機(jī)器視覺是智能制造生產(chǎn)線的重要組成部分，在生產(chǎn)線上機(jī)器視覺可以起到替代人眼的作用，在一定程度上實現(xiàn)產(chǎn)品的外觀缺陷檢測，進(jìn)行非接觸式尺寸測量，識別工件或目標(biāo)信息，與機(jī)器人配合實現(xiàn)自動化裝配等。引入機(jī)器視覺系統(tǒng)可實現(xiàn)高速穩(wěn)定的檢測，節(jié)省大量的人工和機(jī)械工裝。目前機(jī)器視覺的應(yīng)用主要有引導(dǎo)、檢測、測量和識別四大類，涉及的行業(yè)范圍廣，典型應(yīng)用行業(yè)有汽車制造行業(yè)、電子和半導(dǎo)體行業(yè)、工業(yè)包裝行業(yè)、制藥行業(yè)等。張愛云等

針對VVT發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計了一種缺陷檢測系統(tǒng)，利用機(jī)器視覺技術(shù)有效檢測外觀的劃痕、劃傷，且可篩選出磕碰點，進(jìn)而對外徑進(jìn)行精確測量。臧程程

將機(jī)器視覺技術(shù)用于汽車發(fā)動機(jī)裝配線，檢查發(fā)動機(jī)缸體的標(biāo)簽號碼打刻質(zhì)量，并對發(fā)動機(jī)裝配是否存在漏裝或安裝錯誤進(jìn)行自動化檢查，在保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量的同時，大大提高了工作效率。賈茜偉等

利用機(jī)器視覺對工件進(jìn)行檢測、分類和定位，通過PLC對工件的坐標(biāo)信息進(jìn)行解析并發(fā)送給機(jī)器人，從而引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行智能組裝和入庫?；跈C(jī)器視覺的物流系統(tǒng)的應(yīng)用使物流的自動化程度進(jìn)一步提高。姚應(yīng)方等

利用機(jī)器視覺技術(shù)對八角進(jìn)行外觀檢測，實現(xiàn)了對八角的顏色識別和形狀分析，識別正確率高，檢測精確。

未來世友將堅持“聚焦地板、以質(zhì)立世”的策略，以全渠道拓展、全品類發(fā)力、雙模式運(yùn)營的方式，打造更廣闊的品牌發(fā)展。

基于機(jī)器視覺的興起和應(yīng)用擴(kuò)展，社會上對機(jī)器視覺人才的需求也逐漸增大，因此開設(shè)機(jī)器視覺相關(guān)課程，培養(yǎng)適應(yīng)機(jī)器視覺工程師崗位需求的人才迫在眉睫。本文以智能視覺技術(shù)課程為例，探討如何運(yùn)用理實一體化教學(xué)模式，更好地培養(yǎng)學(xué)生具備機(jī)器視覺技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識和一定的實踐操作能力，為今后從事機(jī)器視覺工程師崗位奠定基礎(chǔ)。

相關(guān)地，同一知識點螺旋重復(fù)多少次合適？比如，“平行四邊形概念”在4個版本中出現(xiàn)了3次，2個版本出現(xiàn)了4次．“性質(zhì)1”在北師版中沒有重復(fù)，冀教版中出現(xiàn)了3次，其余版本出現(xiàn)了2次．“性質(zhì)2”在冀教版和青島版中出現(xiàn)了2次，其它4個版本均沒有重復(fù)出現(xiàn)．冀教版中的“知識點Z9”出現(xiàn)了2次，分別在二下、四下，其它5個版本均沒有重復(fù)出現(xiàn)．

1 定位

智能視覺技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、理化測試與質(zhì)檢技術(shù)專業(yè)的必修課，是崗位核心課程之一，主要面向機(jī)器視覺工程師崗位而設(shè)置。作者在2020-2021年期間，作為訪問工程師在杭州指南車機(jī)器人科技有限公司研修，期間了解到機(jī)器視覺工程師崗位要求具備的基礎(chǔ)知識和能力，據(jù)此確定智能視覺技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)，使培養(yǎng)的學(xué)生更加適應(yīng)社會需求。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成和硬件選型，熟悉基本的成像要素和光學(xué)知識，了解基本的數(shù)字圖像處理知識。培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)器視覺技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識和一定的實踐操作能力，能夠針對實際應(yīng)用需求合理選擇硬件系統(tǒng)，能熟練應(yīng)用至少一種開發(fā)平臺分析和處理圖像，進(jìn)而實現(xiàn)分析檢測的目的。本課程涉及技術(shù)眾多，包括物理光學(xué)、計算機(jī)數(shù)字圖像處理、機(jī)器人技術(shù)、自動化控制、機(jī)械結(jié)構(gòu)等，大多理論枯燥，且理論難度較高、不易理解。

