機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。簡單說來，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)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（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，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，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;圖像系統(tǒng)對這些信號進(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)備動作。

　　機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)（圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等）。一個典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)最基本的特點(diǎn)就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動化程度。

　　1、機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)，機(jī)械工程技術(shù)，控制技術(shù)，電光源照明技術(shù)，光學(xué)成像技術(shù)，傳感器技術(shù)，模擬與數(shù)字視頻技術(shù)，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)，人機(jī)接口技術(shù)等。這些技術(shù)在機(jī)器視覺中式并列關(guān)系，相互協(xié)調(diào)應(yīng)用才能構(gòu)成一個成功的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)。

　　2、機(jī)器視覺更強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要求能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中惡劣的環(huán)境，要有合理的性價比，要有通用的工業(yè)接口，能夠由普通工作來操作，有較高的容錯能力和安全性，不會破壞工業(yè)產(chǎn)品，必須有較強(qiáng)的通用性和可移植性。

　　3、對機(jī)器視覺技術(shù)人員來說，不僅要具有研究數(shù)學(xué)理論和編制計(jì)算機(jī)軟件的專業(yè)能力，更需要的是光、機(jī)、電一體化的綜合能力。

　　4、機(jī)器視覺更強(qiáng)調(diào)實(shí)時性，要求高速度和高精度，因而計(jì)算機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理中的許多技術(shù)目前還難以應(yīng)用于機(jī)器視覺，他們的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用速度。

　　在智能制造過程中，機(jī)器視覺主要用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，具有人腦的一部分功能，即從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實(shí)際檢測、測量和控制。隨著中國加工制造業(yè)的發(fā)展，人們對于機(jī)器視覺的需求也將逐漸增多。

　　1.基于機(jī)器視覺的儀表板總成智能集成測試系統(tǒng)

　　EQ140-II汽車儀表板總成是我國某汽車公司生產(chǎn)的儀表產(chǎn)品，儀表板上安裝有速度里程表、水溫表、汽油表、電流表、信號報警燈等，其生產(chǎn)批量大，出廠前需要進(jìn)行一次質(zhì)量終檢。檢測項(xiàng)目包括：檢測速度表等五個儀表指針的指示誤差；檢測24個信號報警燈和若干照明9燈是否損壞或漏裝。一般采用人工目測方法檢查，誤差大，可靠性差，不能滿足自動化生產(chǎn)的需要?；跈C(jī)器視覺的智能集成測試系統(tǒng)，改變了這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了對儀表板總成智能化、全自動、高精度、快速質(zhì)量檢測，克服了人工檢測所造成的各種誤差，大大提高了檢測效率。

　　整個系統(tǒng)分為四個部分：為儀表板提供模擬信號源的集成化多路標(biāo)準(zhǔn)信號源、具有圖像信息反饋定位的雙坐標(biāo)CNC系統(tǒng)、攝像機(jī)圖像獲取系統(tǒng)和主從機(jī)平行處理系統(tǒng)。

　　2.金屬板表面自動控傷系統(tǒng)

　　金屬板如大型電力變壓器線圈扁平線收音機(jī)朦朧皮等的表面質(zhì)量都有很高的要求，但原始的采用人工目視或用百分表加控針的檢測方法不僅易受主觀因素的影響，而且可能會繪被測表面帶來新的劃傷。金屬板表面自動探傷系統(tǒng)利用機(jī)器視覺技術(shù)對金屬表面缺陷進(jìn)行自動檢查，在生產(chǎn)過程中高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測，同時由于采用非接角式測量，避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。其工作原理圖如圖8-6所示；在此系統(tǒng)中，采用激光器作為光源，通過針孔濾波器濾除激光束周圍的雜散光，擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡使激光束變?yōu)槠叫泄獠⒁?5度的入射角均勻照明被檢查的金屬板表面。金屬板放在檢驗(yàn)臺上。檢驗(yàn)臺可在X、Y、Z三個方向上移動，攝像機(jī)采用TCD142D型2048線陳CCD，鏡頭采用普通照相機(jī)鏡頭。CCD接口電路采用單片機(jī)系統(tǒng)。主機(jī)PC機(jī)主要完成圖像預(yù)處理及缺陷的分類或劃痕的深度運(yùn)算等，并可將檢測到的缺陷或劃痕圖像在顯示器上顯示。CCD接口電路和PC機(jī)之間通過RS-232口進(jìn)行雙向通訊，結(jié)合異步A/D轉(zhuǎn)換方式，構(gòu)成人機(jī)交互式的數(shù)據(jù)采集與處理。

