機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的視覺(jué)功能，也就是用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀的三維世界的識(shí)別。按現(xiàn)在的理解，人類視覺(jué)系統(tǒng)的感受部分，它是一個(gè)三維采樣系統(tǒng)。針對(duì)傳統(tǒng)的人工密集型檢測(cè)模式，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可代替大量的檢測(cè)工人，將“人眼 簡(jiǎn)單工具”的檢測(cè)模式升級(jí)為高精度快速的自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果。三維物體的可見(jiàn)部分投影到網(wǎng)膜上，人們按照投影到上的二維的像來(lái)對(duì)該物體進(jìn)行三維理解。所謂三維理解是指對(duì)被觀察對(duì)象的形狀、尺寸、離開(kāi)觀察點(diǎn)的距離、質(zhì)地和運(yùn)動(dòng)特征（方向和速度）等的理解。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的輸入裝置可以是攝像機(jī)、轉(zhuǎn)鼓等，它們都把三維的影像作為輸入源，即輸入計(jì)算機(jī)的就是三維管觀世界的二維投影。也決定了機(jī)器視覺(jué)將由過(guò)去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動(dòng)作，逐漸朝著開(kāi)放性的方向發(fā)展，這一趨勢(shì)也預(yù)示著機(jī)器視覺(jué)將與自動(dòng)化更進(jìn)一步的融合。如果把三維客觀世界到二維投影像看作是一種正變換的話，則機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)所要做的是從這種二維投影圖像到三維客觀世界的逆變換，也就是根據(jù)這種二維投影圖像去重建三維的客觀世界。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。

近80%的工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量、采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測(cè)功能中。下面通過(guò)一個(gè)用于生產(chǎn)線上的單攝像機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，說(shuō)明系統(tǒng)的組成及功能。

機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)進(jìn)行測(cè)量和判斷，其特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。非接觸測(cè)量所采用的是光學(xué)影像測(cè)量技術(shù)，通過(guò)軟件在光學(xué)對(duì)焦過(guò)程中，自動(dòng)計(jì)算出兩個(gè)表面清晰的Z軸坐標(biāo)值，從而測(cè)量出高度值。在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境，或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)代替人工視覺(jué)。同時(shí)在大批量生產(chǎn)過(guò)程中，人工視覺(jué)檢測(cè)效率低且精度不高，而用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，因此被廣泛應(yīng)用于工況監(jiān)視、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

機(jī)器視覺(jué)在我國(guó)從起步發(fā)展至今，已超過(guò)15年的發(fā)展歷程，隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器視覺(jué)已進(jìn)入高速發(fā)展階段，在效率、速度、精度、穩(wěn)定性等方面均有大幅提升。機(jī)器視覺(jué)能得以不斷發(fā)展，取決于以下三大驅(qū)動(dòng)因素：應(yīng)用領(lǐng)域、成本控制、技術(shù)創(chuàng)新。

當(dāng)前，工業(yè)自動(dòng)化、智能化進(jìn)入飛速發(fā)展階段，生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的自動(dòng)化程度也變得越來(lái)越高，各類產(chǎn)品及元器件的大批量生產(chǎn)，面對(duì)著高重復(fù)性和的檢驗(yàn)、生產(chǎn)監(jiān)視和零件識(shí)別工序，傳統(tǒng)人工檢測(cè)已無(wú)法達(dá)到要求。本文以機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ),以圖像處理技術(shù)和串口通信技術(shù)為主要方法,開(kāi)發(fā)出了基于LabVIEW的微型電感器生產(chǎn)裝備的在線視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，機(jī)器視覺(jué)開(kāi)始出現(xiàn)并得到大力發(fā)展。

簡(jiǎn)單而言，機(jī)器視覺(jué)就是讓機(jī)器具備像人一樣的視覺(jué)功能，代替人眼來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)中的識(shí)別、測(cè)量、檢測(cè)、判斷。典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)有三部分組成：圖像采集單元、圖像處理與分析單元、控制與執(zhí)行單元。

圖像采集單元包含光源、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡等。圖像獲取是機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的一步，實(shí)際上就是將待測(cè)目標(biāo)的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)處理的圖像數(shù)據(jù)，并傳送給圖像處理單元；

圖像處理和分析單元的核心為圖像處理分析軟件。它包含圖像增強(qiáng)與校正、圖像分割、特征提取、圖像識(shí)別與理解等。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的輸入裝置可以是攝像機(jī)、轉(zhuǎn)鼓等，它們都把三維的影像作為輸入源，即輸入計(jì)算機(jī)的就是三維管觀世界的二維投影。同時(shí)輸出目標(biāo)的質(zhì)量評(píng)判、規(guī)格測(cè)量等分析結(jié)果給控制與執(zhí)行單元。機(jī)器視覺(jué)軟件可對(duì)圖像中的目標(biāo)特征進(jìn)行快速準(zhǔn)確地檢測(cè)，并更大限度地減少對(duì)硬件系統(tǒng)的依賴性，做出結(jié)果處理并發(fā)送相應(yīng)消息到分揀機(jī)構(gòu)。

控制與執(zhí)行單元包含電傳與機(jī)械設(shè)備。在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境，或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)代替人工視覺(jué)。對(duì)于整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)而言，核心目的就是為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，剔除掉不良品。因此控制與執(zhí)行單元也就成為機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)尤為關(guān)鍵的一環(huán)，圖像分析結(jié)果輸出至圖像界面，或通過(guò)電傳單元傳遞給機(jī)械單元執(zhí)行相關(guān)操作，如報(bào)警、剔除等，或者是通過(guò)機(jī)械臂直接執(zhí)行抓舉、分揀等動(dòng)作。

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