機(jī)器視覺（Machine Vision）作為光電技術(shù)應(yīng)用的一個特定領(lǐng)域，目前已經(jīng)發(fā)展成為一個備受矚目的行業(yè)。隨著工業(yè)4.0浪潮襲來，機(jī)器視覺會擺脫最初“輔助工具”的地位成為生產(chǎn)系統(tǒng)的“眼睛”與“大腦”。

1.

機(jī)器視覺解讀

什么是機(jī)器視覺

機(jī)器視覺技術(shù)是計算機(jī)科學(xué)的一個重要分支，它涉及到計算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光學(xué)、機(jī)械等多個領(lǐng)域，其目的就是給機(jī)器或者自動生產(chǎn)線添加一套視覺系統(tǒng)。機(jī)器視覺是采用機(jī)器代替人眼來做測量與判斷，通過計算機(jī)攝取圖像來模擬人的視覺功能，實(shí)現(xiàn)人眼視覺的延伸。

一個完整的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)是由眾多功能模塊共同組成，一般由光學(xué)系統(tǒng)（光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)）、圖像采集單元、圖像處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及人機(jī)界面等模塊組成，所有功能模塊相輔相成，缺一不可。好的機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠?yàn)橹圃鞓I(yè)提供更多有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的硬件支持。

機(jī)器視覺的目的是給機(jī)器或自動生產(chǎn)線添加一套視覺系統(tǒng)，用機(jī)器視覺系統(tǒng) 代替人眼來做測量和判斷。

通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即工業(yè)相機(jī)）將待檢測目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給圖像處理分析系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，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(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場設(shè)備的動作。

機(jī)器視覺功能優(yōu)勢

2.

機(jī)器視覺系統(tǒng)工作流程

工件到達(dá)檢測位置→ 向傳感器觸發(fā)脈沖→ 圖像采集卡感應(yīng)物件并開始工作→ 零件照明→工業(yè)攝像機(jī)等待掃描并輸出→ 圖像采集卡將數(shù)字圖像存放到計算機(jī)內(nèi)存中→處理器獲取圖像并把資料數(shù)據(jù)化→ 視覺軟件對圖像進(jìn)行分析、識別→ 獲取測量結(jié)果→ 離散輸出，顯示不良產(chǎn)品畫面→控制流水線的動作或糾正誤差。

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從上述的工作流程可以看出，機(jī)器視覺系統(tǒng)是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)的監(jiān)控對象都是運(yùn)動物體，系統(tǒng)與運(yùn)動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，這些給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴(yán)格的要求。

在一些應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人、飛行物制導(dǎo)等，整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一些部件的重量、體積和耗電量都會有嚴(yán)格的要求。所以說，機(jī)器視覺是圖像處理系統(tǒng)中最復(fù)雜的系統(tǒng)，需要在開發(fā)和設(shè)計中投入更多的精力。

3.

機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)勢

在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，機(jī)器視覺相對于人眼識別體現(xiàn)了較大優(yōu)勢。機(jī)器視覺具有自動化、客觀、非接觸和高精度等特點(diǎn)。特別是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)的精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性與安全性，在重復(fù)和機(jī)械性的工作中具有較大的應(yīng)用價值。

精確性——由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機(jī)器仍然會更加精確，因?yàn)樗木饶軌蜻_(dá)到千分之一英寸。特別是檢測生產(chǎn)線上高速運(yùn)動的物體時，機(jī)器視覺更具優(yōu)勢。

重復(fù)性——機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時都會有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時完全相同的。

客觀性——人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非常可觀可靠。

效率高——機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，實(shí)現(xiàn)更為快速的產(chǎn)品檢測，同時也易于加工過程中的信息集成，尤其是在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。

成本低——由于機(jī)器比人快，一臺自動檢測機(jī)器能夠承擔(dān)多人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率從而降低生產(chǎn)成本。

4.

