机器视觉技术发展现状研究

机器视觉技术发展现状研究

宝永安

辽宁铁道职业技术学院

摘要：机器视觉其实是以计算机与工业相机等机器来替代人眼对待检目标进行跟踪和检测、识别和理解，是研究计算机模拟生物宏观视觉功能的科学与技术。

关键词：机器视觉；图像采集人们从外界环境获取的信息，主要来自于我们视觉，其他的来自于听觉和触觉等感觉器官。当我们的视觉从我们四周获取了一定的信息之后，会将其送入大脑中再由大脑根据知识与经验对信息进行推理与加工行为，最终对周围事物环境做出识别和理解。机器视觉其实是以计算机与工业相机等机器来替代人眼对待检目标进行跟踪和检测、识别和理解，是研究计算机模拟生物宏观视觉功能的科学与技术。主要应用于产品检测如瑕疵检测、识别定位、精密控制、医学检测，和人们无法工作的危险区域的机器人等。

机器视觉也可以称为工业视觉，也可以将其归属于计算机视觉的工业应用的一条分支，与人类、动物的视觉根本上不同，它的组成可以分为：图像的获取、图像分析与处理还有输出显示控制三个部分组成；从硬件上分主要由镜头、CCD 、采集卡组成，不过这只是狭义地分析它的统硬件组成，其实硬件部分还包括光源、电脑和外围运动控制部分。自动化和计算机技术是机器视觉进入工业生产线的关键因素，在很多情况下人类视觉越来越不能满足工业需求，比如高速、高精、超视、微距和客观、无疲劳、环境等，因此机器视觉逐步取代了人工视觉。它的核心部分是图像处理、图像理解以及模式识别。

机器视觉系统的具体工作程序为：（1）工件定位检测器如果探测到物体已运动至视野中心附近会发出触发脉冲至采集系统；

（2）采集系统会根据设定的程序与延时，发送启动脉冲至CCD 相机和光源部分；

（3）相机暂停正在进行的扫描开始新一帧的扫描，或者等到启动脉动到来之后开始新一帧扫描；

（4）相机在重新扫描一帧之前根据设定的曝光时间开启曝光；

（5）在第二次发出启动脉冲的时候将会开启照明系统，时间和相机曝光时间要同步，然后正式开始一帧图像的扫描和输出；

（6）图像采集卡将接收到的模拟信号通过A/D 转换成数字信号，要么经相机直接转换成数字信号的数字视频数据，将其寄存在处理器或内存里；

（7）进行数字图像处理和识别理解，然后根据图像处理的结果进行控制和缺陷判断与改正。

机器视觉技术的研究和工业应用仍然处于很新生的阶段，它的出现至今也才不到四十年的时间，图像的处理、理解与识别等很多理论与技术仍非常不成熟，同时图像采集系统也存在相当多的局限性，比如高速图像采集技术以及其敏感元件的制造难度和成本非常高，所以，导致图像分辨率不能满足要求，图像的灵敏度低，以及体积巨大的原因导致的自适应图像不能获取等，因此机器视觉技术距离成熟还很遥远，发展空间很大。

在国外，机器视觉的发展历程最早是在上个世纪五十年代才提出的概念，真正开始发展是在七几年，到九十年代才发

展逐渐趋于成熟[1]

。它开始是在对机器人的研究过程中发现发展出来的，上世纪七十年代由于CCD 图像传感器的出现，使

得CCD 相机替代了硅靶摄像，它是机器视觉技术发展历史上

的重要转折点，到八十年代CPU 和DSP 等数字图像处理的硬件技术发展迅猛，使机器视觉技术也得以飞速发展。国外的机器视觉技术的应用集中在半导体与电子行业，电子制造、汽车、制药和包装机械占据了近70%的市场份额，有四五成在半导体行业，比如PCB 印刷电路和单双面多层线路板，电子封装设备与技术，丝网印刷设备，SMT 表面贴装相关的，各种电子及元器件生产加工、成型，集成电路制造等设备以及电子工模具等，并且非常普遍地应用在了质量检测的各个方面，其产品也在应用之中占有非常大的一片领地。此外机器视觉系统也在农业、航空、气象、天文、安保、军事还有科研等国内各个行业和领域都有一席之地。

国内机器视觉在20世纪90年代才进入发展期，在继北美、欧洲还有日本之后，近几年随着全球制造中心向中国转移才逐渐开始加速发展[2]。目前我国正逐渐成为全世界生产加工的中心，许多的生产线也在逐步或已经迁入中国，同时非常多的全球先进的机器视觉技术逐步渗入我国，我们国家也将成为全球的发展机器视觉技术最活跃的地区之一。在国内，由于许多的行业都是新兴的行业，同时也因为机器视觉的产品的技术还不能普遍，所以在很多的行业都没有应用，就算有应用也几基本上没有应用于高端方向。不过在中国，我们配套的基础建设不断完善，经济实力越来越雄厚，于是很多行业对与采用机器视觉技术的工业自动化以及对高新技术的创新之需求越来越多，中国很多相关高校研究中心和企业在近几年对机器视觉技术进行非常积极的研究、探索、创新，逐渐将其应用在工业现场，药品检测分装、印刷、瓶盖检测还有色彩检测、产品缺陷检测等方面已经普遍应用。不过大部分都是应用在比较低端的方面，所以，相关行业应用的空间非常大，其他领域也有相当大的发展空间。

最近几年中国做有关机器视觉的研究，还有相关产品的销售与应用的企业，这些企业是非常少的，排除所有高校和研究所，北京附近大概有十家企业左右，广东和江南等南方地区一共有二十个企业左右，加上其他一些地区的从事机器视觉的企业，国内有四十多个，这些企业主要做产品的销售或者系统集成：首都附近的几个机器视觉公司在产品销售方面最好，大概占全国机器视觉产品销售的百分之六十；广东和江南地

区的企业主要做系统集成[3]

。不过直接应用现成的机器视觉产品的公司就有不少了，他们基本都从外国直接引进整套设备，设备包含有机器视觉系统，伴随着这些引进，国内的机器视觉技术逐步发展起来，还有许多本地采购计划导致做系统集成的许多企业逐渐增加，大致包含了光源、智能高速工业相机、CCD 镜头、图像采集卡等范围的全部机器视觉的产品，有很多系统集成企业中的CEO 与高级工程师都反映最近两年比往年的客户需求量正在快速地增长，预示着机器视觉已经在我国逐步崛起并扎根，我坚信在不久的将来，机器视觉技术一定会是一个非常热门与普遍的领域。

参考文献：

[1]张洪涛.钢板表面缺陷在线视觉检测系统关键技术研究[D].天津大学,2008.

[2]贾云得.机器视觉[M].科学出版社,2000,8

[3]沙翠翠.基于机器视觉的陶瓷管缺陷识别技术研究[D].西安科技大学，2010

作者简介：宝永安(19-)，硕士研究生，现就职于辽宁铁道职业技术学院。

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