蔡文平 李華 李崇偉

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺系統(tǒng)是一種通過光學(xué)成像技術(shù)代替人工檢測，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和廢品率的裝置！機(jī)器視覺系統(tǒng)可根據(jù)采模數(shù)據(jù)全程監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量，降低了人為因素帶來的產(chǎn)品缺陷。提高生產(chǎn)效率降低成本，同時(shí)減少了不必要的浪費(fèi)。

本文介紹了機(jī)器視覺系統(tǒng)的原理，分析了其功能和優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)機(jī)器視覺系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，提出了其使用過程中的注意事項(xiàng)。并指出機(jī)器視覺系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。

一、機(jī)器視覺的概論

首先，我們要了解機(jī)器視覺的發(fā)展簡史：機(jī)器視覺的研究是從20世紀(jì)60年代中期美國學(xué)者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界研究開始的。羅伯茲在圖像分析過程中，用邊緣檢測技術(shù)來確定輪廓線，用區(qū)域分析技術(shù)將圖像劃分為由灰度相近的像素組成的區(qū)域，這些技術(shù)統(tǒng)稱為圖像分割。其目的在于用輪廓線和區(qū)域?qū)λ治龅膱D像進(jìn)行描述，以便同機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的模型進(jìn)行比較匹配。

70年代，機(jī)器視覺形成幾個(gè)重要研究分支：①目標(biāo)制導(dǎo)的圖像處理;②圖像處理和分析的并行算法;③從二維圖像提取三維信息;④序列圖像分析和運(yùn)動(dòng)參量求值;⑤視覺知識(shí)的表示;⑥視覺系統(tǒng)的知識(shí)庫等。

機(jī)器視覺是一個(gè)較為新穎的系統(tǒng)，早期只用在印鈔等高品質(zhì)檢測，隨著印刷行業(yè)的發(fā)展，印刷檢測系統(tǒng)慢慢實(shí)用與煙標(biāo)、藥包、彩盒等中端印刷企業(yè)！印刷檢測系統(tǒng)通俗一點(diǎn)就是給機(jī)器植入大腦和眼睛，通過人為設(shè)定自行識(shí)別產(chǎn)品的好壞并分類處理！從而改善了勞動(dòng)環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本。

其次是要掌握機(jī)器視覺的應(yīng)用：機(jī)器視覺是一個(gè)系統(tǒng)的概念，簡單的說就是“機(jī)器+視覺”，是運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感技術(shù)，表現(xiàn)為光機(jī)電的結(jié)合。 機(jī)器視覺的應(yīng)用是十分廣泛的，主要具有測量、檢測、定位、識(shí)別等功能。

1、測量：主要應(yīng)用與接插件測量 、緊固件測量、 IC元器件測量 、機(jī)械零件測量 、三維測量等;

2、檢測：主要應(yīng)用于電子半導(dǎo)體 、煙草異物剔除 、印刷表面檢測 、分選 、玻璃鋼板紙張等;

3、定位：對兩物體相對位置精確辨別的能力，主要應(yīng)用與引導(dǎo)機(jī)器人焊接涂膠等;

4、識(shí)別：是依據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行分類和定性。應(yīng)用于條碼識(shí)別、人臉識(shí)別、

指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等。

二、機(jī)器視覺系統(tǒng)工作原理

首先掌握機(jī)器視覺的工作原理，其次是掌握各部分的組成及作用。

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用照相機(jī)將被檢測的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

印刷檢測成像系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡。①光源：發(fā)光體即可稱為光源，包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等。相機(jī)上使用的光源主要是線光源和DOME光源，目的是使相機(jī)達(dá)到最佳的曝光度。②鏡頭：相機(jī)用以生成影像的光學(xué)部件，由多片透鏡組成。③相機(jī)：相機(jī)按應(yīng)用范圍來分，可分為民用相機(jī)和工業(yè)相機(jī);民用相機(jī)的靈敏度高，穩(wěn)定性低;工業(yè)相機(jī)穩(wěn)定性高，靈敏度低。相機(jī)按采圖方式可分別面陣相機(jī)和線陣相機(jī);線陣相機(jī)成像方式簡單，適用于運(yùn)動(dòng)物體的圖像采集;面陣相機(jī)體積龐大，價(jià)格昂貴。④圖像采集卡：圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

三、機(jī)器視覺的應(yīng)用

目前機(jī)器視覺在印刷企業(yè)及相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在印刷檢測。主要檢測的是印刷品的缺陷。如劃傷、漏印、套印、臟點(diǎn)等。這是目標(biāo)信息都存在于刷品的表面，檢測目標(biāo)信息都屬于表面信息。不僅印刷檢測如此，工業(yè)上工件的尺寸，定位等其他檢測都是如此。

檢測范圍為表面平坦區(qū)域，檢測特定方向（水平方向和豎直方向）的拉絲。其檢測是針對缺陷檢測中檢測不出來的離散點(diǎn)，離散點(diǎn)本身面積和能量都很小，但分布有規(guī)律，某個(gè)方向上（目前只檢測水平和豎直方向）統(tǒng)計(jì)面積和能量足夠大，足以構(gòu)成缺陷。其檢測流程與缺陷檢測類似，只是在得到差異圖像后分別向X和Y方向做投影，然后與自定義閾值比較，判斷是否是缺陷。

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，人們對生活水平的要求也會(huì)越來越高。以人們每天都需要食用的農(nóng)產(chǎn)品為例，人們農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)要求也會(huì)越來越高，所以農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分級(jí)是大勢所趨。這就帶來了前面提到的農(nóng)產(chǎn)品檢測以便對其進(jìn)行品質(zhì)分級(jí)。同時(shí)農(nóng)產(chǎn)品的檢測分級(jí)也是促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品商品化和標(biāo)準(zhǔn)化的重要技術(shù)手段。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類對檢測的要求越來越高，檢測對象的種類也會(huì)越來越豐富，所以高光譜技術(shù)在機(jī)器視覺的應(yīng)用只是很小的一部分，以后我們還需要根據(jù)市場上不斷出現(xiàn)的新的檢測需求開發(fā)出更多的光學(xué)系統(tǒng)已滿足市場需要。