什么是機(jī)器視覺(jué)

機(jī)器視覺(jué)涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)、光學(xué)、機(jī)械工程和工業(yè)自動(dòng)化。不像計(jì)算機(jī)視覺(jué)主要專注于基于機(jī)器的圖像處理，機(jī)器視覺(jué)利用數(shù)字輸入輸出設(shè)備將圖像采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成到一起來(lái)控制生產(chǎn)設(shè)備，比如機(jī)器人臂。制造商們喜歡機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是因?yàn)槔脵C(jī)器視覺(jué)進(jìn)行高速、高放大率、全天運(yùn)行和重復(fù)操作的視覺(jué)監(jiān)測(cè)。
    機(jī)器視覺(jué)不同于計(jì)算機(jī)視覺(jué)，它涉及圖像處理、人工智能和模式識(shí)別
機(jī)器視覺(jué)是專注于集合機(jī)械，光學(xué)，電子，軟件系統(tǒng)，檢查自然物體和材料，人工缺陷和生產(chǎn)制造過(guò)程的工程，它是為了檢測(cè)缺陷和提高質(zhì)量，操作效率，并保障產(chǎn)品和過(guò)程安全。它也用于控制機(jī)器。
機(jī)器視覺(jué)是將計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組件
一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由以下組件組成：
◆     有用于采集圖像的一個(gè)或多個(gè)帶有合適光學(xué)系統(tǒng)的的數(shù)字或模擬相機(jī)（黑白或彩色），比如將需要的視場(chǎng)聚焦到圖像傳感器的鏡頭，還有配套的光源；
◆     用于輸出結(jié)果的輸入輸出硬件（比如數(shù)字I/O）或通訊方式（比如網(wǎng)絡(luò)連接或RS232）
◆     用于部件監(jiān)測(cè)的同步傳感器（常見(jiàn)是一個(gè)光學(xué)或電磁傳感器）來(lái)觸發(fā)圖像獲取，并處理的對(duì)多種形式的觸發(fā)進(jìn)行分類，發(fā)送或抵制受影響的部分
◆     一個(gè)處理圖像和檢測(cè)相關(guān)特征的程序

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)通常是檢測(cè)具有某種需求的一個(gè)測(cè)試樣本的一致性(compliance)，比如指定的尺寸，數(shù)目，零件是否缺失等等。最終的任務(wù)通常被分解成多個(gè)獨(dú)立的階段，每一個(gè)階段有個(gè)一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)。這些單個(gè)的檢測(cè)有以下的流程：
■     圖像采集
■     圖像預(yù)處理
■     一個(gè)或多個(gè)感興趣區(qū)域的定義
■     對(duì)象分割
■     對(duì)象特征計(jì)算
■     分割物體正確性的決策

一般地，采集一幅圖像，或許是移動(dòng)過(guò)程中的多幅圖像，是分析場(chǎng)景的一個(gè)先決條件。在一些情況下這些圖像并不適合立即檢測(cè)，需要預(yù)處理去改變某個(gè)尺寸上特定的結(jié)構(gòu)等等。在大多數(shù)情況下，至少要了解圖像中的哪些區(qū)域要用于分析，例如，讀取的標(biāo)簽位置或驗(yàn)證的成分。這些稱作感興趣區(qū)域ROI（或AOI）。當(dāng)然，這樣一個(gè)區(qū)域也構(gòu)成了整幅圖像。

分割過(guò)程用于隔離這些區(qū)域。因?yàn)檫@步是一個(gè)基礎(chǔ)角色，在機(jī)器視覺(jué)中會(huì)用到各種各樣的分割方法。一旦這個(gè)對(duì)象被分割出來(lái)，就能計(jì)算出特征屬性，比如面積、周長(zhǎng)、位置、方向、間距，預(yù)定義模式的相似度（比如字符識(shí)別）。最后，這些屬性被用來(lái)比對(duì)檢測(cè)任務(wù)的名義值的順從性。