機(jī)器視覺典型應(yīng)用場景

生產(chǎn)車間組裝

機(jī)器人在機(jī)器視覺技術(shù)的作用下，可以精確地按照視覺技術(shù)使機(jī)械手臂擁有3D視覺能力，可以靠視覺導(dǎo)引、定位，成為夾取物件的要件。除了視覺定位，手眼力協(xié)調(diào)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)還有矩陣的感測器，可以協(xié)助機(jī)器人知道抓取的位置與力量大小。

電子焊接制造

在焊線技術(shù)中，因?yàn)?a target="_blank">芯片維度的縮小，需要較強(qiáng)大的影像放大功能。在此環(huán)境中，高質(zhì)量的成像鏡頭系統(tǒng)必須滿足特殊的最佳化需求。由于機(jī)器視覺工具絕佳的操作模式、可靠度及視覺算法的高準(zhǔn)確度，從而很好地解決了芯片焊接過程中的諸多問題。

空瓶檢測

機(jī)器視覺空瓶檢測系統(tǒng)主要由相機(jī)、鏡頭、光源、圖像采集卡、PC平臺和控制單元等六部分組成，各個部分之間相互配合，最終完成對酒瓶的質(zhì)量檢測和剔除。

汽車零部件裝配

汽車零部件具有品質(zhì)要求高、批量大、形狀各異的特點(diǎn)，每一個零件都涉及到整車的質(zhì)量，故其測量的尺寸多，精度要求高，需要根據(jù)不同的零部件特征與類型進(jìn)行逐一測量。目前大部分汽車制造商，已使用機(jī)器視覺系統(tǒng)取代了普通的三坐標(biāo)測量機(jī)。

產(chǎn)品自動化分揀

自動化分揀是工業(yè)生產(chǎn)、特別是產(chǎn)品批量生產(chǎn)中的必需環(huán)節(jié)之一。工業(yè)生產(chǎn)中需要根據(jù)產(chǎn)品特性及其生產(chǎn)/出廠質(zhì)量要求進(jìn)行分揀，它可以代替人工進(jìn)行貨物的分類、搬運(yùn)和裝卸工作，提高生產(chǎn)和工作效率，從而實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、無人化。

藥品質(zhì)量檢測

機(jī)器視覺在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的藥品包裝、藥瓶、標(biāo)簽等視覺檢測到目前對生物芯片的檢測，放射科的X放射等，通過引入機(jī)器視覺系統(tǒng)，完成對圖像信息的采集、存儲、管理、處理及傳輸?shù)裙δ堋?/p>

5.

機(jī)器視覺未來發(fā)展趨勢

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6.

機(jī)器視覺主流供應(yīng)商

來源：e-works

完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的主要工作過程有哪些？

機(jī)器視覺技術(shù)是計算機(jī)學(xué)科的一個重要分支，它綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機(jī)電一體化等多個領(lǐng)域。自起步發(fā)展至今，機(jī)器視覺已經(jīng)有20多年的歷史，其功能以及應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動化的發(fā)展逐漸完善和推廣，其中特別是目前的數(shù)字圖像傳感器、CMOS和CCD攝像機(jī)、DSP、FPGA、ARM等嵌入式技術(shù)、圖像處理和模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展，大大地推動了機(jī)器視覺的發(fā)展。

簡而言之，機(jī)器視覺就是利用機(jī)器代替人眼來作各種測量和判斷。在生產(chǎn)線上，人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯誤，但是機(jī)器卻會不知疲倦地、穩(wěn)定地進(jìn)行下去。一般來說，機(jī)器視覺系統(tǒng)包括了照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。對于每一個應(yīng)用，我們都需要考慮系統(tǒng)的運(yùn)行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機(jī)、檢測目標(biāo)的尺寸還是檢測目標(biāo)有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對比度需要多大等。從功能上來看，典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)可以分為:圖像采集部分、圖像處理部分和運(yùn)動控制部分。

一個完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下:1、工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運(yùn)動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。2、圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時，分別向攝像機(jī)和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。3、攝像機(jī)停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機(jī)在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。4、攝像機(jī)開始新的一幀掃描之前打開曝光機(jī)構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定。5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)該與攝像機(jī)的曝光時間匹配。6、攝像機(jī)曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。7、圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機(jī)數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。8、圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機(jī)的內(nèi)存中。9、處理器對圖像進(jìn)行處理、分析、識別，獲得測量結(jié)果或邏輯控制值。10、處理結(jié)果控制流水線的動作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動的誤差等。從上述的工作流程可以看出，機(jī)器視覺是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運(yùn)動物體，系統(tǒng)與運(yùn)動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴(yán)格的要求。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人、飛行物體導(dǎo)制等，對整個機(jī)器視覺系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴(yán)格的要求。機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有:1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。2、機(jī)器視覺系統(tǒng)具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍。3、長時間穩(wěn)定工作，人類難以長時間對同一對象進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務(wù)。機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)療、金融甚至體育、娛樂等等行業(yè)都獲得了廣泛的應(yīng)用，可以說已經(jīng)深入到我們的生活、生產(chǎn)和工作的方方面面。

