機器視覺技術的應用研究
科研發展
作者：張紅霞 劉義才
【摘要】闡述了機器視覺技術在工業、農業、醫學、交通領域的研究應用狀況，指出了機器視覺的未來走向。
【關鍵詞】機器視覺；應用研究
機器視覺是一門涉及人工智能、計算機科學、圖像處理、模式識別、神經生物學、心理物理學等諸多領域的交叉學科。機器視覺主要利用計算機來模擬人或再現與人類視覺有關的某些智能行為，從客觀事物的圖像中提取信息進行處理，並加以理解，最終用於實際檢測和控製。隨著現代計算機技術、現場總線技術與大規模集成電路技術的飛速發展，機器視覺技術也日臻成熟，已經廣泛應用在國民經濟發展的各行業。
1.機器視覺係統組成
一個典型的機器視覺應用係統包括圖像捕捉、光源係統、圖像數字化模塊、數字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械控製執行模塊。首先采用CCD攝像機獲得被測目標的圖像信號，然後通過A/D轉換成數字信號傳送給專用的圖像處理係統，根據像素分布、亮度和色彩等信息，進行各種運算來抽取目標的特征，然後再根據預設的判別標準輸出判斷結果，去控製驅動執行機構進行相應處理。
總之，隨著機器視覺技術自身的成熟和發展，可以預計它將在現代和未來製造企業中得到越來越廣泛的應用。
2.機器視覺技術的應用
在國外，機器視覺的應用主要體現在半導體及電子行業，其中大概40%-50%都集中在半導體行業。具體如PCB印刷電路；SMT表麵貼裝；電子生產加工設備；機器視覺係統還在質量檢測的各個方麵已經得到了廣泛的應用，並且其產品在應用中占據著舉足輕重的地位。
而在中國，以上行業本身就屬於新興的領域，再加之機器視覺產品技術的普及不夠，導致機器視覺在以上各行業的應用幾乎空白。目前隨著我國隨著配套基礎建設的完善，技術、資金的積累，各行各業對采用圖像和機器視覺技術的工業自動化、智能化需求開始廣泛出現，國內有關大中專院校、研究所和企業近兩年在圖像和機器視覺技術領域進行了積極思索和大膽的嚐試，逐步開始了工業現場和其它領域的應用。
（1）工業中的應用
雖然機器視覺技術從20世紀80年代才開始起步，但由於其突出的優點，在各種工業領域被廣泛應用，特別是近幾年發展十分迅速，國內外的成果也是層出不窮。
在國外，機器視覺技術廣泛應用於機器零部件的裝配、非接觸測量、產品質量檢測、在線過程控製、數控機床加工、過程監控等領域。英國ROVER汽車公司800係列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測，是機器視覺係統用於工業檢測中的一個較為典型的例子，該係統由62個測量單元組成，每個測量單元包括一台激光器和一個CCD攝像機，用以檢測車身外殼上288個測量點。汽車車身置於測量框架下，通過軟件校準車身的精確位置。測量單元的校準將會影響檢測精度，因而受到特別重視。每個激光器/攝像機單元均在離線狀態下經過校準。同時還有一個在離線狀態下用三坐標測量機校準過的校準裝置，可對攝像頂進行在線校準。檢測係統以每40秒檢測一個車身的速度，檢測三種類型的車身。係統將檢測結果與人、從CAD模型中撮出來的合格尺寸相比較，測量精度為±0。1mm。ROVER的質量檢測人員用該係統來判別關鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、門、玻璃窗口等。實踐證明，該係統是成功的，並將用於ROVER公司其它係列汽車的車身檢測。
機器視覺在國內的應用主要集中於檢測與定位等幾個方麵，這樣的工業產品占據了中國市場的絕大部分。機器視覺在工業檢測中的應用最為常見的是對各種機械零件的幾何尺寸進行測量，在半導體及電子行業，國內高等院校和科研單位也研究出基於機器視覺的管腳尺寸自動檢測裝置。此外，機器視覺還被用於對於如刀具等工業設備的檢測和數控機床的加工。在很多工業領域存在著高精度定位的問題，如鑽床數控係統鑽頭定位、金屬板材數控加工軌跡坐標定位等。目前機器視覺技術由於其高精度的優點在這方麵得到廣泛的應用。華中科技大學在金屬板材數控加工中利用機器視覺技術對加工軌跡坐標定位。提出一種基於機器視覺的非接觸式加工軌跡坐標定位方法，完成了金屬板材數字化成形中支撐模型的非接觸式高精度快速定位。湖南大學進行了鑽頭視覺定位研究，在視覺定位中采用間接定位方式，間接實現鑽頭刃磨初始狀態的定位。中國計量學院等單位進行了基於機器視覺的PCB數控鑽機定位研究。大量的實踐證明采用機器視覺係統進行定位並且綜合運用數控伺服傳動技術以及各種先進控製技術能夠有效實現精確定位。利用機器視覺係統節約了大量的人力和物力，降低了產品生產成本。