照明
這里有兩種基本的照明方式，前光源和背光源。這兩種方式的選擇取決于檢測(cè)需求，前光源適合于增強(qiáng)表面本身，比如印刷、雕刻的字等等，而背光源是提供更好的對(duì)比度，比如測(cè)量和定位任務(wù)。
   不論前光源和背光源，光源都有哪些類型呢？角度光源對(duì)提取表面效果是極好的，正如人眼傾斜從不同角度看一個(gè)物體，這樣能有助于辨別表面結(jié)構(gòu)，但是陰影會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。漫射光源能幫助消除陰影和反射，這個(gè)很適合于位置上的檢測(cè)。另一種消除反射和增強(qiáng)透明層的對(duì)比度的方法是改變光源極性（ploarise），在相機(jī)上使用一個(gè)偏振過(guò)濾器（偏振黑光源能感應(yīng)表面張力的變化）。環(huán)形光源沿著光軸提供強(qiáng)烈的shadow-free光，經(jīng)常結(jié)合偏振片來(lái)消除麻煩的反射。
另外還值得一提的是紅外光和紫外光，也是能夠達(dá)到所需要的照明效果。

相機(jī)和鏡頭
從歷史上來(lái)看，一個(gè)攝像機(jī)產(chǎn)生一個(gè)模擬信號(hào)，這個(gè)信號(hào)被圖像采集卡處理成數(shù)字信號(hào)。今天，數(shù)字相機(jī)的飛快市場(chǎng)接受率，被開(kāi)發(fā)緊湊高性能的CCD成像技術(shù)所點(diǎn)燃，已經(jīng)消除了必須使用圖像采集卡的時(shí)代，因?yàn)閿?shù)字圖像能立即通過(guò)FireWire，USB或Gigabit Ethernet進(jìn)行傳輸。
一些應(yīng)用需要多個(gè)相機(jī)，這個(gè)取決于產(chǎn)品線的速度，被檢測(cè)物體的尺寸和圖像分析的類型。另外，面陣相機(jī)對(duì)一些諸如掃描一個(gè)連續(xù)的移動(dòng)物體是不適合的。針對(duì)這些應(yīng)用就需要使用線陣相機(jī)。
不管相機(jī)技術(shù)，對(duì)鏡頭的正確選擇就是極為重要的。遠(yuǎn)心鏡頭對(duì)小物體提供高精確性圖像，在各種測(cè)量和字符識(shí)別應(yīng)用中都是理想選擇。魚眼鏡頭適合采集較大物體圖像，但是會(huì)有桶（barrel）扭曲，在檢測(cè)存在和定位方面應(yīng)用較好。

圖像處理
通過(guò)它們的所有特性，機(jī)器視覺(jué)圖像處理應(yīng)用非常多樣化，應(yīng)用開(kāi)發(fā)者們需要易于使用的軟件提供靈活的編程環(huán)境和簡(jiǎn)單的常用視覺(jué)工具和應(yīng)用案例。這個(gè)就是推動(dòng)圖像采集、處理和分析功能和控制硬件的軟件，它應(yīng)該提供如下這些功能：
☆     以相機(jī)為中心的易于去拖動(dòng)和drop圖形用戶接口
☆     很靈活的相機(jī)控制
☆     針對(duì)實(shí)時(shí)參數(shù)設(shè)定的實(shí)時(shí)采集和顯示窗口
☆     優(yōu)化信號(hào)內(nèi)部關(guān)系和精確設(shè)置的高性能工具

這些還需要其它的一些軟件支持，諸如以下這些：
★     針對(duì)求平均、相減等這些點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作運(yùn)算
★     具有可變和靈活kernel尺寸的相鄰濾波運(yùn)算
★     形態(tài)學(xué)工具，包括灰度級(jí)和二值
★     基本的局部適應(yīng)閾值技術(shù)
★     對(duì)圖像進(jìn)行裁切、鏡像、旋轉(zhuǎn)或裁切的幾何工具
★     進(jìn)行水平和垂直投影和計(jì)算向量差的測(cè)量工具
★     將前景對(duì)象從背景中分離出來(lái)的分割

    在圖像處理軟件將數(shù)據(jù)處理成一個(gè)可用的狀態(tài)后，它的分析函數(shù)就會(huì)從中提取用于判斷做出決策的信息。常見(jiàn)的分析功能包括：
△     測(cè)量
△     模式匹配
△     Blob分析
△     光學(xué)字符識(shí)別和條碼解碼
△     表面檢測(cè)
△     顏色分析