前言(yan)

工業機器人(ren)的“慧(hui)眼”

早在20世紀80年代美國國家標準局(ju)就預(yu)計，檢測(ce)任(ren)務的(de)80%乃至(zhi)90%將由視覺測(ce)量系統來完成，該預(yu)測(ce)至(zhi)今已(yi)(yi)基(ji)本變成現(xian)實。近年來，隨著機器視覺技(ji)術(shu)的(de)迅速發展，機器視覺技(ji)術(shu)的(de)快(kuai)速性、精確性、智(zhi)能化特性已(yi)(yi)廣泛應用到現(xian)代工業(ye)的(de)各(ge)行(xing)各(ge)業(ye)中(zhong)。

而且，在當前以智能制(zhi)造(zao)為(wei)核心(xin)的工業4.0時代背景下，中國制(zhi)造(zao)2025戰略(lve)部署逐步深入，工業機(ji)器人產(chan)業市(shi)場呈現爆炸式增(zeng)長(chang)勢頭，而充當工業機(ji)器人“慧眼”的機(ji)器視覺系統(tong)也(ye)功(gong)不可(ke)沒。

機器視覺系統是一種(zhong)非(fei)接(jie)觸式(shi)的光學傳感系統，其同(tong)時集(ji)成軟(ruan)硬件，能夠自動地從所采集(ji)到(dao)的圖(tu)像中獲取信息或產生控制動作。

簡言之，就(jiu)是用(yong)計算機模擬(ni)人眼的視覺功能，從圖(tu)像(xiang)或(huo)圖(tu)像(xiang)序(xu)列(lie)中提取信息(xi)，進行處理(li)并(bing)加以(yi)理(li)解(jie)，最終用(yong)于檢測(ce)、測(ce)量和控制。

典型的(de)工業機器視(shi)覺(jue)系(xi)統(tong)(tong)使用(yong)攝像機采集被測目標的(de)圖(tu)(tu)像信(xin)息(xi)，然后(hou)將模擬圖(tu)(tu)像信(xin)息(xi)轉換為數字圖(tu)(tu)像信(xin)號傳送給上位機的(de)數字圖(tu)(tu)像處(chu)理(li)系(xi)統(tong)(tong)，處(chu)理(li)系(xi)統(tong)(tong)中會根據圖(tu)(tu)片(pian)的(de)像素分(fen)布(bu)、亮度、標志點和(he)顏色等信(xin)息(xi)，運算(suan)出被測目標的(de)位姿和(he)形態等信(xin)息(xi)，最后(hou)根據測試得到的(de)信(xin)息(xi)控制驅動執行器進(jin)行響應的(de)操(cao)作(zuo)。

目前機器視覺已(yi)經應用(yong)在農產品分選、醫(yi)療影像、產品包裝檢測和工業等領域中。

機器(qi)視(shi)覺(jue)(jue)在工業領域中的應用廣泛，主要有三個(ge)功(gong)能：視(shi)覺(jue)(jue)測量、視(shi)覺(jue)(jue)引導和視(shi)覺(jue)(jue)檢測。

視覺測量針對(dui)的是精度(du)要(yao)(yao)求較(jiao)高(gao)的一些零部件，精度(du)要(yao)(yao)求為毫米級(ji)甚至(zhi)為微米級(ji)，使用人的肉眼無法完成必須使用機器完成，如對(dui)高(gao)精度(du)螺紋螺孔的尺寸(cun)需要(yao)(yao)通過機器視覺的方式進(jin)行(xing)測量，保(bao)證(zheng)連接的間隙(xi)和精度(du)；

視覺(jue)引導是要求機器(qi)視覺(jue)能(neng)夠快速(su)準確地(di)找到(dao)被測零件(jian)，并確認其位(wei)置，引導機器(qi)人機械臂(bei)準確抓(zhua)取，如視覺(jue)引導隨機抓(zhua)件(jian)，通(tong)過(guo)掃描(miao)工(gong)(gong)具(ju)箱內隨機分布的(de)零件(jian)得到(dao)三維圖(tu)像(xiang)，采用模式識(shi)別的(de)方式，在三維圖(tu)像(xiang)中獲取機械臂(bei)抓(zhua)取工(gong)(gong)件(jian)的(de)最佳點，引導抓(zhua)取實(shi)現自動(dong)化生產；

視覺檢(jian)測(ce)是使(shi)用機器(qi)視覺系統檢(jian)測(ce)生產線(xian)上(shang)的(de)產品有無質量問題，對(dui)其(qi)美(mei)觀度、舒適(shi)度和使(shi)用性能(neng)進行(xing)檢(jian)測(ce)，是取代人工最(zui)多的(de)環(huan)節(jie)，如國內外都實現了使(shi)用機器(qi)視覺對(dui)馬(ma)鈴薯的(de)幾(ji)何形狀檢(jian)測(ce)、表(biao)面(mian)缺(que)陷檢(jian)測(ce)，從根(gen)據這些特征對(dui)馬(ma)鈴薯進行(xing)分級。

機器(qi)視覺(jue)極(ji)大(da)地提高了(le)(le)工業生(sheng)產(chan)中(zhong)的柔性和(he)自(zi)動化(hua)程度，并(bing)且能夠在(zai)危險作業環境中(zhong)完(wan)成(cheng)一些(xie)人工難以完(wan)成(cheng)的工作，在(zai)大(da)批量(liang)的生(sheng)產(chan)中(zhong)極(ji)大(da)地減少了(le)(le)人工的使用，并(bing)提高和(he)保(bao)證了(le)(le)生(sheng)產(chan)的質量(liang)。

