機器視覺技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用動態(tài)研究

陳 英

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

機器視覺是通過計算機來模擬人的視覺功能，可以從客觀的圖像中對信息進(jìn)行提取，最后用于測量、控制等，機器視覺技術(shù)具有信息量大、速度快、精準(zhǔn)度高等特點，相比與人工檢測具有絕對優(yōu)勢，能夠有效排除主觀因素的干擾，并且可以對許多指標(biāo)進(jìn)行定量描述。該項技術(shù)在生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展、機器視覺技術(shù)的使用也逐漸成熟，成了社會發(fā)展不可缺少的技術(shù)之一[1]。

1 機器視覺系統(tǒng)的組成

典型的機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)主要包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、數(shù)字化模塊以及數(shù)字圖像處理、智能決策模塊等。組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 典型工業(yè)機器視覺系統(tǒng)

通過CCD攝像機對被測目標(biāo)的圖像信號進(jìn)行獲取，然后通過A/D向數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且對專用的信號進(jìn)行處理，結(jié)合像素的分布信息來確定判斷結(jié)果，并且控制驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行處理。

2 我國機器視覺的發(fā)展現(xiàn)狀

機器視覺技術(shù)是近幾年逐漸發(fā)展起來的全新技術(shù)，主要通過計算機來對人的視覺能力進(jìn)行模擬與識別，是現(xiàn)代化智能裝備以及自動化領(lǐng)域不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國機器視覺技術(shù)比較落后，主要依賴進(jìn)口對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行獲取，國內(nèi)機器視覺技術(shù)的需求比較突出，導(dǎo)致供不應(yīng)求的現(xiàn)象?？傮w來看，機器視覺主要包括表面缺陷檢測、產(chǎn)品尺寸測量、機器人視覺定位以及視覺目標(biāo)的識別4類。

2.1 表面缺陷檢測

任何產(chǎn)品的生產(chǎn)，其質(zhì)量的檢測至關(guān)重要，一旦表面出現(xiàn)缺陷，不僅會影響產(chǎn)品外觀，而且對其使用性能也會造成影響，如衛(wèi)生用無紡布表面有污點、液晶玻璃表面有結(jié)晶等。隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，生產(chǎn)線中通過人眼是無法識別產(chǎn)品表面缺陷的，通過人工對產(chǎn)品質(zhì)量檢測成本較高，所以迫使企業(yè)進(jìn)行全面改革，通過表面視覺檢測系統(tǒng)，運用視覺機器來替代人工檢測，有效提升檢測效率。

2.2 產(chǎn)品尺寸測量

在機械加工領(lǐng)域大多會涉及對產(chǎn)品尺寸的測量，而且測量要求非常嚴(yán)格。在大批量的生產(chǎn)過程中，通過機器視覺系統(tǒng)，可以對產(chǎn)品的外觀尺寸進(jìn)行檢測，一旦出現(xiàn)不合格產(chǎn)品，及時剔除。

2.3 圖像識別技術(shù)

目前，圖像識別技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，包括互聯(lián)網(wǎng)中的人臉識別、商品二維碼識別、交通車牌識別等。目前，相對于產(chǎn)品尺寸測量與表面缺陷檢測來看，圖像識別技術(shù)比較成熟[2]。

2.4 機器人視覺定位

機器人視覺定位技術(shù)主要運用在機器人的視覺指導(dǎo)，通過機器視覺技術(shù)給機器人裝上大腦與眼睛，通過系統(tǒng)的引導(dǎo)來控制機器人做不同的動作，將機器人與機器視覺技術(shù)的融合是我國未來只能裝備發(fā)展的主要領(lǐng)域。

從整體方面看，我國機器視覺技術(shù)的國產(chǎn)化程度并不高，機器人技術(shù)與國外相比也存在一定差距。許多系統(tǒng)集成企業(yè)以中小型企業(yè)為主，主要代理國外產(chǎn)品同時進(jìn)行系統(tǒng)集成，真正投入到研發(fā)的力量有限。

3 機器視覺技術(shù)的實際應(yīng)用

在國外許多發(fā)達(dá)國家，機器視覺主要運用在電子行業(yè)以及半導(dǎo)體行業(yè)中。在國內(nèi)，該項技術(shù)屬于新興技術(shù)，對生產(chǎn)技術(shù)的普及不足，導(dǎo)致機器視覺在許多行業(yè)的應(yīng)用幾乎為零。隨著我國配套基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，資金與技術(shù)的不斷積累，機器視覺技術(shù)逐漸地被嘗試與使用。

