1. 機器視覺的概念引入

       在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中,涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應(yīng)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(zhì)量檢查,產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識別等。這類應(yīng)用的共同特點是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求非常高。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成,我們經(jīng)常在一些工廠的現(xiàn)代化流水線后面看到數(shù)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(dāng)今企業(yè)之間的競爭,已經(jīng)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(jié)果的可重復(fù)性,與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合,由此逐漸形成了一門新學(xué)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(xué)和技術(shù)。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(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)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(biāo)的特征,如：面積、長度、數(shù)量、位置等;最后,根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果,如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、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(diào)的是精度和速度,以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。

       機器視覺是一個相當(dāng)新且發(fā)展十分迅速的研究領(lǐng)域。人們從20世紀(jì)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(shè)“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(xiàn);現(xiàn)在,機器視覺仍然是一個非常活躍的研究領(lǐng)域,與之相關(guān)的學(xué)科涉及：圖像處理、計算機圖形學(xué)、模式識別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。

       2. 機器視覺的系統(tǒng)構(gòu)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(jīng)過運算處理之后的檢測結(jié)果,如尺寸數(shù)據(jù)。上位機如PC和PLC實時獲得檢測結(jié)果后,指揮運動系統(tǒng)或I/O系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)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)�；�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(nèi)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?qū)ο蟮臋C器視覺組態(tài)軟件,用戶可用它快速開發(fā)復(fù)雜高級的應(yīng)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(shù)據(jù)。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�；�于PLC的系統(tǒng)體現(xiàn)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(yīng)用

       目前目前,國際上視覺系統(tǒng)的應(yīng)用方興未艾,而在中國,工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念導(dǎo)入期,各行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)在解決了生產(chǎn)自動化的問題以后,已開始將目光轉(zhuǎn)向測量自動化方面。

       機器機器視覺極適用于大批量生產(chǎn)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(yīng)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(xué)。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(shù)目的檢查,對IC表面印字符的辨識,膠囊生產(chǎn)中對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查,軸承生產(chǎn)中對滾珠數(shù)量和破損情況的檢查,食品包裝上面對生產(chǎn)日期的辨識,對標(biāo)簽貼放位置的檢查等等。下面給出幾個例子：

       生產(chǎn)線、裝配線質(zhì)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(biāo)檢測,
       檢測速度（吞吐量）可達： 10 物件/秒   
       裝瓶過程中最嚴(yán)格的質(zhì)檢員：  
       瓶體分類 
       標(biāo)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(jié)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(biāo)簽與實際物品相符  
       標(biāo)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(zhuǎn)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(chǎn)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 

       應(yīng)用機器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,加快生產(chǎn)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(xué)和圖像處理算法,本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)能力。機器視覺與運動控制,網(wǎng)絡(luò)通訊等先進技術(shù)的結(jié)合正在改變工業(yè)自動化生產(chǎn)的面貌。目前國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了像北京四通電機公司這樣的具備運動控制,機器視覺,網(wǎng)絡(luò)通訊幾方面技術(shù)背景的系統(tǒng)集成商,他們專業(yè)化的技術(shù)支持和服務(wù)能力使之成為原始供應(yīng)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(shù)發(fā)展的趨勢并首先付諸實施者無疑將走在競爭的前列。