值(zhi)得指出的是(shi)，機器(qi)視覺技術在現代(dai)(dai)工(gong)(gong)業典型代(dai)(dai)表(biao)的汽車(che)工(gong)(gong)業中的應(ying)用已(yi)十分(fen)廣泛。

作為(wei)世界上規模最大和最重要(yao)的(de)產業之一的(de)汽車制(zhi)造(zao)(zao)業已有(you)100多年的(de)發展歷史。相比于其他制(zhi)造(zao)(zao)業，汽車制(zhi)造(zao)(zao)業具有(you)幾個典型的(de)特點(dian)：產量巨大且(qie)仍保持(chi)快速增長；車型更新(xin)換(huan)代速度快；制(zhi)造(zao)(zao)工藝流程非(fei)常復雜。機(ji)器(qi)視覺技(ji)術(shu)在汽車制(zhi)造(zao)(zao)業中的(de)應(ying)用，極大地提高了工藝的(de)操(cao)作質量和效率，降低了勞(lao)動強度。

其已成功地應用于國內外(wai)許(xu)多汽(qi)車(che)(che)主(zhu)機廠，包(bao)(bao)括(kuo)車(che)(che)輛及零(ling)部(bu)件自動檢測(ce)(ce)、零(ling)件三(san)維定(ding)位(wei)、車(che)(che)身(shen)(shen)組裝／加(jia)工(gong)(gong)，零(ling)件追溯等(deng)(deng)。機器視覺技(ji)術的(de)應用已貫(guan)穿了整個汽(qi)車(che)(che)車(che)(che)身(shen)(shen)制造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)，包(bao)(bao)括(kuo)從初始(shi)原料質(zhi)量檢測(ce)(ce)發展到(dao)汽(qi)車(che)(che)零(ling)部(bu)件100%在(zai)線測(ce)(ce)量，再對制造(zao)(zao)過(guo)程(cheng)中的(de)焊接、涂膠、沖(chong)孔等(deng)(deng)工(gong)(gong)藝過(guo)程(cheng)進行(xing)把控，最(zui)后對車(che)(che)身(shen)(shen)總成、出廠的(de)整車(che)(che)質(zhi)量進行(xing)把關。

目前(qian)，機器(qi)視(shi)覺已在現代(dai)(dai)工業各(ge)個領域被(bei)廣(guang)泛應用，在未來的發展空間將更加廣(guang)闊，機器(qi)視(shi)覺技術必成為引(yin)導更高、更快、更穩(wen)定的自動(dong)化(hua)工業時代(dai)(dai)的“慧(hui)眼”。

但不得不指出，機(ji)器(qi)(qi)視(shi)(shi)覺技術在(zai)現代工業應(ying)用(yong)中也(ye)受(shou)到一(yi)定因(yin)素(su)的(de)(de)(de)制約，需(xu)要未來(lai)進行針對性的(de)(de)(de)改(gai)進和(he)提升。另外，目前(qian)計算機(ji)軟件的(de)(de)(de)智能(neng)程度(du)也(ye)還(huan)遠遠不夠(gou)，在(zai)計算機(ji)視(shi)(shi)覺領(ling)(ling)域(yu)大熱的(de)(de)(de)深度(du)學(xue)習神經網絡目前(qian)在(zai)機(ji)器(qi)(qi)視(shi)(shi)覺領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)(de)成功應(ying)用(yong)較少，當目標(biao)對象多(duo)變、特征復雜、樣本數不夠(gou)的(de)(de)(de)時(shi)候，深度(du)學(xue)習無法(fa)使用(yong)，還(huan)是要回(hui)到傳(chuan)統的(de)(de)(de)老路上來(lai)，再考(kao)慮實時(shi)性的(de)(de)(de)嚴格(ge)要求，機(ji)器(qi)(qi)視(shi)(shi)覺特別需(xu)要一(yi)種新的(de)(de)(de)智能(neng)的(de)(de)(de)普遍應(ying)用(yong)于大部分領(ling)(ling)域(yu)的(de)(de)(de)方法(fa)出來(lai)。

工業(ye)界基本都(dou)是(shi)三(san)維(wei)的(de)部件，而二維(wei)成像畢竟是(shi)三(san)維(wei)空間的(de)實際情況的(de)一種病態(tai)數據采(cai)集，圍(wei)繞(rao)三(san)維(wei)機器(qi)視覺檢測(ce)(ce)、測(ce)(ce)量、機器(qi)人導(dao)引等項目和(he)應用將(jiang)(jiang)會越(yue)來越(yue)多，三(san)維(wei)視覺檢測(ce)(ce)將(jiang)(jiang)更多的(de)應用到工業(ye)生產領域。

在其他眾多民用領(ling)域也(ye)(ye)會(hui)迎來(lai)機(ji)器視覺(jue)發(fa)展的高潮，現代(dai)制造、醫(yi)療、電子、倉儲等各個(ge)領(ling)域都(dou)會(hui)有各種各樣(yang)的新應用，促進(jin)新時代(dai)智(zhi)能化(hua)的發(fa)展；機(ji)器視覺(jue)硬件系統也(ye)(ye)會(hui)朝(chao)著嵌入式的方向(xiang)發(fa)展，運(yun)算效率和智(zhi)能化(hua)程度越來(lai)越高。