機(jī)器視覺在文物識(shí)別應(yīng)用中的設(shè)想

一.概述

機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支，很大程度上可以替代人眼進(jìn)行測(cè)量和判斷。在文物識(shí)別中經(jīng)常需要對(duì)文物進(jìn)行檢查和測(cè)量，隨著機(jī)器視覺的日益發(fā)展，將來可使用機(jī)器視覺來完成。通過機(jī)器視覺可以測(cè)量出文物的具體尺寸，可以對(duì)文物具體的年代和種類進(jìn)行大體的判斷，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)文物缺陷的檢測(cè)和修繕。本文主要通過對(duì)機(jī)器視覺知識(shí)的講解，對(duì)機(jī)器視覺在文物識(shí)別中的應(yīng)用提出設(shè)想。

二.機(jī)器視覺簡(jiǎn)介

機(jī)器視覺（machine Vision）是一個(gè)系統(tǒng)的概念，它是機(jī)器和視覺的結(jié)合。機(jī)器主要指的是機(jī)械、運(yùn)動(dòng)、控制，視覺主要指的是視（硬件）、覺（軟件）。它運(yùn)用現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光電結(jié)合。

主要把機(jī)器視覺分為兩部分：硬件和軟件，硬件部分主體就是相機(jī)本體，它可以分為相機(jī)、光源、鏡頭三塊，軟件就有很多，主要實(shí)現(xiàn)的功能就是對(duì)拍攝的設(shè)備進(jìn)行分析識(shí)別。

工業(yè)相機(jī)有多種分類，多種類型，其中一種分類為智能型和非智能型相機(jī)。結(jié)合本文章提出的文物識(shí)別設(shè)想，應(yīng)選用智能相機(jī)。

光源的目的是將被測(cè)物體與背景盡量明顯分別，獲得高品質(zhì)、高對(duì)比度的圖像。它直接影響處理精度和速度，甚至系統(tǒng)的成敗，因此光源的好壞，直接決定了項(xiàng)目的成敗。主要的光源類型有低角度光源，低角度擴(kuò)散光源，條形光源，低角度環(huán)形光源，高角度環(huán)形光源，同軸光源，平行光源，背光。

光源選擇的原則是盡量選擇低角度環(huán)形光源，選擇上暗光源比亮光源好，光線均勻，沒有色斑。測(cè)量盡量用波長(zhǎng)短的光。同軸光、平行光測(cè)劃痕。

圖像處理軟件有很多，這些軟件的原理主要是把拍攝的相片轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，它通過分析圖片中的各像素點(diǎn)，以及本身的分辨率進(jìn)行判斷。計(jì)算出每個(gè)像素代表的距離，可以很好的把拍攝的相片還原出想要的數(shù)據(jù)。

除了正常的數(shù)據(jù)測(cè)量，軟件還可以對(duì)物品樣式進(jìn)行模板確認(rèn)，可以提前給軟件中提供模板，當(dāng)拍攝物品時(shí)，可以把拍攝到的物品和模板進(jìn)行比較，并計(jì)算出相似度。如圖1所示，方框內(nèi)是一個(gè)模板特征，我們拿拍攝的物品和這個(gè)特征進(jìn)行比較，會(huì)計(jì)算出一個(gè)分?jǐn)?shù)，如此圖中得分為0.962（滿分為1），通過此得分可以判斷出該物品和模板是否相似。

軟件還能通過Blob分析，進(jìn)行缺陷檢測(cè)，識(shí)別物品表面缺陷。如下圖2所示，可以快速分析出一鋼板表面劃痕及斑點(diǎn)。

三.應(yīng)用設(shè)想

通過機(jī)器視覺可以成功實(shí)現(xiàn)以下功能：1.對(duì)文物尺寸進(jìn)行快速測(cè)量，大量的減少勞動(dòng)力2.通過對(duì)歷史文物的模板收集，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)文物樣式的差別，對(duì)文物進(jìn)行區(qū)分，幫助判斷文物年代。3.快速識(shí)別文物表面缺陷，修繕文物。

我們開采文物的過程中，對(duì)文物的具體數(shù)據(jù)都需要精密測(cè)量，并保存數(shù)據(jù)。這工作量是很大，如果我們采用機(jī)器視覺就能很好的解決這一問題。我們只需把需要測(cè)量的文物，放在固定的相機(jī)拍攝區(qū)域內(nèi)，相機(jī)就能精確的測(cè)出物體的各個(gè)數(shù)據(jù)，并能快速的進(jìn)行整理和保存。很大程度上的減少了工作人員的工作量。

文物斷代歸類。我們可以建立一條自動(dòng)的檢測(cè)流水線，物體經(jīng)過流水線到相機(jī)區(qū)域拍照，相機(jī)能根據(jù)我們提供的模板數(shù)據(jù)庫(kù)，直接對(duì)文物進(jìn)行歸類，如書畫、瓷器、石器、玉器、陶器、銅器、鐵器等等。還可以根據(jù)文物的形狀特征，大概估計(jì)文物的年代范圍，幫助工作人員快速分析減少誤判。

文物缺陷探測(cè)。通過機(jī)械視覺我們還能對(duì)文物表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，找到缺陷的位置并精確定位，配合自動(dòng)化生產(chǎn)線，還能批量對(duì)損傷的文物進(jìn)行修繕。

四.推廣意義

機(jī)器視覺的功能十分強(qiáng)大，對(duì)于文物識(shí)別工作幫助很大，因此有了此設(shè)想，將視覺技術(shù)和文物識(shí)別工作結(jié)合在一起。通過這一新型技術(shù)，精確，快速的識(shí)別文物，甚至可以結(jié)合自動(dòng)化流水線，對(duì)文物進(jìn)行修繕管理。

作者簡(jiǎn)介：

王偉 （1986.11--）； 性別：男；籍貫：江西省新余人；學(xué)歷：工程碩士，畢業(yè)于江西理工大學(xué)控制工程專業(yè)；研究方向：電氣控制與自動(dòng)化