淺談機器視覺系統

蔡文平 李華 李崇偉

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

機器視覺系統是一種通過光學成像技術代替人工檢測，減輕人員勞動強度，提高產品質量，降低成本和廢品率的裝置！機器視覺系統可根據采模數據全程監控產品質量，降低了人為因素帶來的產品缺陷。提高生產效率降低成本，同時減少了不必要的浪費。

本文介紹了機器視覺系統的原理，分析了其功能和優點，根據機器視覺系統的實際應用，提出了其使用過程中的注意事項。并指出機器視覺系統的未來發展方向。

一、機器視覺的概論

首先，我們要了解機器視覺的發展簡史：機器視覺的研究是從20世紀60年代中期美國學者L.R.羅伯茲關于理解多面體組成的積木世界研究開始的。羅伯茲在圖像分析過程中，用邊緣檢測技術來確定輪廓線，用區域分析技術將圖像劃分為由灰度相近的像素組成的區域，這些技術統稱為圖像分割。其目的在于用輪廓線和區域對所分析的圖像進行描述，以便同機內存儲的模型進行比較匹配。

70年代，機器視覺形成幾個重要研究分支：①目標制導的圖像處理;②圖像處理和分析的并行算法;③從二維圖像提取三維信息;④序列圖像分析和運動參量求值;⑤視覺知識的表示;⑥視覺系統的知識庫等。

機器視覺是一個較為新穎的系統，早期只用在印鈔等高品質檢測，隨著印刷行業的發展，印刷檢測系統慢慢實用與煙標、藥包、彩盒等中端印刷企業！印刷檢測系統通俗一點就是給機器植入大腦和眼睛，通過人為設定自行識別產品的好壞并分類處理！從而改善了勞動環境和勞動強度，提高了生產效率和產品質量，降低了成本。

其次是要掌握機器視覺的應用：機器視覺是一個系統的概念，簡單的說就是“機器+視覺”，是運用現代先進的控制技術、計算機技術及傳感技術，表現為光機電的結合。 機器視覺的應用是十分廣泛的，主要具有測量、檢測、定位、識別等功能。

1、測量：主要應用與接插件測量 、緊固件測量、 IC元器件測量 、機械零件測量 、三維測量等;

2、檢測：主要應用于電子半導體 、煙草異物剔除 、印刷表面檢測 、分選 、玻璃鋼板紙張等;

3、定位：對兩物體相對位置精確辨別的能力，主要應用與引導機器人焊接涂膠等;

4、識別：是依據建模標準對產品進行分類和定性。應用于條碼識別、人臉識別、

指紋識別、虹膜識別等。

二、機器視覺系統工作原理

首先掌握機器視覺的工作原理，其次是掌握各部分的組成及作用。

機器視覺檢測系統采用照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理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、長度，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等，實現自動識別功能。

印刷檢測成像系統包括：光源、鏡頭、相機、圖像采集卡。①光源：發光體即可稱為光源，包括可見光與紫外線、紅外線和X光線等。相機上使用的光源主要是線光源和DOME光源，目的是使相機達到最佳的曝光度。②鏡頭：相機用以生成影像的光學部件，由多片透鏡組成。③相機：相機按應用范圍來分，可分為民用相機和工業相機;民用相機的靈敏度高，穩定性低;工業相機穩定性高，靈敏度低。相機按采圖方式可分別面陣相機和線陣相機;線陣相機成像方式簡單，適用于運動物體的圖像采集;面陣相機體積龐大，價格昂貴。④圖像采集卡：圖像采集卡只是完整的機器視覺系統的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數字等等。

三、機器視覺的應用

目前機器視覺在印刷企業及相關行業的應用主要體現在印刷檢測。主要檢測的是印刷品的缺陷。如劃傷、漏印、套印、臟點等。這是目標信息都存在于刷品的表面，檢測目標信息都屬于表面信息。不僅印刷檢測如此，工業上工件的尺寸，定位等其他檢測都是如此。

檢測范圍為表面平坦區域，檢測特定方向（水平方向和豎直方向）的拉絲。其檢測是針對缺陷檢測中檢測不出來的離散點，離散點本身面積和能量都很小，但分布有規律，某個方向上（目前只檢測水平和豎直方向）統計面積和能量足夠大，足以構成缺陷。其檢測流程與缺陷檢測類似，只是在得到差異圖像后分別向X和Y方向做投影，然后與自定義閾值比較，判斷是否是缺陷。

隨著社會生產力的不斷發展，人們對生活水平的要求也會越來越高。以人們每天都需要食用的農產品為例，人們農產品的品質要求也會越來越高，所以農產品的品質分級是大勢所趨。這就帶來了前面提到的農產品檢測以便對其進行品質分級。同時農產品的檢測分級也是促進農產品商品化和標準化的重要技術手段。隨著社會的不斷進步，人類對檢測的要求越來越高，檢測對象的種類也會越來越豐富，所以高光譜技術在機器視覺的應用只是很小的一部分，以后我們還需要根據市場上不斷出現的新的檢測需求開發出更多的光學系統已滿足市場需要。