的全面提高。

2.3 通過項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)進(jìn)行量化考核

當(dāng)研究生已經(jīng)完成并通過任務(wù)階段的能力培養(yǎng)與提升后，可以采用實(shí)際工程項(xiàng)目的方式對(duì)研究生的視覺工程應(yīng)用能力進(jìn)一步培養(yǎng)和提升。項(xiàng)目的來源可以是實(shí)際生產(chǎn)線的一個(gè)部分或者集成式單元，也可以是基于視覺的識(shí)別測量單機(jī)設(shè)備。通過給研究生確立項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)、技術(shù)路線、方法規(guī)劃等步驟，讓研究生跟隨項(xiàng)目的思路并逐步完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)施全過程，從而以更直接的角度掌握機(jī)器視覺在工程應(yīng)用的開發(fā)和實(shí)施過程。

3 機(jī)器視覺實(shí)際開發(fā)過程案例實(shí)踐

本文作者通過給2015級(jí)工程碩士研究生布置機(jī)器視覺領(lǐng)域的碩士研究生課題，并按照上述概念引入、視覺算法及開發(fā)方法引入、任務(wù)提升、項(xiàng)目提升、項(xiàng)目效果考核的過程，對(duì)研究生進(jìn)行指導(dǎo)和培養(yǎng)。在研究生指導(dǎo)過程中，給研究生設(shè)定的碩士課題題目為：手眼伺服作業(yè)機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)的研究，該課題是以機(jī)器視覺系統(tǒng)為傳感層，通過工業(yè)相機(jī)識(shí)別并定位工件位置，然后將工件位置坐標(biāo)傳輸給工業(yè)機(jī)器人，由工業(yè)機(jī)器人根據(jù)視覺系統(tǒng)的引導(dǎo)對(duì)工件進(jìn)行加工和作業(yè)。開發(fā)過程中，研究生首先采用康耐視的PCBASE系統(tǒng)完成了上述任務(wù)目標(biāo)，以此為基礎(chǔ)，研究生又采用OPENCV自編視覺算法完成了同樣的任務(wù)目標(biāo)，最終使學(xué)生在充分掌握機(jī)器視覺系統(tǒng)工程應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，能夠獨(dú)立采用自編算法開發(fā)視覺系統(tǒng)。

4 結(jié)語

通過在研究生教學(xué)中引入機(jī)器視覺理論與技術(shù)內(nèi)容的探索與實(shí)踐，逐步總結(jié)并建立一套適應(yīng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)趨勢的機(jī)器視覺高端工程人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)更多有應(yīng)用能力的高端機(jī)器視覺領(lǐng)域人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新生，張華強(qiáng).構(gòu)建導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)促進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新[J].高教學(xué)刊，2018，（16）：2931.

[2]蔣霞.理工類研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的差異化模式建構(gòu)[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2016，10（4）：108112.

[3]劉霞，錢同惠.基于協(xié)同創(chuàng)新的地方高校研究生培養(yǎng)模式研究[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2018，（7）：101105.

課題來源：河北科技師范學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目：聯(lián)合國家級(jí)研究院培養(yǎng)智能系統(tǒng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)模式探索（編號(hào)：JYZL201706）

作者簡介：榮譽(yù)（1981），男，副教授，主要從事并聯(lián)機(jī)器人理論及應(yīng)用研究。