機器視覺的基礎以及如何應用

人類認識外界信息 80% 來自于視覺。機器視覺的最終目標就是使計算機像人一樣，通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應環境的能力［1］。作為一個新興學科，機器視覺是通過對相關的理論和技術進行研究，從而建立由圖像或多維數據中獲取“信息”的人工智能系統［2］。其特點是可提高生產的柔性和自動化程度，因此得到廣泛應用。

1 機器視覺系統機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺主要利用計算機來模擬人的視覺功能，再現于人類視覺有關的某些智能行為，從客觀事物的圖像中提取信息進行處理，并加以理解，最終用于實際檢測和控制［3］。機器視覺是一項綜合技術，其包括數字處理、機械工程技術、控制、光源照明技術、光學成像、傳感器技術、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術和人機接口技術等，這些技術相互協調才能構成一個完整的工業機器視覺系統［4］。機器視覺強調實用性，要能適應工業現場惡劣的環境，并要有合理的性價比、通用的通訊接口、較高的容錯能力和安全性、較強的通用性和可移植性［5］。其更強調實時性，要求高速度和高精度。機器視覺被稱為自動化的眼睛，在國民經濟、科學研究及國防建設等領域有著廣泛應用［6］。一個典型的工業機器人視覺應用系統包括光源、光學成像系統、圖像捕捉系統、圖像采集與數字化模塊、智能圖像處理與決策模塊以及控制執行模塊［7］，如圖 1 所示。通過 CCD 或 CMOS 攝像機將被測目標轉換為圖像信號，然后通過 A/D 轉換成數字信號傳送給專用的圖像處理系統，并根據像素分布、亮度和顏色等信息，將其轉換成數字化信息。圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置和長度等，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。