王華溢

(新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊830008)

1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

1.1 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)理論

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要是通過(guò)模擬人眼視覺功能，并在數(shù)據(jù)和圖像中提取關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形態(tài)、數(shù)據(jù)的有效識(shí)別。通常情況下，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以利用輸入法對(duì)透射景物時(shí)產(chǎn)生的灰度陣列進(jìn)行表達(dá)，但由于輸入陣列可以通過(guò)不同的方向、角度以及時(shí)間獲得景物符號(hào)的描述。因此陣列表達(dá)可以描述多個(gè)不同的數(shù)據(jù)信息，在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)基礎(chǔ)理論的研究過(guò)程中，可以將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)大致分為三個(gè)階段[1]。第一個(gè)階段是早期視覺技術(shù)階段，這個(gè)階段的主要目的是為了更好地對(duì)周圍景物特征進(jìn)行提取，通常提取的景物有距離、材料、方向等數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地處理和分析。第二個(gè)階段是中期視覺階段，以觀察者為核心，可以形成一個(gè)坐標(biāo)系，并利用這個(gè)坐標(biāo)系對(duì)周圍景物進(jìn)行有效描述，然后結(jié)合實(shí)際情況對(duì)景物進(jìn)行重建，同時(shí)對(duì)景物表面以及體積分割的不同景物進(jìn)行結(jié)合，可以使中期視覺處理只能對(duì)可見物進(jìn)行有效描述。第三個(gè)階段是后期視覺處理階段，使用中期處理得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)建立合適的觀察者來(lái)識(shí)別三維圖形，但由于在這個(gè)過(guò)程中，描述和實(shí)際觀察視角沒有顯著存在的關(guān)系，所以需要將物體作為中心坐標(biāo)，同時(shí)使用符號(hào)結(jié)構(gòu)描述相關(guān)的三維結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系，其具體關(guān)系如圖1所示。

圖1 計(jì)算機(jī)視覺三階段

1.2 與計(jì)算機(jī)視覺相關(guān)的領(lǐng)域

由于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是一種涉及多個(gè)方面的全新技術(shù)，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物神經(jīng)、心理學(xué)、物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科。因此計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要包括對(duì)圖像內(nèi)容的處理和識(shí)別，在圖像處理中，根據(jù)系統(tǒng)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并對(duì)圖像本身所代表的景物進(jìn)行描述，可以根據(jù)圖像所展示的相關(guān)特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像類別的規(guī)劃和具體劃分[2]。

1.3 計(jì)算機(jī)視覺和人類視覺

計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展是依據(jù)人類視覺而建立起來(lái)的，所以導(dǎo)致計(jì)算機(jī)視覺和人類視覺具有相同的障礙，通常這兩者之間的障礙表現(xiàn)在以下三點(diǎn)內(nèi)容。首先是對(duì)目標(biāo)識(shí)別的過(guò)程中，如何準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地識(shí)別；其次是擴(kuò)大儲(chǔ)存容量，只有擴(kuò)大儲(chǔ)存容量才能對(duì)更多細(xì)節(jié)相關(guān)的圖像內(nèi)容進(jìn)行容納；最后是構(gòu)建出有效的識(shí)別算法，并按照算法完成相應(yīng)的內(nèi)容要求，具體見表1所示。

表1 計(jì)算機(jī)視覺和人類視覺的各項(xiàng)類型比較

2 工業(yè)視覺

2.1 工業(yè)視覺的特點(diǎn)

工業(yè)視覺系統(tǒng)和傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)有著非常明顯的區(qū)別，這是因?yàn)楣I(yè)視覺系統(tǒng)圖像能夠更好地滿足我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的特殊要求。因此在傳統(tǒng)視覺工業(yè)系統(tǒng)的處理過(guò)程中，需要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行有效地測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體達(dá)到同步協(xié)調(diào)的生產(chǎn)和檢測(cè)目的[3]。在實(shí)際的工業(yè)視覺檢測(cè)過(guò)程中，將檢測(cè)結(jié)果呈報(bào)給其他部門，有利于工業(yè)視覺系統(tǒng)可以涵蓋到其他的系統(tǒng)當(dāng)中，但由于不同的系統(tǒng)有著不同的差異，所以當(dāng)工業(yè)視覺系統(tǒng)被涵蓋到其他系統(tǒng)后，很容易導(dǎo)致工業(yè)視覺系統(tǒng)能夠擁有更多的其他系統(tǒng)性功能。在我國(guó)計(jì)算機(jī)視覺工業(yè)領(lǐng)域中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)出不同的子系統(tǒng)，保證其最后可以形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，有利于使工業(yè)視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)更加清晰，同時(shí)也可以最大限度地發(fā)揮工業(yè)視覺系統(tǒng)的作用。