　　該系統(tǒng)主要利用線陣CCD的自掃描特性與被檢查鋼板X方向的移動相結(jié)合，取得金屬板表面的三維圖像信息。

　　3.汽車車身檢測系統(tǒng)

　　英國ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測，是機(jī)器視覺系統(tǒng)用于工業(yè)檢測中的一個較為典型的例子，該系統(tǒng)由62個測量單元組成，每個測量單元包括一臺激光器和一個CCD攝像機(jī)，用以檢測車身外殼上288個測量點(diǎn)。汽車車身置于測量框架下，通過軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。

　　測量單元的校準(zhǔn)將會影響檢測精度，因而受到特別重視。每個激光器/攝像機(jī)單元均在離線狀態(tài)下經(jīng)過校準(zhǔn)。同時還有一個在離線狀態(tài)下用三坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)過的校準(zhǔn)裝置，可對攝像頂進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

　　檢測系統(tǒng)以每40秒檢測一個車身的速度，檢測三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測結(jié)果與人、從CAD模型中撮出來的合格尺寸相比較，測量精度為±0.1mm。　ROVER的質(zhì)量檢測人員用該系統(tǒng)來判別關(guān)鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、門、玻璃窗口等。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)是成功的，并將用于ROVER公司其它系統(tǒng)列汽車的車身檢測。

　　4.紙幣印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)：該系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，通過對紙幣生產(chǎn)流水線上的紙幣20多項(xiàng)特征（號碼、盲文、顏色、圖案等）進(jìn)行比較分析，檢測紙幣的質(zhì)量，替代傳統(tǒng)的人眼辨別的方法。

　　5.智能交通管理系統(tǒng)：通過在交通要道放置攝像頭，當(dāng)有違章車輛（如闖紅燈）時，攝像頭將車輛的牌照拍攝下來，傳輸給中央管理系統(tǒng)，系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，對拍攝的圖片進(jìn)行分析，提取出車牌號，存儲在數(shù)據(jù)庫中，可以供管理人員進(jìn)行檢索。

　　6.金相分析：金相圖象分析系統(tǒng)能對金屬或其它材料的基體組織、雜質(zhì)含量、組織成分等進(jìn)行精確、客觀地分析，為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

　　7.醫(yī)療圖像分析：血液細(xì)胞自動分類計(jì)數(shù)、染色體分析、癌癥細(xì)胞識別等。

　　8.瓶裝啤酒生產(chǎn)流水線檢測系統(tǒng)：可以檢測啤酒是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的容量、啤酒標(biāo)簽是否完整

　　9.大型工件平行度、垂直度測量儀：采用激光掃描與CCD探測系統(tǒng)的大型工件平行度、垂直度測量儀，它以穩(wěn)定的準(zhǔn)直激光束為測量基線，配以回轉(zhuǎn)軸系，旋轉(zhuǎn)五角標(biāo)棱鏡掃出互相平行或垂直的基準(zhǔn)平面，將其與被測大型工件的各面進(jìn)行比較。在加工或安裝大型工件時，可用該認(rèn)錯器測量面間的平行度及垂直度。

　　10.螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測器件：以頻閃光作為照明光源，利用面陳和線陳CCD作為螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測器件，實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測量的動態(tài)檢測系統(tǒng)。

　　11.軸承實(shí)時監(jiān)控：視覺技術(shù)實(shí)時監(jiān)控軸承的負(fù)載和溫度變化，消除過載和過熱的危險。將傳統(tǒng)上通過測量滾珠表面保證加工質(zhì)量和安全操作的被動式測量變?yōu)橹鲃邮奖O(jiān)控。

　　12.金屬表面的裂紋測量：用微波作為信號源，根據(jù)微波發(fā)生器發(fā)出不同波濤率的方波，測量金屬表面的裂紋，微波的波的頻率越高，可測的裂紋越狹小。

　　機(jī)器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品已逐漸成為生產(chǎn)制造各個階段的必要部分，這就對于系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。工業(yè)自動化企業(yè)要求能夠與測試或控制系統(tǒng)協(xié)同工作的一體化工業(yè)自動化系統(tǒng)，而非獨(dú)立的視覺應(yīng)用。

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