機(jī)器視覺(jué)的五大典型架構(gòu)和應(yīng)用案例 - 全文

如今，隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中逐漸起著十分重要的地位，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化、智慧安防以及人工智能等行業(yè)的進(jìn)步，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展為這項(xiàng)技術(shù)所能應(yīng)用的領(lǐng)域也帶來(lái)了更多發(fā)展?jié)摿εc機(jī)會(huì)。

大家都說(shuō)人類(lèi)感知外界信息的80%是通過(guò)眼睛獲得的，圖像包含的信息量是最巨大的。那么機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn)，就是為機(jī)器設(shè)備安上了感知外界的眼睛，使機(jī)器具有像人一樣的視覺(jué)功能，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、判斷、識(shí)別、測(cè)量等功能。

今天，咱們就來(lái)感受一下機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的魅力。

機(jī)器視覺(jué)的五大典型架構(gòu)

1.照明

還記得當(dāng)初在參加一場(chǎng)有關(guān)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)會(huì)議的時(shí)候，一位技術(shù)大牛特意強(qiáng)調(diào)了機(jī)器視覺(jué)中關(guān)于照明的重要性。據(jù)了解，照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

光源可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。常用的幾種可見(jiàn)光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈?？梢?jiàn)光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)踐過(guò)程中急需要解決的問(wèn)題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)屏的方法來(lái)減少環(huán)境光的影響。

照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線(xiàn)光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。

2.鏡頭

鏡頭相當(dāng)于人類(lèi)眼球的存在，它在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)光束調(diào)制，并完成信號(hào)傳遞。據(jù)了解，目前為止市面上大多數(shù)的鏡頭都能夠滿(mǎn)足機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的需求，但是更專(zhuān)業(yè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可能需要定制的鏡頭和涂層。幸運(yùn)的是，許多具有內(nèi)部生產(chǎn)能力的鏡頭制造商，已經(jīng)準(zhǔn)備好定制鏡頭來(lái)滿(mǎn)足這些應(yīng)用需求。當(dāng)然，這些定制鏡頭會(huì)比較昂貴，因此它們通常僅用于那些對(duì)成本不敏感的特定成像系統(tǒng)中（例如軍事應(yīng)用），或是大批量消費(fèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)中。

3.工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。與普通相機(jī)相比，它具有更高的傳輸力、抗干擾力以及穩(wěn)定的成像能力。按照不同標(biāo)準(zhǔn)可有多種分類(lèi)：按輸出信號(hào)方式，可分為模擬工業(yè)相機(jī)和數(shù)字工業(yè)相機(jī)；按芯片類(lèi)型不同，可分CCD工業(yè)相機(jī)和CMOS工業(yè)相機(jī)。

4.圖像采集卡

雖然圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。這些采集卡中有的內(nèi)置多路開(kāi)關(guān)，可以連接多個(gè)攝像機(jī)，同時(shí)抓拍多路信息。

5.機(jī)器視覺(jué)軟件

機(jī)器視覺(jué)軟件是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中自動(dòng)化處理的關(guān)鍵部件，根據(jù)具體應(yīng)用需求，對(duì)軟件包進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可自動(dòng)完成對(duì)圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。通過(guò)前期傳送給專(zhuān)用的圖像處理軟件，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；機(jī)器視覺(jué)軟件再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

五個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)器視覺(jué)可說(shuō)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件/條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀(guān)尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂/傳動(dòng)設(shè)備定位，都是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺(tái)，因此它的應(yīng)用范圍十分廣泛，行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域更是多到令人眼花繚亂。

1.圖像識(shí)別應(yīng)用

圖像識(shí)別，是利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)象。圖像識(shí)別在機(jī)器視覺(jué)工業(yè)領(lǐng)域中最典型的應(yīng)用就是二維碼的識(shí)別了，二維碼就是我們平時(shí)常見(jiàn)的條形碼中最為普遍的一種。將大量的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在這小小的二維碼中，通過(guò)條碼對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤管理，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，可以方便對(duì)各種材質(zhì)表面的條碼進(jìn)行識(shí)別讀取，大大提高了現(xiàn)代化生產(chǎn)的效率。

2.圖像檢測(cè)應(yīng)用

檢測(cè)是機(jī)器視覺(jué)工業(yè)領(lǐng)域最主要的應(yīng)用之一，幾乎所有產(chǎn)品都需要檢測(cè)，而人工檢測(cè)存在著較多的弊端，人工檢測(cè)準(zhǔn)確性低，長(zhǎng)時(shí)間工作的話(huà)，準(zhǔn)確性更是無(wú)法保證，而且檢測(cè)速度慢，容易影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率。因此，機(jī)器視覺(jué)在圖像檢測(cè)的應(yīng)用方面也非常的廣泛，例如：硬幣邊緣字符的檢測(cè)。2000年10月新發(fā)行的第五套人民幣中，壹圓硬幣的側(cè)邊增強(qiáng)了防偽功能，鑒于生產(chǎn)過(guò)程的嚴(yán)格控制要求，在造幣的最后一道工序上安裝了視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；印刷過(guò)程中的套色定位以及較色檢查、包裝過(guò)程中的飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識(shí)別等；玻璃瓶的缺陷檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)玻璃瓶的缺陷檢測(cè)，也包括了藥用玻璃瓶范疇，也就是說(shuō)機(jī)器視覺(jué)也涉及到了醫(yī)藥領(lǐng)域，其主要檢測(cè)包括尺寸檢測(cè)、瓶身外觀(guān)缺陷檢測(cè)、瓶肩部缺陷檢測(cè)、瓶口檢測(cè)等。

3.視覺(jué)定位應(yīng)用

視覺(jué)定位要求機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地找到被測(cè)零件并確認(rèn)其位置。在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，設(shè)備需要根據(jù)機(jī)器視覺(jué)取得的芯片位置信息調(diào)整拾取頭，準(zhǔn)確拾取芯片并進(jìn)行綁定，這就是視覺(jué)定位在機(jī)器視覺(jué)工業(yè)領(lǐng)域最基本的應(yīng)用。

4.物體測(cè)量應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)工業(yè)應(yīng)用最大的特點(diǎn)就是其非接觸測(cè)量技術(shù)，同樣具有高精度和高速度的性能，但非接觸無(wú)磨損，消除了接觸測(cè)量可能造成的二次損傷隱患。常見(jiàn)的測(cè)量應(yīng)用包括齒輪、接插件、汽車(chē)零部件、IC元件管腳、麻花鉆、羅定螺紋檢測(cè)等。

5.物體分揀應(yīng)用

實(shí)際上，物體分揀應(yīng)用是建立在識(shí)別、檢測(cè)之后一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)將圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分揀。在機(jī)器視覺(jué)工業(yè)應(yīng)用中常用于食品分揀、零件表面瑕疵自動(dòng)分揀、棉花纖維分揀等。

gongkong預(yù)測(cè)

此前，得益于工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的爆發(fā)，2010-2011年中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)曾出現(xiàn)過(guò)大幅增長(zhǎng)，增速在30%左右。

gongkong市場(chǎng)研究顯示，去年以來(lái)，國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到26億元，實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，這是我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)鏈初步形成拉動(dòng)的效果。其中，電子制造行業(yè)是拉動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要因素。未來(lái)，伴隨中國(guó)智能制造的深入推進(jìn)，行業(yè)對(duì)機(jī)器視覺(jué)的需求也將逐漸增加。

gongkong預(yù)測(cè)，機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)將保持良好增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，預(yù)估今年增速在20%左右，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)30億元。