2.2 工業(yè)視覺的技術(shù)性能

通常在工業(yè)視覺技術(shù)性能的要求中，高質(zhì)量的檢測(cè)以及高質(zhì)量的分辨率是工業(yè)視覺系統(tǒng)最為主要的衡量目標(biāo)。但是通常情況下，工業(yè)視覺系統(tǒng)包含了環(huán)境變化以及物體大小的不同，所以對(duì)圖像的分辨率有著非常高的要求。而工業(yè)視覺系統(tǒng)在灰度變化中，需要依靠光源作為主要的指標(biāo)形式，因此在工業(yè)視覺系統(tǒng)的檢測(cè)中，相關(guān)設(shè)備必須具備足夠的靈敏度，才能快速對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)[4]。但是在空間變化的過(guò)程中，只有確保清晰的圖像分辨率，才能高效保障圖像的處理能力，對(duì)于那些影響計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的運(yùn)行性能，可以確保精準(zhǔn)的測(cè)量形式，實(shí)現(xiàn)信號(hào)來(lái)源位置、尺寸、形狀等信息開展有效地配合，在工業(yè)系統(tǒng)中，可以針對(duì)實(shí)際要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而確保工業(yè)視覺系統(tǒng)具備良好的性能。

2.3 工業(yè)視覺的應(yīng)用領(lǐng)域

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)由于具有非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，所以廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，能夠快速獲取相關(guān)的信息資料，有利于及時(shí)對(duì)相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)視覺領(lǐng)域的快速發(fā)展，使得圖像處理技術(shù)也得到了極快的發(fā)展，在對(duì)圖像處理技術(shù)不斷創(chuàng)新和完善中，促使計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確率得到了有效提升，使得工業(yè)生產(chǎn)可以達(dá)到無(wú)損檢驗(yàn)的效果，不僅提升了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也提升了產(chǎn)品效率。因此從工業(yè)視覺系統(tǒng)來(lái)看，工業(yè)視覺技術(shù)大致有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先是通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)比被測(cè)物體的圖像，可以更好地提升被測(cè)物體的檢測(cè)質(zhì)量；其次是將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)充分發(fā)揮，并對(duì)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域做出更大的貢獻(xiàn)。

3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在視覺檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，首先是在視覺檢測(cè)技術(shù)中，對(duì)圖像檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理過(guò)程需要充分考慮到每個(gè)圖像檢測(cè)輸出幀的格式，并根據(jù)相關(guān)用戶的信息進(jìn)行綜合分析處理，只有當(dāng)圖像檢測(cè)中獲得足夠精準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)后，才能使檢測(cè)結(jié)果變得更加準(zhǔn)確。其次是想要檢測(cè)結(jié)果圖像質(zhì)量得到穩(wěn)定提升，就必須考慮對(duì)源頭圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)預(yù)處理圖像技術(shù)提供必要的技術(shù)條件，從而幫助并提升檢測(cè)的圖像質(zhì)量[5]。最后是可以借助模型分析的方式，建立一定的能量模板后，可以形成對(duì)應(yīng)的模型，有利于更好地對(duì)相關(guān)檢測(cè)物體能量的分析對(duì)比，不但可以直接獲得比較真實(shí)的能量分析效果，還可以獲得足夠的能量分配。同時(shí)在利用這些數(shù)據(jù)處理時(shí)，可以做到對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的前提預(yù)測(cè)，能夠更好地監(jiān)控這些數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)工作的處理過(guò)程得到大幅度的提升，才能有效地提高實(shí)際數(shù)據(jù)的檢測(cè)效率和工作質(zhì)量。

3.2 在圖像預(yù)處理技術(shù)中的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用中，圖像預(yù)處理技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)有著非常重要的影響，因此利用圖像預(yù)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的處理和分析，隨后結(jié)合數(shù)據(jù)處理的能力，對(duì)圖像內(nèi)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，可以使圖像預(yù)處理技術(shù)工作變得更加簡(jiǎn)單。因此計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，能夠?qū)D像預(yù)處理技術(shù)與模板技術(shù)結(jié)合在一起，從而在很大程度上減少工作中的技術(shù)難度，同時(shí)結(jié)合實(shí)際技術(shù)要求對(duì)圖像及時(shí)進(jìn)行預(yù)處理，可以提升圖像的使用效率[6]。由于圖像預(yù)處理技術(shù)目前已經(jīng)得到了有效應(yīng)用，所以隨著圖像預(yù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)過(guò)多次圖像預(yù)視化處理后，將傳統(tǒng)圖像處理中的二維數(shù)值進(jìn)行邊緣化提取顯示，并在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)視覺圖像技術(shù)領(lǐng)域中提取預(yù)處理技術(shù)節(jié)點(diǎn)算法，使預(yù)處理結(jié)果精準(zhǔn)化的程序檢測(cè)穩(wěn)定性得到提升。

