機(jī)器視覺的基礎(chǔ)以及如何應(yīng)用

人類認(rèn)識外界信息 80% 來自于視覺。機(jī)器視覺的最終目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)像人一樣，通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應(yīng)環(huán)境的能力［1］。作為一個(gè)新興學(xué)科，機(jī)器視覺是通過對相關(guān)的理論和技術(shù)進(jìn)行研究，從而建立由圖像或多維數(shù)據(jù)中獲取“信息”的人工智能系統(tǒng)［2］。其特點(diǎn)是可提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，因此得到廣泛應(yīng)用。

1 機(jī)器視覺系統(tǒng)機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺主要利用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，再現(xiàn)于人類視覺有關(guān)的某些智能行為，從客觀事物的圖像中提取信息進(jìn)行處理，并加以理解，最終用于實(shí)際檢測和控制［3］。機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其包括數(shù)字處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)等，這些技術(shù)相互協(xié)調(diào)才能構(gòu)成一個(gè)完整的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)［4］。機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，并要有合理的性價(jià)比、通用的通訊接口、較高的容錯(cuò)能力和安全性、較強(qiáng)的通用性和可移植性［5］。其更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，要求高速度和高精度。機(jī)器視覺被稱為自動(dòng)化的眼睛，在國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究及國防建設(shè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用［6］。一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括光源、光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像采集與數(shù)字化模塊、智能圖像處理與決策模塊以及控制執(zhí)行模塊［7］，如圖 1 所示。通過 CCD 或 CMOS 攝像機(jī)將被測目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，并根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信息。圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置和長度等，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。