3.1 在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

機器視覺技術(shù)近幾年在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛，科技成果層出不窮。機器視覺技術(shù)被應(yīng)用在部件的裝配、非接觸測量、數(shù)控機床加工等多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。國內(nèi)比較常見的是在產(chǎn)品的檢測與定位環(huán)節(jié)。在半導(dǎo)體以及電子行業(yè)，國內(nèi)高等院校也研制出基于機器視覺的管腳尺寸自動檢測裝置，另外機器視覺技術(shù)還被應(yīng)用在刀具等工業(yè)設(shè)備的檢測以及數(shù)控機床加工等。華中科技大學(xué)在金屬板材數(shù)控機中運用機器視覺技術(shù)對加工軌跡坐標(biāo)進(jìn)行定位，提出了基于機器視覺的非接觸式加工軌跡坐標(biāo)定位方法，完成了非接觸高精度的快速定位。湖南大學(xué)對鉆頭視覺定位進(jìn)行具體研究，在視覺定位的過程中采取間接定位的方式，實現(xiàn)鉆頭刃磨初始狀態(tài)的定位。通過大量的實踐，充分證明了運用機器視覺系統(tǒng)能夠提升各種先進(jìn)控制技術(shù)的精準(zhǔn)度，有效節(jié)約人力、物力，從而降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本[3]。

3.2 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著對藥品以及醫(yī)療器械安全性問題的逐漸提升，許多生產(chǎn)廠家將機器視覺技術(shù)引進(jìn)到實際生產(chǎn)中來，有效地提升生產(chǎn)效率，起到保障產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要對運用在醫(yī)學(xué)疾病的診斷方面，增強X射線成像的清晰度與準(zhǔn)確性，CT，MRI的標(biāo)記與渲染處理等，通過數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)等對核磁共振圖像、透視圖等進(jìn)行疊加，最終得出準(zhǔn)確的綜合診斷，專家會結(jié)合三維信息以及運動參數(shù)對針對結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)解釋。另外，機器視覺技術(shù)可以應(yīng)用在藥用玻璃瓶的缺陷檢測、藥劑雜質(zhì)的檢測以及對藥品外包裝泄露的檢測等，能夠充分保障藥物的質(zhì)量安全。

3.3 在交通領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的不斷普及，機器視覺技術(shù)在交通領(lǐng)域發(fā)揮很大作用，包括視頻檢測系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)、車牌識別系統(tǒng)等。在視頻檢測時，主要運用圖像處理技術(shù)與計算機視覺技術(shù)，通過對圖像的分析來對車輛、行人等交通目標(biāo)的運動進(jìn)行識別與跟蹤。通過識別系統(tǒng)對交通行為進(jìn)行理解與分析，從而完成各種交通數(shù)據(jù)的采集、交通事件的檢測等。參數(shù)檢測系統(tǒng)具有智能化與網(wǎng)絡(luò)化的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。機器視覺技術(shù)在車輛安全保障方面的應(yīng)用主要作用于路徑識別、障礙物識別、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等。另外，車牌識別技術(shù)是實現(xiàn)交通管理智能化的重要環(huán)節(jié)，通過多種計算方法的全面融合，有效提高車牌識別的準(zhǔn)確性。

3.4 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，機器視覺技術(shù)主要運用在農(nóng)業(yè)植物種類識別方面、產(chǎn)品品質(zhì)檢測與分級等。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)前，對種子質(zhì)量進(jìn)行檢測，生產(chǎn)中對植物生長信息、田間雜草進(jìn)行識別、病蟲害檢測等，收獲時主要體現(xiàn)在機器人的研制與開發(fā)。通過機器視覺技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)藥的精量噴灑，確定農(nóng)作物與機械的相對位置，對作業(yè)機械進(jìn)行控制，有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化與機械化水平，解放勞動力。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟與穩(wěn)定，許多問題可以得到良好解決，機器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用會促進(jìn)農(nóng)業(yè)快速現(xiàn)代化的進(jìn)程[4]。

4 機器視覺技術(shù)的發(fā)展趨勢

首先，嵌入式的機器視覺系統(tǒng)會成為該項技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，嵌入式系統(tǒng)是將半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)與行業(yè)的實際應(yīng)用相結(jié)合。通過嵌入式系統(tǒng)可以對視覺圖像能夠采集與控制，具有成本低、功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，并且嵌入式系統(tǒng)開發(fā)周期短、效率高，比較容易升級與維護(hù)。其次，機器視覺技術(shù)會朝著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。機器視覺下的數(shù)字圖像處理、LED光源控制器以及目標(biāo)識別方面都要趨于數(shù)字化，在智能化領(lǐng)域，機械視覺可以在農(nóng)業(yè)機械、工業(yè)機械等方面廣泛應(yīng)用，工程流水線也會對機器視覺提出更高的要求。最后，機器視覺會與其他傳感技術(shù)相融合，多傳感技術(shù)在跟蹤、探測等方面會體現(xiàn)出更高的可靠性，提高數(shù)據(jù)的可信度，增加系統(tǒng)的實時效果。另外，機器視覺系統(tǒng)比較容易向多傳感器信息融合技術(shù)進(jìn)行拓展，充分解決單一視覺系統(tǒng)的局限性[5]。

5 結(jié)語

在機器視覺技術(shù)的發(fā)展過程中存在大量的因素，包括技術(shù)方面、商業(yè)層面等，我國制造業(yè)的快速發(fā)展帶動了對機器視覺技術(shù)要求的提升，將單純地分析、采集、傳遞、判斷等方法逐漸向智能化、高端化的方向發(fā)展。這種趨勢能夠促使機器視覺技術(shù)與自動化技術(shù)的高度融合，在我國未來國民經(jīng)濟發(fā)展的各個領(lǐng)域中會發(fā)揮更大的作用。