2 學(xué)情分析

(2)學(xué)生實踐操作：學(xué)生搭建機(jī)器視覺系統(tǒng)，主要包括工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭和環(huán)形光源的安裝。通過螺紋接口的連接，將工業(yè)鏡頭安裝在工業(yè)相機(jī)上，將被檢試樣置于工業(yè)相機(jī)和工業(yè)鏡頭下方，將環(huán)形光源置于被檢試樣和工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭中間，如圖2所示。搭建完成后，分別采用紅色、藍(lán)色和白色環(huán)形光源對被檢試樣進(jìn)行打光。環(huán)形光源屬于反射光照明，環(huán)形光源的光線照射到被檢試樣的表面，形成反射，反射光進(jìn)入工業(yè)鏡頭，由鏡頭接收反射光線并對其進(jìn)行調(diào)整，工業(yè)相機(jī)通過CCD或CMOS圖像傳感器將鏡頭接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再將這些信息通過相應(yīng)接口傳送到計算機(jī)主機(jī)。本系統(tǒng)中，相機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)接口、用網(wǎng)線連接到電腦(工控機(jī))，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用電腦(工控機(jī))上的機(jī)器視覺開發(fā)平臺(如VisionPro、MVP軟件)，拍攝獲取三組圖像。簡單來說，反射光照明條件下，獲得一副圖像主要是通過工業(yè)相機(jī)的感光芯片捕獲到進(jìn)入的反射光線，進(jìn)入的反射光線越多，獲得的圖像越亮；反之，則獲得的圖像越暗。

(1)準(zhǔn)備實訓(xùn)設(shè)備：工業(yè)相機(jī)1個，工業(yè)鏡頭1個，紅色、藍(lán)色和白色環(huán)形結(jié)構(gòu)光源各1個。檢測試樣1個(應(yīng)具有典型的紅色、藍(lán)色，盡量選擇真實檢測工件，也可選擇生活中常見的物體。如選擇飲料瓶蓋作為檢測試樣，對瓶蓋上生產(chǎn)日期進(jìn)行識別作為檢測項目目的)。

3 實訓(xùn)設(shè)備和實訓(xùn)項目

結(jié)合案例(如瓶蓋上生產(chǎn)日期的識別)，分析生產(chǎn)日期該特征如何實現(xiàn)強(qiáng)化，選擇哪個顏色的光源效果最佳。瓶蓋本身的顏色由藍(lán)色、紅色和白色組成，其中藍(lán)色為主。在瓶蓋藍(lán)色背景上印刷有黑色字體的生產(chǎn)日期。采用紅色環(huán)形光源進(jìn)行打光時，由于物體會反射和它顏色相近的光，因此紅色區(qū)域?qū)t光的反射強(qiáng)，進(jìn)入工業(yè)鏡頭和相機(jī)的反射光線多，而藍(lán)色區(qū)域與對紅光的反射較弱，進(jìn)入的反射光線較少，因此拍攝的圖像呈現(xiàn)為紅色區(qū)域較亮、藍(lán)色區(qū)域較暗的特點。反之，采用藍(lán)色環(huán)形光源進(jìn)行打光時，由于藍(lán)色區(qū)域?qū)λ{(lán)光的反射強(qiáng)，拍攝的圖像呈現(xiàn)為藍(lán)色區(qū)域較亮、紅色區(qū)域較暗的特點。采用白色環(huán)形光源進(jìn)行打光時，由于白色光是混色光，是由多種有色光組成的，因此藍(lán)色區(qū)域、紅色區(qū)域都將吸收其中和它顏色互補(bǔ)的部分有色光，只有和它顏色相近的部分有色光被反射，使得進(jìn)入工業(yè)鏡頭和工業(yè)相機(jī)的反射光強(qiáng)度均相對較弱，如圖3所示。因此在白色環(huán)形光源打光時，藍(lán)色區(qū)域和紅色區(qū)域均較暗。考慮到機(jī)器視覺系統(tǒng)需要識別瓶蓋上的生產(chǎn)日期，為了使圖像上的生產(chǎn)日期強(qiáng)化、易于識別，應(yīng)盡可能提高生產(chǎn)日期和背景的對比度，也就是檢測的特征與非檢測的特征有明顯的明暗差別。由于瓶蓋上的生產(chǎn)日期為黑色，因此當(dāng)圖像中背景為白色時有最為明顯的明暗差別，對比度最佳。要使圖像中背景為白色，應(yīng)盡可能使背景區(qū)域的反射光線增多，通過前面不同顏色環(huán)形光源的打光對比試驗結(jié)果可知，藍(lán)色背景在選擇藍(lán)色光源時，反射光最強(qiáng)，在圖像上背景將最亮，從而與黑色字體的生產(chǎn)日期明暗差別最明顯，可獲得最佳的圖像對比度。在分析該案例的基礎(chǔ)上，可根據(jù)實際情況進(jìn)一步補(bǔ)充藍(lán)色的互補(bǔ)色(黃色)打光試驗，比較圖像上藍(lán)色背景的亮暗變化。必要時可結(jié)合更多案例，檢驗學(xué)生對知識點的掌握程度。

