計(jì)算機(jī)視覺(jué)方向簡(jiǎn)介 | 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)

一.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指用機(jī)器代替人眼做各種測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)是一門(mén)涉及光學(xué).機(jī)械.計(jì)算機(jī).模式識(shí)別.圖像處理.人工智能.信號(hào)處理和光電一體化等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，是工程領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域非常重要的研究領(lǐng)域。

母子圖像傳感器.CMOS和CCD攝像機(jī).DSP.ARM嵌入式技術(shù).圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐步完善和推廣，有力地促進(jìn)了機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展。

機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，由于系統(tǒng)視對(duì)象大多是運(yùn)動(dòng)對(duì)象，因此對(duì)系統(tǒng)各部分的動(dòng)作時(shí)間和處理速度有嚴(yán)格的要求，因此系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)對(duì)象的匹配和協(xié)調(diào)動(dòng)作尤為重要。

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分重量.體積和功耗都有嚴(yán)格的要求，比如機(jī)器人.飛行物體等。

構(gòu)成和工作過(guò)程的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

全機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)包含：照明光源.光學(xué)鏡頭.CCD攝像機(jī).圖像采集卡.圖像檢測(cè)軟件.顯示器.通訊單元等。

工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作流程主要如下：

1.將觸發(fā)脈沖發(fā)送到圖像采集卡，當(dāng)傳感器檢測(cè)到被檢測(cè)物體接近運(yùn)動(dòng)到相機(jī)的拍攝中心時(shí)；

2.根據(jù)設(shè)定的程序和延遲，圖像采集卡分別向照明系統(tǒng)和攝像機(jī)發(fā)送啟動(dòng)脈沖；

3、啟動(dòng)脈沖送攝像頭，攝像頭結(jié)束當(dāng)前拍照，重新開(kāi)始新的拍照，或在啟動(dòng)脈沖到達(dá)前攝像頭處于等待狀態(tài)，檢測(cè)啟動(dòng)脈沖后開(kāi)始，開(kāi)始新的副攝像頭前開(kāi)啟曝光構(gòu)件（曝光時(shí)間提前設(shè)曝光時(shí)間）；另一次啟動(dòng)脈沖送光源，開(kāi)啟光源時(shí)間需匹配攝像頭曝光時(shí)間；攝像頭掃描輸出圖片；

4.圖像采集卡接收信號(hào)，將模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字化，或攝像頭數(shù)字化后直接接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù)；

5.圖像采集卡在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中存儲(chǔ)數(shù)字圖像；

6.計(jì)算機(jī)處理圖像.分析和識(shí)別，以獲得測(cè)試結(jié)果；

7.控制流水線(xiàn)動(dòng)作的處理結(jié)果.定位.糾正運(yùn)動(dòng)誤差等。

二、與機(jī)器視覺(jué)有關(guān)的技術(shù)。

1.基于機(jī)器視覺(jué)的圖像采集技術(shù)。

圖像采集一般由光源.鏡頭.數(shù)字相機(jī)和圖像采集卡組成。在光源提供照明的情況下，數(shù)字相機(jī)可以簡(jiǎn)單地拍攝目標(biāo)物體并將其轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，通過(guò)圖像采集卡傳輸?shù)綀D像處理部分。

主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī).圖像采集卡和光源方面的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)圖像采集部分時(shí)要考慮到多方面的問(wèn)題。

(1)光源照明。

照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的一個(gè)重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，還沒(méi)有一種機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)備可以使用各種應(yīng)用程序，所以在實(shí)際應(yīng)用中，有必要選擇相應(yīng)的照明設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足特定的需求。

根據(jù)其照射方式，照明系統(tǒng)可分為：背向照明.前向照明.結(jié)構(gòu)照明和頻閃照明等。其中，背向照明是指將被測(cè)物體放置在光源和攝像機(jī)之間，以提高圖像的對(duì)比度。前向照明是指光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物體的同一側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是易于安裝。

結(jié)構(gòu)光照明是指向被測(cè)物體投射光柵或線(xiàn)性光源，并根據(jù)被測(cè)物體的畸變解除被測(cè)物體的三維信息。頻閃照明是將高頻光脈沖照射到物體上，相機(jī)拍攝要求與光源相同。

(2)光學(xué)相機(jī)。

光學(xué)攝像機(jī)的任務(wù)是進(jìn)行光學(xué)成像，由于它對(duì)成像質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，所以在測(cè)量領(lǐng)域也是專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量的攝像頭。

相機(jī)要注意的一個(gè)問(wèn)題就是畸變。這就需要采用相應(yīng)的畸變矯正方法，目前自動(dòng)畸變自動(dòng)矯正系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多。

(3)CCD攝像機(jī)和圖像采集卡。

CCD(CCD)攝像機(jī)和圖像采集卡共同完成了目標(biāo)圖像的采集和數(shù)字化。目前，CCD、CMOS等固體器件的應(yīng)用技術(shù)、線(xiàn)陣圖型敏感器件的應(yīng)用，圖形元件的尺寸不斷減小，陣列元件的數(shù)量不斷增加，圖形元件的傳輸速大提高。

