YH3D-6002系列動態四輪定位儀技術解析(四)

文/文東

(3)數字圖像與機器視覺技術概述

正常情況下，人類獲取信息的80%以上來自視覺。通過人眼來感知外部世界能夠獲取更多的信息，視覺在人腦中產生的直觀映像更便于大腦接受和理解，正所謂“百聞不如一見”，也說明了人眼是人類獲取信息、適應環境、改造世界的主要器官之一。然而，面對紛繁復雜的大千世界，人眼的感知能力也是非常有限的。如果用成像器件的某些指標去分析人眼，我們會發現一些有趣的結論：人眼的分辨率約為1600萬像素左右，幀速率約為20fps動態范圍有14～16bit左右，光譜響應范圍為400～700nm。正是由于人類自身的感覺器官存在各種極限，人們才會發明各種儀器設備、設計實驗手段去拓展我們認知的范圍，以便我們能更好的認識和改造世界。

(4)數字圖像與機器視覺技術的發展歷程

一直以來，人們都在努力尋找能夠替代人眼和彌補人眼先天不足的產品，以便拓展人類的視野，增強我們認識世界和改造世界的能力。固體成像器件（CCD/CMOS等成像器件）的發明和發展使人們的這一美好愿望得以實現。從1969年貝爾實驗室發明第一片CCD成像器件以來，人們對固體成像器件的研究和應用已取得了豐碩的成果，同時引發了對圖像和機器視覺技術研究和應用的熱潮。經過三十多年的發展，固體成像器件已成為很多工業生產、科學研究及人們日常生活中不可或缺的部分，已經且必將對我們的生活產生深遠的影響。圖像與機器視覺技術之所以能夠快速的被廣泛應用到各個領域，是與成像器件及硬件處理器件的快速發展分不開的，二者都得益于半導體工業的不斷進步。成像器件在分辨率上，目前的單CCD芯片已能輕易獲得2200萬像素以上的分辨率，加拿大DALSA公司已經為美國軍方生產出了1.11億像素的CCD芯片，如果利用多芯片拼接技術甚至可以達到更高的分辨率。這些高分辨率的器件在天文、航天、國防等領域都得到了用，尤其是在對天觀測和對地觀測方面發揮著重要作用。

在光譜響應上，在可見光譜兩端的紅外和紫外譜段，都有器件能做到清晰成像。在紫外譜段，目前可做到對100nm進行感光；在紅外譜段，可對12μm的紅外波段清晰成像。紫外成像可用于國防、刑偵等安防領域及凝膠分析、電力等一般工業。紅外成像的應用范圍就更廣泛一些，如夜視、測溫、制導、工業檢測等。隨著相關技術的進步，成像器件必將繼續在可見光譜兩端不斷延伸。

成像器件在響應速度方面更是大大突破了人眼的限制，取得了驚人的進步。高速攝影已經作為圖像技術的一個分支被應用到各個領域，能夠對各種瞬態過程進行記錄和研究，如爆炸過程、碰撞過程、高速加工過程等。目前普通的高速攝像系統在1k×1k分辨率下也能達到至少500幀/秒的拍攝速度，超高速的CMOS器件已能實現每秒1億幀的拍攝。

此外，在x光成像等應用領域，相機的動態范圍是一項關鍵指標.目前已有多個廠家能生產出16Bit的芯片和相機，更高動態范圍的相機也正在研發之中。在天文觀測、國防工業及科學研究中，需要用到超高靈敏度的探測器和相機，一般通過采用背照CCD器件或采用相機致冷技術來實現。

一批國際領先的公司對CCD/CMOS傳感器和相機的發展做出了重要項獻，這其中有Sony、Kodak、DALSA、Atmel、Cypress、E2V等芯片生產商及DALSA、JAI、Adimec、Basler等相機制造商，當然市場規模的不斷發展也使它們在商業上取得了不錯的業績。

集成電路處理能力的不斷突破在客觀上也促進了圖像和機器視覺應用的發展。成像技術與計算機技術的結合大大促進了數字圖像技術的應用和發展。在上世紀七十年代末，圖像技術開始被大量的應用到工業生產中，我們今天的機器視覺技術就是從那時候開始發展起來的。傳統的圖像技術側重于通過各種手段獲取研究對象的影像，然后主要通過人結合相關的行業經驗對影像進行分析，就像醫生看X光膠片一樣。而機器視覺更側重于對獲取的影像利用計算機技術進行自動分析處理，以得到一個可供機器識別和利用的結果，也就是不但要有“視”的過程，更重要的是還要有“覺”的結果，二者都是通過計算機的控制自動實現的，類似于將人眼與人腦的功能結合起來，實現生產過程的自動化和智能化。

機器視覺技術的誕生為數字圖像技術開辟了一片廣闊的應用天地，相對于人工檢測，機器視覺系統具有可二十四小時連續工作不疲勞、可適應惡劣的工作環境、判斷標準客觀、速度和效率高、容易實現整線的自動化、容易集成到生產設備中等優點。在短短的幾年間，機器視覺技術就迅速的從電子半導體領域擴展到了其他工業應用領域，被越來越多的工業生產企業和設備制造商所采用，成為工業生產自動化中的一項重要技術。

機器視覺技術的快速發展也帶動了一批專業公司的興起，如COGNEX、CCS、Navitar.Coreco（現被DALSA收購）、Euresys、Matrox、Orbotech、lsaran等，他們都是機器視覺系統部件供應商及設備制造商。