一、機器視覺的定義

機(ji)器視覺是一種通過光學設備(bei)和非(fei)接觸(chu)式(shi)傳(chuan)感(gan)器自(zi)動接收并處(chu)理(li)真(zhen)實物體的(de)(de)圖(tu)像(xiang)的(de)(de)設備(bei)，以獲得所需信(xin)息或控(kong)制機(ji)器人的(de)(de)運動。

機器(qi)視(shi)覺就是(shi)用機器(qi)代替人(ren)眼進行測量(liang)和判斷。本質上(shang)，機器(qi)視(shi)覺是(shi)圖像(xiang)分析技術在工廠自(zi)動化中(zhong)的(de)應用，通過使用光學系統，工業數(shu)碼相機和圖像(xiang)處理(li)工具(ju)，以模擬(ni)人(ren)類的(de)視(shi)覺功能并做出相應的(de)決策(ce)，通過指(zhi)揮特定的(de)裝置來(lai)實現這些決策(ce)。

在現代(dai)的(de)自動化生產過程(cheng)中，機器視(shi)覺已開始逐(zhu)漸取代(dai)人(ren)工(gong)(gong)視(shi)覺，特別是在工(gong)(gong)況檢測，成品檢驗，質量控制(zhi)等領(ling)域。隨著工(gong)(gong)業4.0時代(dai)的(de)到(dao)來，這種趨勢已不可逆轉(zhuan)。

二、為什么要使用機器視覺代替人工視覺？

原因有很多，主要有以(yi)下(xia)幾點：

1、從生(sheng)產效(xiao)率的角度來(lai)看(kan)，由于長時間(jian)工(gong)作后操作者(zhe)容易感到(dao)疲勞，因此人工(gong)視覺的質量低下(xia)，準確性不高(gao)，機(ji)器視覺可以大大提高(gao)生(sheng)產效(xiao)率和自動(dong)化程(cheng)度。

2、從成本控制的(de)(de)角度來看，培訓一名合(he)格的(de)(de)操(cao)作員需要(yao)企(qi)業(ye)管理人(ren)員花費大(da)量(liang)的(de)(de)人(ren)力(li)和(he)物力(li)，而且簡單的(de)(de)培訓是(shi)遠遠不(bu)夠的(de)(de)，后續還需要(yao)大(da)量(liang)的(de)(de)時間來提高(gao)操(cao)作員的(de)(de)實踐水平(ping)。而機(ji)器視覺系統只要(yao)設計，調試和(he)運行(xing)得當(dang)，就(jiu)可以長時間不(bu)間斷(duan)地(di)使用工(gong)作，同時確保生產效果。

3、在(zai)某些特(te)殊的工業環境中，例如焊接，火藥(yao)制造(zao)等工作(zuo)條件(jian)檢(jian)測，人(ren)工視覺可(ke)能(neng)會對操作(zuo)人(ren)員(yuan)的人(ren)身安全構成威脅，而(er)機器視覺在(zai)一定程度(du)上有效地避免(mian)了這些風險。

三、機器視覺涵蓋哪些領域？

機器視(shi)覺系(xi)統(tong)由不同的(de)功能(neng)模塊組成(cheng)，因此設計出(chu)一個(ge)成(cheng)功的(de)機器視(shi)覺系(xi)統(tong)對工程師(shi)的(de)要求是(shi)很高的(de)。

通常，機器視(shi)覺涵蓋的專業領域如下：

1、電氣(qi)工程：用于機器視覺系統中的硬件和(he)軟件設計。

2、工程數學：圖像處理技術的基礎。

3、物理：照(zhao)明(ming)系統設計的基(ji)礎(chu)。

4、機械工程(cheng)：機器視覺(jue)系統的應用。好的機器視覺(jue)系統可(ke)以更(geng)(geng)好地為制造提供(gong)更(geng)(geng)多技術支(zhi)持，從而提高產(chan)品質(zhi)量和生產(chan)效(xiao)率。

四、機器視覺系統的組成部分

完整(zheng)的(de)(de)機(ji)器視覺系(xi)統通常由光學系(xi)統（光源(yuan)，鏡頭，工業相機(ji)），圖(tu)像采集單元，圖(tu)像處理單元，執行器和(he)人機(ji)界面組成。功(gong)能模塊是相輔(fu)相成的(de)(de)，缺一不(bu)可。

1、照明（光源）

照明(ming)是影響機器視覺系統(tong)輸入的(de)重(zhong)要因素(su)。光源系統(tong)的(de)設(she)計非常重(zhong)要，它與(yu)輸入數據直接相關，即圖像的(de)質量和應(ying)用(yong)效果(guo)。

工程(cheng)師需(xu)要首(shou)先(xian)確定有效(xiao)的照明(ming)(ming)條(tiao)件(jian)，并根據用(yong)戶(hu)需(xu)求和(he)產品特性(xing)選擇相(xiang)應的照明(ming)(ming)設(she)備，以確保在(zai)這種照明(ming)(ming)條(tiao)件(jian)下生成的圖像可以突出顯示用(yong)戶(hu)所需(xu)的目標信息(xi)特征(zheng)。

