機(jī)器視覺技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢分析

機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺系統(tǒng)是指使用機(jī)器取代人眼進(jìn)行各種測量和判斷。計(jì)算機(jī)視覺是工程和科學(xué)領(lǐng)域中非常重要的研究領(lǐng)域。它是一個(gè)全面的領(lǐng)域，包括光學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、模式識(shí)別、圖像處理、人工智能、信號(hào)處理和光電子集成。

其適用范圍隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐步完善和促進(jìn)。其中，母子圖像傳感器、CMOS及CCD攝像機(jī)、DSP、ARM嵌入式技術(shù)、圖像處理及模式識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，有效地促進(jìn)了人工視覺的開發(fā)。

計(jì)算機(jī)視覺是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)。由于大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)視對(duì)象都是移動(dòng)對(duì)象，因此系統(tǒng)和移動(dòng)對(duì)象的相應(yīng)調(diào)整動(dòng)作尤其重要，這對(duì)系統(tǒng)各部分的動(dòng)作時(shí)間和處理速度都有嚴(yán)格的要求。

在某些應(yīng)用領(lǐng)域（如機(jī)器人、飛行物），對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的某些重量、體積和功耗有嚴(yán)格要求。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成和工作流程完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括照明源、光學(xué)鏡頭、CCD相機(jī)、幀抓取、圖像檢測軟件、監(jiān)視器、通信單元等。

工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作流程主要包括：



1、當(dāng)傳感器檢測到檢測到的對(duì)象已接近相機(jī)的攝影中心時(shí)，傳感器將觸發(fā)脈沖發(fā)送到幀抓取器。

2、圖像捕捉板根據(jù)設(shè)定的時(shí)間表和延遲，分別向照明系統(tǒng)和相機(jī)發(fā)送開始脈沖。

3、將開始脈沖發(fā)送給相機(jī)，或者相機(jī)退出當(dāng)前幀并重新開始新幀，或者在開始脈沖到達(dá)并檢測到開始脈沖后開始之前，相機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，相機(jī)開始。在開始新映像之前，新映像。啟用曝光組件（預(yù)先設(shè)置曝光時(shí)間）。另一個(gè)起始脈沖將發(fā)送到光源，光源的激活時(shí)間必須與相機(jī)的曝光時(shí)間一致。相機(jī)掃描以生成圖像。

4、幀抓取板接收信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)數(shù)字化，或直接從相機(jī)接收數(shù)字化的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。

5、幀抓取卡將數(shù)字圖像保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。

6、計(jì)算機(jī)處理、分析和識(shí)別圖像以獲取檢測結(jié)果。

7、處理結(jié)果控制管線的行為，執(zhí)行定位并糾正移動(dòng)錯(cuò)誤。

與機(jī)器視覺相關(guān)的技術(shù)

1、圖像獲取技術(shù)-機(jī)器視覺的基礎(chǔ)

圖像取得部一般由光源、透鏡、數(shù)碼相機(jī)、圖像取得卡構(gòu)成。獲取過程可以在光源提供照明，數(shù)碼相機(jī)獲取對(duì)象物并轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，最終通過圖像獲取卡發(fā)送給圖像處理的一部分的條件下簡單說明。

在設(shè)計(jì)圖像捕獲部分時(shí)，主要需要考慮與數(shù)碼相機(jī)、框架抓斗和光源相關(guān)的許多方面。



（1）光源照明

照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，沒有可用于各種應(yīng)用程序的機(jī)器視覺照明設(shè)備。因此，在實(shí)際應(yīng)用程序中，必須為應(yīng)用程序選擇相應(yīng)的照明設(shè)備，以滿足特定的需求。

根據(jù)照明方法，照明系統(tǒng)可以分為背光、前照燈、結(jié)構(gòu)化燈光和閃光燈。其中，逆光是為了提高圖像的對(duì)比度，在光源和照相機(jī)之間配置測量對(duì)象物。前方照明是指將光源和照相機(jī)配置在被檢物的同一側(cè)，具有容易設(shè)置的優(yōu)勢。