圖像采集卡是基于PC機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中為完成圖像采集和數(shù)字化而控制相機(jī)攝影的重要設(shè)備，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)。

攝像機(jī)的接口直接由圖像采集卡決定：黑白.彩色.模擬.數(shù)字等。

2.機(jī)器視覺(jué)的核心——圖像處理與分析。

解決目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別問(wèn)題是機(jī)器視覺(jué)圖像處理和分析方法的核心。當(dāng)需要識(shí)別的目標(biāo)更為復(fù)雜時(shí)，需要從不同的側(cè)面實(shí)現(xiàn)幾個(gè)環(huán)節(jié)。

在識(shí)別和提取目標(biāo)時(shí)，首先要考慮如何自動(dòng)將目標(biāo)從背景中分離出來(lái)。目標(biāo)提取的復(fù)雜性一般在于目標(biāo)對(duì)象與非目標(biāo)對(duì)象之間的特征差異不大。在確定目標(biāo)提取計(jì)劃后，有必要加強(qiáng)目標(biāo)特征。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù).微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，在DSP芯片.專(zhuān)用圖像信號(hào)處理卡等硬件的幫助下，圖像信息處理工作越來(lái)越多。

軟件部分主要用于完成算法中不成熟和復(fù)雜或需要不斷改進(jìn)的部分。這提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

三.應(yīng)用和機(jī)器視覺(jué)的優(yōu)點(diǎn)。

1.應(yīng)用范圍的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。

(1)工業(yè)檢測(cè)方面。

近幾十年來(lái)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在工業(yè)檢測(cè)中采用了視覺(jué)系統(tǒng)的非接觸性.速度快.精度適宜.現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)。

目前，自動(dòng)視覺(jué)識(shí)別測(cè)試已用于木材加工測(cè)試、金屬表面視覺(jué)測(cè)試、二極管基板檢查、印刷電路板缺陷檢查、焊縫缺陷自動(dòng)識(shí)別等產(chǎn)品形狀和表面缺陷檢查。

這種檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)屬于二維機(jī)器視覺(jué)，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。其基本過(guò)程是使用攝像頭獲取圖像，處理和識(shí)別獲得的圖像，并檢測(cè)所需的內(nèi)容。

(2)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)。

機(jī)器視覺(jué)在醫(yī)療領(lǐng)域主要應(yīng)用于醫(yī)療輔助診斷。首先采集人體檢查記錄的圖像，如核磁共振.超聲.激光.x射線(xiàn).γ射線(xiàn)等，然后采用數(shù)字圖像處理技術(shù).信息融合技術(shù)對(duì)這些醫(yī)療圖像進(jìn)行分析.描述和鑒別，得出相關(guān)信息，對(duì)輔助醫(yī)生診斷人體病源的大小.形狀和異常，并進(jìn)行有效的。

不同的醫(yī)學(xué)學(xué)影像設(shè)備獲得的是不一樣特性的生物組織圖像，如X光線(xiàn)體現(xiàn)的是骨骼組織，MRI影像體現(xiàn)的是有機(jī)構(gòu)圖像，而醫(yī)師通常必須考慮到骨骼有機(jī)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，因此必須運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)把2個(gè)圖像適度疊加，便于醫(yī)學(xué)分析。

(3)應(yīng)用于交通監(jiān)控領(lǐng)域。

在智能交通監(jiān)控領(lǐng)域，通過(guò)在重要的十字路口放置攝像頭，可以使用攝像頭的快速攝像頭功能，對(duì)車(chē)牌進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別章、逆行等，以便于相關(guān)人員檢查。

(4)應(yīng)用于橋梁檢測(cè)領(lǐng)域。

人工檢測(cè)方法和橋梁檢測(cè)車(chē)輛方法依賴(lài)于橋梁表面的人工肉眼檢測(cè)，速度慢、效率低、泄漏檢測(cè)率高、實(shí)時(shí)性差，影響交通，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，難以大量使用；

無(wú)損檢測(cè)包括多種檢測(cè)技術(shù)，如激光檢測(cè).超聲檢測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)，其儀表昂貴，測(cè)量范圍小，不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的橋梁檢測(cè)要求；

智能檢測(cè)包括基于導(dǎo)電材料的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和智能混凝土技術(shù)，以及基于機(jī)器視覺(jué)的前沿的檢測(cè)方法。

雖然導(dǎo)電材料技術(shù)使用方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，但需要提前對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂層或預(yù)埋導(dǎo)電材料，智能混凝土技術(shù)無(wú)法確定裂縫位置、裂縫寬度等一系列問(wèn)題與實(shí)用性還有很長(zhǎng)的距離；

利用CCD相機(jī)獲取橋梁表觀圖片，然后利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別裂紋圖像，從背景中分離出來(lái)，再進(jìn)行裂紋參數(shù)的計(jì)算，這是一種基于機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法。它具有方便、直觀、準(zhǔn)確、非接觸性、良好的再現(xiàn)性、較強(qiáng)的適應(yīng)性、較高的靈活性、低成本的優(yōu)點(diǎn)，可以解放勞動(dòng)力，消除人為干擾，具有良好的應(yīng)對(duì)能力。