工業(yè)領域的計算機視覺技術

羅易智

（西南大學計算機與信息科學學院軟件學院 重慶市 400715）

工業(yè)領域在整理和收集數據的過程中所使用的是傳統(tǒng)的數據收集模式，雖然所采集到的數據更加真實、準確，但是所需要整理的數據量較大，需要消耗較長的時間，影響了數據收集效率。計算機視覺技術是信息時代所出現(xiàn)的一種檢測技術，以信息技術為依托，可以利用更加高端、快速的處理技術來收集數據、整理數據，能夠適應龐大的工作量，同時也可以保證較高的精確度。在工業(yè)領域活動中使用計算機視覺技術可以加快提取數據、整合數據的速度，為工業(yè)活動的開展提供有效的數據支撐，進而促進工業(yè)領域的信息化發(fā)展。工業(yè)領域需要對這一項技術進行深入的分析，了解技術的使用理論，提高該技術的應用效果，促進工業(yè)領域的快速發(fā)展。

1 計算機視覺技術

1.1 計算機視覺理論

計算機視覺技術作為計算機模擬人眼的視覺功能，并從圖像中或者圖像的序列之中提取出有效的信息，對三維景物的形態(tài)、運動進行有效的識別。計算機視覺技術可以利用輸入的方法來對三維景物投影時產生的灰度陣列進行表達，在這其中還可以包括其他不同的輸入陣列。輸入陣列能夠通過不同的方向、角度、時間來獲取信息，可以提高信息收集的全面性。輸出指的是圖像的景物符號的描述，可以描述不同物體之間的類型和關系，還可以描述其他多個數據信息，例如表面物體的特殊性質、光源的具體位置以及表面空間結構等。

目前在計算機研究都是以視覺計算理論為基礎的，這一種理論體系是由馬爾所創(chuàng)建的，給計算機視覺技術的發(fā)展提供了重要的理論基礎。我國視覺技術的發(fā)展分為三個不同的階段：早期視覺階段是為了提取在觀察者周圍不同景物的物理性質所提出的，能夠對周圍景物距離、使用材料的特性、方向等數據進行處理和分析。中期視覺為二維半簡圖，應用的主要目的是以觀察者為核心，形成一個坐標系，利用坐標系來對周圍景物進行描述，結合具體的描述來對景物的邊界進行重新建立，結合景物表面以及體積分割不同的景物。但是由于將觀察者作為中心無法對獲得遮擋物進行描述，使得中期視覺處理只能對可見物進行描述，經過這種技術的處理的屬于二維半簡圖。后期視覺處理所描述的是三維模型，是使用中期處理得出的數據來建立適合觀察者開展視覺識別的三維圖形描述。其描述和實際觀察人員的視角并不存在顯著的關系，其主要就是將物體作為中心的坐標系中，可以使用符號以及結合結構描述相關三維結構以及空間關系。視覺三階段詳細請見圖1。

1.2 計算機視覺以及人類視覺

計算機視覺技術在應用過程中出現(xiàn)了和人類視覺相同的障礙，具體表現(xiàn)在以下三點內容上：

（1）如何準確、實時地識別出不同的目標。

（2）如何才能顯著擴大存儲的容量，從而容納出更多具有細節(jié)的目標圖像內容。

（3）有效構建出一個有效的識別算法，并按照算法實現(xiàn)相關的內容。計算機以及人類之間的視覺差異比較詳細見表1。

圖1：視覺三階段

圖2：工業(yè)視覺系統(tǒng)組成

1.3 計算機視覺相關領域

計算機視覺技術是一種涉及了多個方面的全新技術，如人工智能技術、心理物理學技術、計算機科學技術以及神經生物學技術等，是多個學科交叉之后所形成的邊緣學科。計算機視覺技術主要包括對圖像內容進行處理、理解圖像內容、對不同模式進行識別的功能。圖像處理所指的是把輸入系統(tǒng)的圖像進行轉化，例如濾波或者退化增強等。圖像理解指的是根據給出的圖像，對圖像的本身以及代表的景物進行描述。模式識別指的是利用圖像所展現(xiàn)出的統(tǒng)計特點、結構數據等，輸入不同的圖像對圖像的類別進行劃分。

2 工業(yè)視覺系統(tǒng)

2.1 工業(yè)視覺系統(tǒng)的發(fā)展

當前在我國的工業(yè)領域發(fā)展過程中，計算機視覺技術的應用已經出現(xiàn)了較大的變化，從之前在國防工業(yè)中的應用轉化為在民用工業(yè)的應用，為我國圖像處理技術的發(fā)展提供了重要的推動力，擴大了視覺技術在工業(yè)領域的應用范圍：