結(jié)構(gòu)化光照明將陣列或線性光源投影到測量對(duì)象上，并根據(jù)其產(chǎn)生的失真解除對(duì)測量對(duì)象的三維信息的調(diào)制。閃光燈包括將高頻光脈沖照射到物體上，相機(jī)的拍攝要求與光源相同。

（2）光學(xué)照相機(jī)

光學(xué)相機(jī)的作用是執(zhí)行光學(xué)成像。一般來說，在測量領(lǐng)域，它是一種用于測量的特殊相機(jī)鏡頭，因?yàn)樗鼘?duì)圖像質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

應(yīng)該注意的相機(jī)問題之一是失真。這需要使用相應(yīng)的失真校正方法，目前已經(jīng)開發(fā)了許多自動(dòng)失真校正系統(tǒng)。

（3）CCD相機(jī)和框架抓斗

CCD相機(jī)（電荷耦合裝置）和圖像取得板共同完成目標(biāo)圖像的取得和數(shù)字化。目前，CCD、CMOS等半導(dǎo)體器件和線性光柵圖形敏感器件的應(yīng)用技術(shù)，不斷縮小像素尺寸，不斷增加光柵像素?cái)?shù)，像素電荷傳遞率也大幅提高。

在基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)中，幀抓取板是控制相機(jī)拍攝照片、完成圖像采集和數(shù)字化、調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。

幀抓取程序直接確定相機(jī)接口（黑白、彩色、模擬、數(shù)字和其他格式）。

2、圖像處理與分析-機(jī)器視覺的核心

機(jī)器視覺圖像處理和分析方法的核心是解決目標(biāo)檢測和識(shí)別問題。如果標(biāo)識(shí)的目標(biāo)更復(fù)雜，則它必須通過多個(gè)鏈接在不同方面實(shí)現(xiàn)全局。

識(shí)別和提取目標(biāo)時(shí)，首先要考慮的是如何自動(dòng)將目標(biāo)與背景分離。目標(biāo)挖掘的復(fù)雜性在于，目標(biāo)對(duì)象和非目標(biāo)對(duì)象的特性通常沒有太大差異。確定目標(biāo)挖掘模式后，需要改善目標(biāo)特性。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，圖像信息處理越來越完善，如DSP芯片、特殊信號(hào)處理板圖像等硬件。

軟件部分主要用于完成算法不成熟、復(fù)雜或需要不斷改進(jìn)的部分。一方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，同時(shí)減少了系統(tǒng)的xity。

圖像

機(jī)器視覺應(yīng)用程序和優(yōu)勢

1、機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用范圍

（1）從產(chǎn)業(yè)試驗(yàn)的觀點(diǎn)出發(fā)

在過去的幾十年中，機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛使用，利用非接觸、快速、準(zhǔn)確和強(qiáng)大的反視覺系統(tǒng)現(xiàn)場干擾在工業(yè)檢查中的優(yōu)勢，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)利益。

自動(dòng)目視識(shí)別檢查一直用于木材加工檢查、金屬表面目視檢查、基板檢查二極管檢測、電路基板故障檢查、自動(dòng)焊錫故障識(shí)別等產(chǎn)品形狀及表面缺陷檢查。

這些檢測和識(shí)別系統(tǒng)屬于二維人工視覺，技術(shù)比較成熟。

（2）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

人工視覺主要用于醫(yī)療診斷。首先，核磁共振、超聲波、激光、X射線、γ收集用線等記錄的圖像。在檢查人體時(shí)，使用數(shù)字圖像處理技術(shù)和信息融合技術(shù)對(duì)這些醫(yī)用圖像進(jìn)行分析、描述和識(shí)別然后最后獲取相關(guān)信息，使用數(shù)字圖像處理技術(shù)和信息融合技術(shù)對(duì)這些醫(yī)用圖像進(jìn)行分析、描述和識(shí)別。幫助醫(yī)生診斷人類病原體的大小、形狀和異常，并進(jìn)行有效的治療具有重要作用。