光(guang)(guang)源通常(chang)分為(wei)可見(jian)(jian)光(guang)(guang)源和不可見(jian)(jian)光(guang)(guang)源。工業上通常(chang)使(shi)用(yong)的(de)可見(jian)(jian)光(guang)(guang)源是(shi)LED，鹵素燈(deng)，熒光(guang)(guang)燈(deng)等。不可見(jian)(jian)光(guang)(guang)源主要(yao)是(shi)近紅外光(guang)(guang)，紫外光(guang)(guang)，X射線等。

LED光源(yuan)是一種廣泛用于教學(xue)的機器(qi)視(shi)覺光源(yuan)，具有高效，長壽命，防潮，抗震，節(jie)能環(huan)保的特點(dian)。這是工程師在設(she)計(ji)照(zhao)明系統時的選擇。

不(bu)可見光源(yuan)主要用于滿足某(mou)些特(te)定需求，例如(ru)管道焊接過程的(de)檢測(ce)，因為不(bu)可見光的(de)穿透只能到達檢測(ce)點。

2、鏡頭

鏡頭是機器視覺系統中的(de)重(zhong)要組件，其作用是光學成像。

鏡頭(tou)的主(zhu)要參(can)數(shu)是(shi)焦距，景深，分(fen)辨率(lv)，工作距離和(he)視(shi)場。

景深是指鏡頭可(ke)以(yi)獲取圖像時，被攝物體與焦點前(qian)后(hou)之間的距離范圍(wei)。

視場表示攝(she)像機可以觀察到的范圍(wei)，通常以角度表示。一般來(lai)說，視野越大，觀察范圍(wei)越大。

工(gong)(gong)作距(ju)離(li)是(shi)指鏡頭與被(bei)攝物體之(zhi)間的距(ju)離(li)。工(gong)(gong)作距(ju)離(li)越長，成本(ben)越高。

在設計機(ji)器視覺(jue)系統時，請選擇參數(shu)符合用戶需求的鏡頭。

3、工業相機

在(zai)機(ji)(ji)器視覺系統(tong)中，工業相(xiang)機(ji)(ji)必不可少。它們就像(xiang)人的(de)眼睛，用(yong)于(yu)捕獲圖像(xiang)。工業相(xiang)機(ji)(ji)根據(ju)感光器的(de)不同(tong)可分為：CCD相(xiang)機(ji)(ji)和CMOS相(xiang)機(ji)(ji)。

CCD照相機的(de)成(cheng)本(ben)較高，但成(cheng)像(xiang)質(zhi)量，成(cheng)像(xiang)透明度和色彩(cai)豐富度比CMOS照相機要好得多。CCD攝像(xiang)機根據(ju)其使用的(de)CCD感光(guang)元件可以分(fen)為線陣式(shi)和面陣式(shi)兩種。

線陣式(shi)CCD相(xiang)機采用(yong)(yong)“線”的(de)形(xing)式(shi)，并且圖像信息只能(neng)以行(xing)(xing)為為單位進行(xing)(xing)處理，分辨(bian)率高、速度快(kuai)。它主要(yao)用(yong)(yong)于工業，醫(yi)療，科研(yan)等領域相(xiang)配套的(de)機器視覺(jue)系(xi)統上。

面陣式相機(ji)可(ke)以一次(ci)獲(huo)取整(zheng)個(ge)圖像的信息(xi)，價(jia)格相對(dui)便宜。

4、圖像采集單元

圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)集單(dan)元中(zhong)的重要元素是(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)集卡，它(ta)是(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)采(cai)集單(dan)元和圖(tu)像(xiang)(xiang)處理單(dan)元之間的接口。它(ta)用于數字(zi)化獲取的圖(tu)像(xiang)(xiang)，并將其輸入并存儲在計算機中(zhong)。

5、圖像處理單元

包含(han)大(da)量圖像(xiang)處(chu)理(li)算法(fa)。采集圖像(xiang)后(hou)，使用這些算法(fa)處(chu)理(li)數字(zi)圖像(xiang)，進行(xing)分析和計算，然后(hou)輸(shu)出結果。

6、執行器和人機界面

完成圖像采(cai)集和處(chu)理(li)工作后，需要輸出圖像處(chu)理(li)結果(guo)，并進行與結果(guo)相匹配的操作，例如剔除不良品，報(bao)警等(deng)，并通過(guo)人(ren)機(ji)界面顯(xian)示生產(chan)信息。

五、機器視覺系統的原理

通過光學系統，將被攝物體轉(zhuan)換(huan)為圖(tu)(tu)像信(xin)(xin)號，然(ran)后(hou)將圖(tu)(tu)像信(xin)(xin)號傳輸至圖(tu)(tu)像采集卡(ka)，并根據像素(su)分(fen)布，亮度，顏色等信(xin)(xin)息轉(zhuan)換(huan)為數(shu)字信(xin)(xin)號，圖(tu)(tu)像處理單元有效地計算出這些(xie)數(shu)字信(xin)(xin)號并獲得拍攝目標的特征值，以根據判別結(jie)果(guo)指導設備(bei)執(zhi)行相(xiang)應的動(dong)作。