機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)以及如何應(yīng)用

人類認(rèn)識(shí)外界信息 80% 來(lái)自于視覺(jué)。機(jī)器視覺(jué)的最終目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)像人一樣，通過(guò)視覺(jué)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(jué)是通過(guò)對(duì)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(jué)系統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)主要利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的視覺(jué)功能，再現(xiàn)于人類視覺(jué)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(cè)和控制［3］。機(jī)器視覺(jué)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(jué)系統(tǒng)［4］。機(jī)器視覺(jué)強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(jué)被稱為自動(dòng)化的眼睛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究及國(guó)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(jué)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(guò) CCD 或 CMOS 攝像機(jī)將被測(cè)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)，然后通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置和長(zhǎng)度等，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。