各種各樣的醫(yī)用圖像機(jī)器，取得有各種各樣的特性的生物體組織的圖像。例如，X射線反射骨組織，MRI圖像反射有機(jī)組織的圖像。醫(yī)生往往需要考慮骨骼和有機(jī)組織的關(guān)系，因此需要進(jìn)行數(shù)字圖像處理。這項(xiàng)技術(shù)將兩個(gè)圖像適當(dāng)?shù)丿B加在一起，以便于醫(yī)療分析。

（3）在交通監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用

在智能交通監(jiān)控領(lǐng)域，只要在重要路口安裝攝像頭，就可以利用攝像頭的快速拍照功能，實(shí)現(xiàn)牌照等牌照的自動(dòng)識(shí)別存儲(chǔ)、違法逆行登記等，讓相關(guān)人員將它們可視化。

（4）在橋梁檢修領(lǐng)域的應(yīng)用

手動(dòng)檢測方法和橋梁車輛檢測方法都依賴肉眼對(duì)橋梁表面的手動(dòng)檢測。這是緩慢和低效的，并提高了檢測率降低、實(shí)時(shí)性能、交通影響和潛在的安全性。難以大規(guī)模應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。

無損檢測包括激光測試、超聲測試、聲發(fā)射測試和其他測試技術(shù)。這些技術(shù)不能滿足儀器昂貴、測量范圍窄、電橋測試增大的要求。

智能檢測包括基于導(dǎo)電材料和智能混凝土技術(shù)的分布式自動(dòng)混凝土裂縫檢測系統(tǒng)，以及基于機(jī)器視覺的前沿檢測方法。

導(dǎo)電材料技術(shù)，操作簡單，設(shè)備簡單，價(jià)格低廉，但檢測需要事先在混凝土結(jié)構(gòu)物上涂裝或填充導(dǎo)電材料，智能混凝土技術(shù)無法確定一系列問題，如地點(diǎn)等。裂縫的。和裂縫的寬度，與實(shí)用性相去甚遠(yuǎn)。更改還有很長的距離。

基于機(jī)器視覺的檢測方法是使用CCD攝像機(jī)獲取橋梁的表觀圖像，使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別裂縫圖像，從背景中分離出來，計(jì)算裂縫參數(shù)直觀準(zhǔn)確它具有非接觸、可重復(fù)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、成本低、釋放勞動(dòng)力、消除人員干擾和出色的應(yīng)用前景。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的混凝土橋損傷是由裂縫引起的，因此橋梁的衛(wèi)生檢查主要由橋梁表觀裂縫的檢測和測量構(gòu)成。

基于機(jī)器視覺的橋梁檢測技術(shù)主要由三部分組成。電橋表觀成像技術(shù)，基于圖像的自動(dòng)裂縫識(shí)別理論和算法，以及裂縫寬度和其他基于圖像的疾病程度的定量測量。

基于機(jī)器視覺的自動(dòng)智能檢測技術(shù)很好地應(yīng)用于道路和隧道，最初也適用于橋梁。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)尚處于理論研究階段，不適用于實(shí)際工程。

智能橋梁視頻檢測車輛以大、大支間混凝土桁架為目標(biāo)，進(jìn)入了主要構(gòu)件理論和模型的開發(fā)階段，但由于小橋梁裂縫的自動(dòng)識(shí)別難度和澄清難度的限制，圖像、要求還很遙遠(yuǎn)。

