1. 機器視覺的概念引入 人類在生產實踐的過程中，面臨自身能力的局限性，因而發(fā)明和創(chuàng)造了許多智能機器，來輔助或代替人類完成任務。智能機器能模擬人類的功能，感知外部世界并有效地解決人所不能解決的問題。人類感知外部世界主要是通過視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等感覺器官，其中約80%的信息是由視覺獲取的。因此，對智能機器來說，賦予機器以人類視覺功能是極其重要的。 在現代工業(yè)自動化生產中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應用，例如汽車零配件尺寸檢查和自動裝配的完整性檢查，電子裝配線的元件自動定位，飲料瓶蓋的印刷質量檢查，產品包裝上的條碼和字符識別等。這類應用的共同特點是連續(xù)大批量生產、對外觀質量的要求非常高。通常這種帶有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成，我們經常在一些工廠的現代化流水線后面看到數以百計甚至逾千的檢測工人來執(zhí)行這道工序，在給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時，仍然不能保證100%的檢驗合格率（即“零缺陷”），而當今企業(yè)之間的競爭，已經不允許哪怕是0.1%的缺陷存在。有些時候，如微小尺寸的精確快速測量，形狀匹配，顏色辨識等，用人眼根本無法連續(xù)穩(wěn)定地進行，其它物理量傳感器也難有用武之地。這時，人們開始考慮把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此逐漸形成了一門新學科——機器視覺。 機器機器視覺是研究用計算機來模擬生物宏觀視覺功能的科學和技術。通俗地說，就是用機器代替人眼來做測量和判斷。首先采用CCD照相機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(tǒng)，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(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如：面積、長度、數量、位置等；最后，根據預設的容許度和其他條件輸出結果，如：尺寸、角度、偏移量、個數、合格/不合格、有/無等。機器視覺的特點是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機器視覺強調的是精度和速度，以及工業(yè)現場環(huán)境下的可靠性。 機器視覺是一個相當新且發(fā)展十分迅速的研究領域。人們從20世紀50年代開始研究二維圖像的統(tǒng)計模式識別，60年代Roberts開始進行三維機器視覺的研究，70年代中，MIT人工智能實驗室正式開設“機器視覺”課程，80年代開始，開始了全球性的研究熱潮，機器視覺獲得了蓬勃發(fā)展，新概念、新理論不斷涌現；現在，機器視覺仍然是一個非常活躍的研究領域，與之相關的學科涉及：圖像處理、計算機圖形學、模式識別、人工智能、人工神經元網絡等。 2. 機器視覺的系統(tǒng)構成和分類 典型典型的視覺系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡），圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等。視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號，而是經過運算處理之后的檢測結果，如尺寸數據。上位機如PC和PLC實時獲得檢測結果后，指揮運動系統(tǒng)或I/O系統(tǒng)執(zhí)行相應的控制動作，如定位和分選。 從視從視覺系統(tǒng)的運行環(huán)境分類，可分為PC-BASED系統(tǒng)和PLC-BASED系統(tǒng)。基于PC的系統(tǒng)利用了其開放性，高度的編程靈活性和良好的Windows界面，同時系統(tǒng)總體成本較低。系統(tǒng)內含高性能圖像捕獲卡,一般可接多個鏡頭，配套軟件方面，從低到高有幾個層次，如Windows95/98/NT環(huán)境下C/C++編程用DLL，可視化控件ActiveX提供VB和VC++下的圖形化編程環(huán)境， 甚至Windows下的面向對象的機器視覺組態(tài)軟件，用戶可用它快速開發(fā)復雜高級的應用。在基于PLC的系統(tǒng)中，視覺的作用更像一個智能化的傳感器，圖像處理單元獨立于系統(tǒng)，通過串行總線和I/O與PLC交換數據。系統(tǒng)硬件一般利用高速專用ASIC或嵌入式計算機進行圖像處理，系統(tǒng)軟件保存在圖像處理器中，通過類似于游戲鍵盤的簡單裝置對顯示在監(jiān)視器中的菜單進行配置，或在PC上開發(fā)軟件然后下載。基于PLC的系統(tǒng)體現了可靠性高、集成化，小型化、高速化、低成本的特點。 3. 機器視覺系統(tǒng)的應用 目前目前，國際上視覺系統(tǒng)的應用方興未艾，而在中國，工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念導入期，各行業(yè)的領先企業(yè)在解決了生產自動化的問題以后，已開始將目光轉向測量自動化方面。 機器機器視覺極適用于大批量生產過程中的測量、檢查和辨識，如：零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置/角度測量，零件識別，特性/字符識別等。其最大的應用行業(yè)為：汽車，制藥，電子與電氣，制造，包裝/食品/飲料，醫(yī)學。如對汽車儀表盤加工精度的檢查，高速貼片機上對電子元件的快速定位，對管腳數目的檢查，對IC表面印字符的辨識，膠囊生產中對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查，軸承生產中對滾珠數量和破損情況的檢查，食品包裝上面對生產日期的辨識，對標簽貼放位置的檢查等等。下面給出幾個例子： 生產線、裝配線質量檢測： 檢查印刷是否正確 外形及尺寸檢查 位置檢測 表面檢測 速度：動態(tài)或靜止目標檢測， 檢測速度（吞吐量）可達： 10 物件/秒 裝瓶過程中最嚴格的質檢員： 瓶體分類 標簽檢查 缺損識別 灌瓶液位測量 支持動態(tài)檢測，吞吐量可達：25 物件/秒 零部件測量： 長度測量：精度可達1/1000 mm 角度測量 面積測量 公制單位的結果輸出 支持動態(tài)或靜態(tài)檢測，吞吐量可達：25 物件/秒 完整性檢測： -確保標簽與實際物品相符 標簽印刷是否正確 外形輪廓檢查 表面檢測 代碼識別 可使用頻閃或連續(xù)光源 支持動態(tài)或靜態(tài)檢測吞吐量：10 物件/秒 檢測牙膏管口邊緣毛刺： 對物件進行旋轉位置識別 檢測管口是否有毛刺或其他障礙物 通過異步觸發(fā)器對圖象進行整體評估 顏料盒生產時的粘貼物監(jiān)控： 解決方案：安放顏料塊前，監(jiān)控顏料盒每一格中注入的膠水量，避免注入太多或太少 檢驗傳動軸是否正確安裝，并且編碼一致： 解決方案：自動檢測編碼存在與否，以及封口和卡子的位置 結論 應用機器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗成本，提高產品質量，加快生產速度和效率。作為高精度、非接觸的測量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學和圖像處理算法，本身就是高度專業(yè)化的產品，在整個測量控制系統(tǒng)中，往往要與運動控制系統(tǒng)配合完成位置矯正和進給控制；另外，生產線上對多工序進行同步連續(xù)檢測時，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網能力。機器視覺與運動控制，網絡通訊等先進技術的結合正在改變工業(yè)自動化生產的面貌。目前國內已經出現了像北京四通電機公司這樣的具備運動控制，機器視覺，網絡通訊幾方面技術背景的系統(tǒng)集成商，他們專業(yè)化的技術支持和服務能力使之成為原始供應商和最終用戶之間的橋梁。而對包裝企業(yè)來說，意識到技術發(fā)展的趨勢并首先付諸實施者無疑將走在競爭的前列。