(5)教師總結(jié)和延伸：通過案例中打光試驗的對比，得出光源的主要作用是通過光源將被測物體(特征)與背景信息盡量明顯區(qū)分，獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像。在此基礎(chǔ)上，可延伸補(bǔ)充光源的其他作用，如增加均勻性、消隱背景、增加一致性。

4 理實一體化教學(xué)案例——不同顏色光源的打光對比試驗

高職學(xué)生普遍對理論知識點的接受度較差。在以往的考試中發(fā)現(xiàn)，以理論知識點為主的考試課程，班級平均分?jǐn)?shù)在65分-75分；而以實踐操作為主的考試課程，班級平均分?jǐn)?shù)在80分以上。這一現(xiàn)象反映了相比理論知識點，高職學(xué)生對實踐操作技能的接受度更高。因此，在智能視覺技術(shù)的高職課堂教學(xué)中，采用理實一體化教學(xué)模式或許能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、理化測試與質(zhì)檢技術(shù)專業(yè)的高職學(xué)生一般不具備編程語言基礎(chǔ)，對物理光學(xué)基本概念的了解也不深入。如果在教學(xué)過程中單純講授理論知識點，學(xué)生一時難以理解，可能產(chǎn)生畏難情緒，從而失去對本課程的學(xué)習(xí)興趣。因此，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)以實際應(yīng)用為主，理論夠用為度。

(3)學(xué)生分析和討論：通過對比不同顏色環(huán)形光源的打光條件下拍攝得到的圖像，學(xué)生分析光源的顏色對圖像效果的影響，并討論哪個光源最為合適。必要時可進(jìn)行記錄，如表2所示。最后派代表闡述說明。

(4)教師提煉理論知識點：結(jié)合學(xué)生的討論結(jié)果，引出相關(guān)的理論知識點，不同顏色環(huán)形光源打光之所以得到不同的圖像效果，是因為物體會反射和它顏色相近的光，而吸收和它顏色互補(bǔ)的光，因此可以利用待測物顏色的不同，通過互補(bǔ)顏色或者相同顏色的照明把需要的特征強(qiáng)化和消除。

理實一體化是突破理論與實踐相脫節(jié)現(xiàn)象的一種教學(xué)模式，它強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的緊密相連，在教學(xué)環(huán)節(jié)中理論教學(xué)和實踐教學(xué)交互進(jìn)行，沒有固定的先后順序。在理實一體化教學(xué)課堂上，教師依然起主導(dǎo)作用，教師通過設(shè)定教學(xué)任務(wù)，將理論知識點融于實踐教學(xué)中。通過實踐，學(xué)生不僅掌握了操作技能，同時也完成了對理論知識的理解和內(nèi)化。對于高職學(xué)生來說，“做中學(xué)、學(xué)中做”這種方式可充分調(diào)動學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性