3.3 在模板匹配技術(shù)中的應(yīng)用

模板匹配技術(shù)在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用中，需要提前設(shè)定模板和工業(yè)生產(chǎn)中需要檢測(cè)的物體，并對(duì)模板進(jìn)行有效的匹配和對(duì)比分析，從而利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行解決。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于那些比較細(xì)微的問(wèn)題，還可以用模板匹配技術(shù)進(jìn)行問(wèn)題分析，因此在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的實(shí)際使用中，需要和模板相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)物體的提前預(yù)設(shè)，只有當(dāng)模板和實(shí)際物體的圖像比較相似的情況下才能進(jìn)行分析，可以獲得最真實(shí)的檢測(cè)結(jié)果。將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用到模板匹配技術(shù)中，可以實(shí)現(xiàn)全方位、立體化的對(duì)比，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速?gòu)?qiáng)化的作用[7]。在模塊匹配中，作為相似性度量的方式，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在距離衡量上具有非常高的相似性，這是因?yàn)樵谀０迤ヅ渲行枰Ⅻc(diǎn)與點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在用來(lái)處理很多特征點(diǎn)的情況時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)性比較高且具有很強(qiáng)的抗干擾能力和容錯(cuò)能力情況下，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)通常在實(shí)際使用過(guò)程中卻具有非常良好的效果。而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在模板匹配中對(duì)兩個(gè)給定的有限點(diǎn)集分別用A、B兩點(diǎn)標(biāo)示，兩點(diǎn)分別為A={a1，a2，...ap}和B={b1，b2，...bq}，使得A、B兩點(diǎn)之間的距離可以定義為：h(A，B)=max[h(A，B)，h(B，A)]。其公式標(biāo)示為h(A，B)=max min‖a-b‖。在公式中A和B之間的接近程度，則表示集中每一點(diǎn)與另外一點(diǎn)集中距離很接近時(shí)，它的數(shù)據(jù)就越小，反之亦然，而整個(gè)距離的大小與兩點(diǎn)最不匹配的距離有著一定的關(guān)系，通常對(duì)于原理中心的噪聲點(diǎn)則是非常的敏感。在對(duì)不同點(diǎn)的集中匹配時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x取相關(guān)值，可以排除圖形輪廓畸變和噪音聲帶點(diǎn)的匹配結(jié)果。

4 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的影響

4.1 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用范圍的拓寬

從總體效果來(lái)看，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，同時(shí)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)還可以更好地提升圖像處理精度。因此在工業(yè)領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，使圖像處理能力和視覺檢測(cè)能力得到提升，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)，由于檢測(cè)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定，所以在工業(yè)視覺系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要應(yīng)用在視覺檢測(cè)和工業(yè)機(jī)器人這兩種系統(tǒng)當(dāng)中。在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展中，計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)給工業(yè)自動(dòng)識(shí)別和加工提供了視覺技術(shù)支持，最終促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

4.2 對(duì)應(yīng)用性能的提升

通常情況下，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)視覺系統(tǒng)中，而工業(yè)領(lǐng)域中判定應(yīng)用成果的最重要指標(biāo)是分辨率，所以對(duì)于不同的工業(yè)環(huán)境和元件體積，所需的視覺分辨率要求也有所不同[8]。針對(duì)這種情況，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)就需要在特定的條件下對(duì)工業(yè)產(chǎn)品做出精準(zhǔn)的檢測(cè)，在未來(lái)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)工業(yè)化發(fā)展中，站在空間和灰度變化方面實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像分辨率和精度的提升，可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)工業(yè)產(chǎn)品性能的要求，最終能夠很好地完成對(duì)工業(yè)元件尺寸、形狀以及大小的精準(zhǔn)核算。

5 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中，有利于促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，而在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)中，加強(qiáng)對(duì)圖像成型、模板匹配、檢測(cè)等技術(shù)的綜合性分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品精準(zhǔn)的檢測(cè)，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，大幅度提高了工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率，因此計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)具有極高的推廣價(jià)值。