2、機(jī)器視覺技術(shù)的優(yōu)勢

1.效率：工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，大大提高了生產(chǎn)效率，提高了檢測效率的要求。手工檢查的效率在一定范圍內(nèi)，不能大幅度改善。在裝配線的重復(fù)、機(jī)械化的檢查過程中，檢查人員容易疲勞，檢查效率降低。機(jī)器視覺可以更快地檢測產(chǎn)品，特別是在生產(chǎn)線上。在檢測高速移動(dòng)的物體時(shí)，機(jī)器可以提高檢測效率，速度甚至達(dá)到手工操作的10-20倍。

2.精度：由于工作人員的物理限制，在產(chǎn)品檢測中使用放大鏡或顯微鏡也會(huì)受到主觀性的影響，精度不受保證。另外，每個(gè)檢查官的標(biāo)準(zhǔn)都有不同。這臺(tái)機(jī)器在精度上有明顯的優(yōu)勢，它的精度可能達(dá)到千分之一英寸。另外，只要參數(shù)設(shè)定沒有差異，相同構(gòu)成的多臺(tái)機(jī)器就能維持相同的精度，所以機(jī)器不會(huì)成為主觀控制的對(duì)象。

3.客觀性：手動(dòng)檢測必然導(dǎo)致疲勞。同時(shí)，還有一個(gè)致命的缺陷，那就是情感所引起的主觀性。檢測結(jié)果根據(jù)檢查官的心情而變化。雖然我對(duì)機(jī)器沒有感情它使測試結(jié)果更加客觀可靠。

4.重現(xiàn)性：機(jī)器可以不累地多次進(jìn)行同樣的檢查工作。不僅如此，長時(shí)間的手工反復(fù)檢查無疑會(huì)引起疲勞，即使產(chǎn)品完全相同，每次檢查產(chǎn)品都會(huì)有微妙的差異。

5.環(huán)境：機(jī)器視覺系統(tǒng)通過圖像捕獲設(shè)備將目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，發(fā)送給專用的圖像處理系統(tǒng)。在工件的測量工序中，由于不需要接觸工件，在適應(yīng)嚴(yán)酷、危險(xiǎn)的生產(chǎn)環(huán)境的同時(shí)，可能會(huì)對(duì)工件造成接觸損傷。另一方面，手工作業(yè)無法應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷的環(huán)境，檢查時(shí)會(huì)對(duì)工件造成接觸損傷，因此需要進(jìn)行工件的接觸檢測。

6.對(duì)成本計(jì)算機(jī)視覺的初始投資會(huì)很高，但它是一次性投資，是長期結(jié)果。隨著機(jī)器視覺的快速發(fā)展，價(jià)格會(huì)逐漸下降，但手動(dòng)檢查需要長期投資勞務(wù)費(fèi)呈上升趨勢。因?yàn)闄C(jī)器的檢測效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類，所以從長期來看機(jī)器視覺的成本會(huì)很低。

7.信息集成：機(jī)器視覺可以通過多種檢測方法測量同時(shí)檢測產(chǎn)品的輪廓、尺寸、外觀缺陷、產(chǎn)品高度和其他技術(shù)參數(shù)。手工檢查雖然檢查內(nèi)容不同，但只能通過多個(gè)工作站的配合和協(xié)調(diào)完成，每個(gè)員工的檢測標(biāo)準(zhǔn)都不同，因此容易發(fā)生誤檢測。

8.掃描：機(jī)器視覺工作過程中測量的數(shù)據(jù)可以獨(dú)立或通過網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)制。這對(duì)生產(chǎn)過程的統(tǒng)計(jì)和分析很有用。同時(shí)，您也可以導(dǎo)出指定的數(shù)據(jù)并在發(fā)現(xiàn)后輸出報(bào)表，而無需手動(dòng)逐個(gè)添加。毫無疑問，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于手動(dòng)檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

一般來說，與手動(dòng)檢查相比，機(jī)器視覺系統(tǒng)具有自動(dòng)化、客觀性、非接觸、高精度的特性。特別是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)的精度和速度，以及在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境中的可靠性。它在重復(fù)和機(jī)械作業(yè)中有很大的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)企業(yè)來說很重要。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)的一步。