。

理實一體化教學(xué)需要教師將理論知識點和實踐教學(xué)項目進(jìn)行融合，提前準(zhǔn)備好實踐教學(xué)環(huán)節(jié)所需的設(shè)備。作者結(jié)合訪工期間的經(jīng)驗，將機(jī)器視覺工程師需具備的硬件選型能力進(jìn)行細(xì)分，并對相關(guān)的理論知識點進(jìn)行梳理，設(shè)計了智能視覺技術(shù)課程的理實一體化教學(xué)項目，如表1所示。同時將實際應(yīng)用中需要的硬件進(jìn)行簡化，在保證能完成分析檢測目的的前提條件下，選取主要的基本設(shè)備，搭建了一套簡易機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，便于在課堂中實現(xiàn)實踐教學(xué)，如圖1所示。該套系統(tǒng)主要包括工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、光源、光源控制器、可調(diào)節(jié)支架和電腦(工控機(jī))等。其中可調(diào)節(jié)支架應(yīng)能固定工業(yè)相機(jī)，且支持各類光源的安裝和使用。光源選擇發(fā)光二極管光源(簡稱為LED光)，LED光具有壽命長、照明穩(wěn)定、功耗低、指向性好、響應(yīng)快、亮度高、顏色多、靈活組合等優(yōu)點?？梢允褂枚鄠€LED燈珠以達(dá)到高亮度，同時有各種不同的顏色的燈珠可供選擇使用，也可以將不同顏色的燈珠進(jìn)行混合使用。LED光組合靈活，結(jié)構(gòu)上可組合成不同的形狀，包括環(huán)形光源、條形光源、背光源、同軸光源、點光源、球積分光源(碗光)、線光源等。而且同樣的環(huán)形光源結(jié)構(gòu)條件下，還可將LED光組裝成不同的打光角度，包括高角度打光和低角度打光?；贚ED光的以上特點，LED光源能夠基本滿足如表1所示的理實一體化教學(xué)項目的需要。

在本案例中，通過實踐項目的教學(xué)，可以將相關(guān)的理論知識點自然融入，實現(xiàn)了理實一體化教學(xué)。由于實踐項目任務(wù)的驅(qū)動，學(xué)生在課堂上的參與度大大提高，而且不同顏色環(huán)形光源的打光試驗結(jié)果對比明顯，學(xué)生有更為直觀的感受，通過實踐操作后的分析討論，引發(fā)學(xué)生的好奇心，激發(fā)其學(xué)習(xí)主動性，最后再通過教師的講解，使學(xué)生掌握相關(guān)的理論知識點。通過理實一體化教學(xué)，學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)積極性都得到了明顯提高，學(xué)生對知識點的認(rèn)識也將更加深刻，同時通過討論也鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

經(jīng)過對兩組療效進(jìn)行對比，結(jié)果顯示觀察組治療口腔潰瘍的總有效率比對照組顯著更高（P＜0.05）。詳見表1。

由傳統(tǒng)的水文模型參數(shù)取值得到模型模擬的洪峰合格率為69.2%，洪量合格率為46.15%，可見雙超模型對洪峰的模擬精度較高，對洪量的模擬精度較低。

本文所設(shè)計的理實一體化教學(xué)項目基于校企合作，突出應(yīng)用，重在培養(yǎng)機(jī)器視覺系統(tǒng)的硬件選型能力，與企業(yè)的需求相匹配；所搭建的簡易機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活，能適應(yīng)大部分硬件選型試驗的需求，且成本不高。在企業(yè)、行業(yè)工作人員培訓(xùn)時，也可參考本文的理實一體化教學(xué)項目和簡易機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)。

[1]張愛云，王吉華，高崴等. 基于機(jī)器視覺的VVT發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子缺陷檢測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 工程設(shè)計學(xué)報，2021，28(6): 776-784.

[2]臧程程. 基于機(jī)器視覺系統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)裝配線[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2022，(1): 226-228.

[3]賈茜偉，閆娟，楊慧斌等. 基于機(jī)器視覺的智能組裝物流系統(tǒng)[J]. 物流科技，2022，(1): 56-58.

[4]姚應(yīng)方，劉峰，張海東等. 基于機(jī)器視覺的八角顏色與果形識別研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2021，23( 11): 110-120.

[5]李麗，廖映華. “四位一體”理實一體化課堂教學(xué)研究[J]. 四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2021，31(6): 34-39.