（1）圖像處理技術的逐漸完善以及較高的可靠性，促使工業(yè)領域的視覺系統(tǒng)使用成本逐漸降低，其可以充分代替需要人工操作的相關內容。

（2）隨著我國工業(yè)生產行業(yè)的高度自動化以及產品質量逐漸升高，其要求大家需要更加有效、精準、高度的進行檢測工作。在實際檢測的工業(yè)領域生產工作中，其需要使用自動化檢測的相關內容，而應用計算機視覺處理技術以及圖像處理所具有的顯著特點就是對其進行無損的測量以及檢測工作，其對實際工作項目的成品質量擁有較為重要的意義。視覺技術能夠提升工業(yè)生產活動中所生產產品的質量，提高工作人員的實際工作效率，還能解放更多的人力、降低成本。由此可見，工業(yè)視覺技術能夠減少工業(yè)生產活動中所使用的成本，提升生產質量以及效率，解決企業(yè)內部勞動力矛盾的問題。工業(yè)視覺技術開始發(fā)展主要是從20 世紀70年代計算機技術不斷發(fā)展后所進行的，尤其是集成電路技術的進步以及發(fā)展，計算機視覺技術的完善以及創(chuàng)新，其逐漸成為工業(yè)視覺系統(tǒng)飛速發(fā)展的基礎。上世紀90年代，一些工業(yè)發(fā)達國家廣泛應用于不同行業(yè)的視覺系統(tǒng)，也是推動計算機集成制造系統(tǒng)發(fā)展的重要因素之一。

表1：計算機視覺與人類視覺比較

工業(yè)視覺系統(tǒng)的應用主要可以分成兩個不同的方向：工業(yè)視覺技術的檢測系統(tǒng)以及工業(yè)機器人組成系統(tǒng)，工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)更是使用我國的視覺技術，獲取更多被測量物體的圖像以及預先知道的標準進行相關比較，從而確定最終被測量物體的相關質量。我國工業(yè)機器的相關系統(tǒng)也屬于一種根據人體視覺展開測量并進行控制以及質控的實際系統(tǒng)。

2.2 工業(yè)視覺的特點

工業(yè)視覺系統(tǒng)和普通的視覺系統(tǒng)產生區(qū)別的部分，并不在于圖像處理的相關理論內容，而是圖像處理實現(xiàn)的相關技術，其可以符合我國工業(yè)領域的應用環(huán)節(jié)以及部分特殊的要求。傳統(tǒng)的工業(yè)視覺系統(tǒng)（詳細見圖2）在實際工作生產流水線的部分中，被測量的物體則是進行實際運動的，且圖像的獲取和物體之間的運動同步進行。當測量物體處于雜亂的實際背景中，需要將其從系統(tǒng)中提取出來。除此之外，在實際的工業(yè)視覺檢測過程中，需要將檢測出的結果向其他系統(tǒng)進行報告，回饋給相關的系統(tǒng)處理部門。這一需求就使得工業(yè)視覺系統(tǒng)中包含部分必要的子系統(tǒng)，例如光源以及光學成像系統(tǒng)、攝像以及圖像處理系統(tǒng)、用于控制攝像以及圖像分析等各類系統(tǒng)。在工業(yè)視覺系統(tǒng)中，這些子系統(tǒng)的應用效果、應用領域都有著一定的差異，這也正是讓工業(yè)視覺系統(tǒng)擁有較多功能的系統(tǒng)基礎。一般情況，根據我國技術求解的問題存在不同，系統(tǒng)的設計也需要選擇或者設計出不同的子系統(tǒng)，保證其最后可以形成一個完整的系統(tǒng)。在工業(yè)領域需要對工業(yè)視覺系統(tǒng)的特點有清晰的認識，最大限度的發(fā)揮工業(yè)視覺系統(tǒng)的作用。

3 計算機視覺技術的發(fā)展變化

視覺技術的提出改善了在數據處理方面的不足，提高了對圖像的處理效果，使得視覺處理從二進制轉化為高分辨率處理技術，簡化了實際的工作內容，不僅減少了工作量，同時也提高了圖像的質量?，F(xiàn)階段，我國計算機視覺處理技術發(fā)展比較迅速，隨著我國工業(yè)行業(yè)的迅速發(fā)展，計算機視覺處理技術廣泛應用于我國工業(yè)行業(yè)中。并且工業(yè)行業(yè)中的計算機視覺處理技術使用范圍逐漸增大，其在工業(yè)行業(yè)中的內在發(fā)展?jié)撃芤诧@著提升，有助于提高我國工業(yè)行業(yè)的生產效率及質量。根據我國當前計算機技術的不斷發(fā)展來看，先進的視覺處理技術是我國計算機行業(yè)發(fā)展的未來趨勢，其更是一門先進的全新科學技術以及學科。此外，計算機視覺處理技術，在經過諸多研究人員的積極完善、開發(fā)、改進后，其具有了顯著的使用優(yōu)勢，且廣泛應用于社會中。與此同時，由于計算機視覺技術所具有較強獲取信息的相關能力，且計算機視覺技術可以獲取大量的信息。所以計算機視覺處理技術還具有非接觸性的顯著優(yōu)勢，以及遠距離獲取信息的相關特點。這兩個特點都讓計算機視覺技術在工業(yè)行業(yè)以及社會應用中，具有廣泛的使用范圍，并積極參與到各個工業(yè)活動內，對我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。