機(jī)器視覺今后的發(fā)展動(dòng)向

機(jī)器視覺可以說是人工智能最底層的基礎(chǔ)架構(gòu)層。在人工智能行業(yè)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域中，機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域非常深，有很多。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈全景看，我國人工智能產(chǎn)業(yè)正處于快速生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)期。

從計(jì)算機(jī)視覺的全領(lǐng)域觀點(diǎn)來看，它處于一個(gè)快速重建的時(shí)代。從市場分析的角度來看，計(jì)算機(jī)視覺不是一個(gè)特別新的領(lǐng)域。這是從之前的初始圖像處理派生出來的。市場上有很多優(yōu)秀的制造商。他們長期以來深深地參與了智能安全和運(yùn)輸。他們沒有從計(jì)算機(jī)視覺和面部識(shí)別開始。這些行業(yè)的許多制造商都處于快速發(fā)展階段。

2018年，中國人工智能市場規(guī)模將超過406億，這一復(fù)合增長率將達(dá)到25.8%，比全球整體增速還要快。關(guān)于市場結(jié)構(gòu)，也有整體情況。關(guān)于投資規(guī)模，去年包括投資交易件數(shù)在內(nèi)的總投資額急劇增加，從事人工智能和機(jī)器視覺的企業(yè)也急劇增加。

未來，令人滿意的AI策略將在這四個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生相對(duì)較大的機(jī)遇。安全、運(yùn)輸、金融和家用電器是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。

第一，巨人執(zhí)行著包括人工智能進(jìn)化在內(nèi)的機(jī)器視覺。它們都在新時(shí)代。它像華威一樣在中國。對(duì)他們來說，開源的想法，開源的使用方法，和外國還有很多不同的概念。有幾個(gè)不一致。許多開源代碼都是打包的，單獨(dú)使用。事實(shí)上，作為一種普遍的想法，外國開源的概念更為先進(jìn)。當(dāng)然，這是有原因的。許多公司基本上通過發(fā)送AI代碼來推進(jìn)開源部署渠道。

整個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向，目前正處于快速逆轉(zhuǎn)時(shí)期。整個(gè)行業(yè)以及產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展都有周期性的波動(dòng)，機(jī)器視覺和電腦視覺領(lǐng)域仍處于快速復(fù)蘇期，意味著技術(shù)成熟，市場關(guān)注快速復(fù)蘇?？焖俜答伒漠a(chǎn)品和關(guān)鍵領(lǐng)域。

最后，在包括政府計(jì)劃在內(nèi)的整個(gè)中國市場目前的發(fā)展中，智能城市的話題再次升溫。很多建筑都是在很多年前建造的，但是開發(fā)并不是特別順利。目前，隨著整個(gè)人工智能行業(yè)的發(fā)展、這一動(dòng)力和熱潮，主要原因是技術(shù)力量能夠解決實(shí)際的嚴(yán)格需求和實(shí)際問題。數(shù)據(jù)方面，今年中國智能城市數(shù)量預(yù)計(jì)將超過500。從整個(gè)智能城市的產(chǎn)業(yè)定義角度來看，在人工視覺領(lǐng)域的需求特別大。是的，很多定義都包括智能城市。也就是說，智能城市是相機(jī)的數(shù)量。這是一個(gè)非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。今后，以帶面部識(shí)別功能的照相機(jī)為首的智能照相機(jī)的需求會(huì)變得非常高。

西安德伍拓自動(dòng)化傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司在機(jī)器視覺領(lǐng)域擁有10多年的項(xiàng)目項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域上有著不少成功的案例和解決方案。公司自成立以來一直以來致力于機(jī)器視覺產(chǎn)品的生產(chǎn)、開發(fā)、應(yīng)用以及銷售，為客戶提供整體機(jī)器視覺解決方案及服務(wù)，把機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到智能生產(chǎn)中。