4 計算機視覺技術的具體應用

計算機中的視覺技術在實際應用過程中，主要是將計算機作為人體的視覺，并通過計算機實現(xiàn)人們視覺系統(tǒng)需要的相關工作。此外，計算機視覺技術主要就是將計算機作為人體的大腦對數據信息進行分辨識別，從而分析出當前人們需求的數據信息內容，摒棄不需要的數據信息內容。現(xiàn)階段，隨著我國社會經濟的迅速發(fā)展、社會的不斷進步，人們的生活質量顯著提高，而信息時代的到來推動我國計算機技術顯著提升，信息技術也廣泛使用于大家的實際生活中，促使我國人們群眾充分感受到信息時代帶來便利。當計算機視覺技術收集更多的數據信息之后，計算機通過對這些數據信息進行分析后，可以獲取更多的有效數據信息內容，最大程度的堅強我國工業(yè)行業(yè)內工作人員的負擔，并提高數據信息的收集效率以及工作質量。當前，隨著我國信息技術的迅速發(fā)展，我國的信息技術、電光技術以及網絡技術都飛速發(fā)展，而處于此種信息化時代背景中計算機視覺技術也不斷發(fā)展，其主要是通過視覺技術替代人臉技術，通過信息技術采集收納諸多的數據信息，最終將CCD 技術使用于設備零件圖像以及相關方面，最終通過對采集的圖像進行深層次的研究以及處理。從總體來看，計算機視覺技術主要是根據大家的視覺效果進行圖像采集，從而實現(xiàn)三維圖像以及物體的實際運行過程中的相關識別。計算機視覺技術通過將動態(tài)圖像進行模擬以及實際需要進行檢測的圖像進行簡單的處理，通過對比二者的數據信息可以獲取準確的數據信息，并讓復雜的工業(yè)工作轉變?yōu)楹唵?，大幅度提高工業(yè)領域的實際效率，推動我國的工業(yè)領域不斷發(fā)展。

5 工業(yè)領域的計算機視覺技術

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，計算機視覺技術也有了很大程度的提升，目前在工業(yè)領域內廣泛使用的計算機視覺技術將很多復雜的工作變得簡單化，讓原本人工需要花費很多時間才可以完成的事情縮短在很短的時間內完成，這項技術可以把工業(yè)上大量存在的信息收集起來，然后提取有用的用于工業(yè)生產的數據。計算機視覺技術在經過了計算機技術的不斷發(fā)展以及創(chuàng)新后，成為工業(yè)領域內的領先技術，因此，本文就從計算機視覺技術在工業(yè)領域中的應用進行分析。

5.1 視覺檢測技術的應用

現(xiàn)階段，計算機視覺技術進步較快，而在我國工業(yè)領域的實際使用過程中，我國的工業(yè)效率顯著提高，而廣泛適用于工業(yè)領域的技術就是視覺檢測技術。計算機視覺技術在實際使用過程中，需要嚴格按照實際操作步驟進行操作，不可隨意跳過任何的步驟，以免出現(xiàn)檢測發(fā)生錯誤的情況。此外，在使用視覺檢測技術的時候，需要考慮到圖像的輸出格式，并根據圖像的特征分析相關內容，從而提高圖像檢測的精準度。并且，在對檢測結果的質量進行提升的同時，還需要對原本的圖像進行提前處理措施，根據預處理提供的條件內容，使用合理的配套數據對其進行檢測工作。

5.2 圖像預處理技術的使用

在計算機視覺技術的使用過程中，最為重要的一種技術就是圖像預處理技術，利用這一項技術能夠對圖像進行有效的處理和分析，并結合數據處理情況來對圖像中的內容進行有機提取。由此可見，應用圖像預處理技術能夠將繁雜的工作步驟逐漸簡化，在一定程度上減少了工作壓力。圖像預處理技術是結合模板在匹配之前的主要環(huán)節(jié)之一，這項技術根據模板展開分析，結合最終滿足實際需求的具體圖像所輸出的數據的實際分辨力進行判斷。圖像預處理技術是在獲取圖像前所使用的技術，可以獲取二值邊緣化的圖像，然后結合實際要求來對圖像進行處理，提升圖像的使用效率。圖像預處理技術目前已經得到了有效的應用，并且隨著圖像預處理技術的不斷發(fā)展，技術的應用范圍、應用領域也會有所提高，需要相關人員提起重視。

6 結束語

要想提升視覺技術在工業(yè)領域中的應用效率，需要讓技術人員對視覺技術的概念進行深入的了解，這樣才可以更好地視覺處理技術進行研究，促進工業(yè)領域的快速發(fā)展，提高工業(yè)領域的生產效率。本文對視覺技術的概念進行了詳細的解釋和論述，分析了在視覺技術中所使用的檢測技術、圖像處理技術、模板匹配技術，針對視覺技術進行了多方面的綜合分析。結合本文的分析內容，可以得出視覺技術的作用，即快速、準確地 提取信息和處理信息，對物體進行高精度的分析以及真實的檢測，在檢測之后可以對物體之間的具體聯(lián)系進行有效分析。計算機視覺技術的應用效果較好，大幅度的改善了工業(yè)領域的生產效率，為工業(yè)生產 的發(fā)展起到了極大的促進作用，推動了我國工業(yè)生產活動中的技術創(chuàng)新。