機(jī)器視覺原理解析及其應(yīng)用實(shí)例

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。

而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。正是由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

基本構(gòu)造一個典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、相機(jī)（包括CCD 相機(jī)和COMS相機(jī)）、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。

系統(tǒng)可再分為主端電腦（Host Computer）、影像擷取卡（Frame Grabber）與影像處理器、影像攝影機(jī)、CCT鏡頭、顯微鏡頭、照明設(shè)備、Halogen光源、LED光源、高周波螢光燈源、閃光燈源、其他特殊光 源、影像顯示器、LC機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)、PLC、PC-Base控制器、精密桌臺、伺服運(yùn)動機(jī)臺。

工作原理機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測的目標(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，圖像處理系統(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、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格/不合格、有/無等，實(shí)現(xiàn)自動識別功能。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

照明照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇 相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。

光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈?？梢姽獾娜秉c(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。

其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。

結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。

鏡頭FOV（Field Of Vision）=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM（零件測量公差比）鏡頭選擇應(yīng)注意：①焦距②目標(biāo)高度 ③影像高度 ④放大倍數(shù) ⑤影像至目標(biāo)的距離 ⑥中心點(diǎn) /節(jié)點(diǎn) ⑦畸變

相機(jī)按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。

圖像采集卡

圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡，可以將圖像迅速地傳送到計算機(jī)存儲器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開關(guān)。

例如，可以連接8個不同的攝像 機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門。

視覺處理器視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計算機(jī)速度較慢時，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)?，F(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖像到存儲器，而且計算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。

應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)器視覺的應(yīng)用主要有檢測和機(jī)器人視覺兩個方面：1. 檢測：又可分為高精度定量檢測（例如顯微照片的細(xì)胞分類、機(jī)械零部件的尺寸和位置測量）和不用量器的定性或半定量檢測（例如產(chǎn)品的外觀檢查、裝配線上的零部件識別定位、缺陷性檢測與裝配完全性檢測）。

2. 機(jī)器人視覺：用于指引機(jī)器人在大范圍內(nèi)的操作和行動，如從料斗送出的雜亂工件堆中揀取工件并按一定的方位放在傳輸帶或其他設(shè)備上（即料斗揀取問題）。至于小范圍內(nèi)的操作和行動，還需要借助于觸覺傳感技術(shù)。

此外還有：（1）自動光學(xué)檢查（2）人臉偵測（3）無人駕駛汽車

機(jī)器視覺特性1.攝像機(jī)的拍照速度自動與被測物的速度相匹配，拍攝到理想的圖像；2.零件的尺寸范圍為2.4mm到12mm，厚度可以不同；3.系統(tǒng)根據(jù)操作者選擇不同尺寸的工件，調(diào)用相應(yīng)視覺程序進(jìn)行尺寸檢測，并輸出結(jié)果；4.針對不同尺寸的零件，排序裝置和輸送裝置可以精確調(diào)整料道的寬度，使零件在固定路徑上運(yùn)動并進(jìn)行視覺檢測；5.機(jī)器視覺系統(tǒng)分辨率達(dá)到1600×1200，動態(tài)檢測精度可以達(dá)到0.02mm；6.廢品漏檢率為0；7.本系統(tǒng)可通過顯示圖像監(jiān)視檢測過程，也可通過界面顯示的檢測數(shù)據(jù)動態(tài)查看檢測結(jié)果；8.具有對錯誤工件及時準(zhǔn)確發(fā)出剔除控制信號、剔除廢品的功能；9.系統(tǒng)能夠自檢其主要設(shè)備的狀態(tài)是否正常，配有狀態(tài)指示燈；同時能夠設(shè)置系統(tǒng)維護(hù)人員、使用人員不同的操作權(quán)限；10.實(shí)時顯示檢測畫面，中文界面，可以瀏覽最近幾次不合格品的圖像，具有能夠存儲和實(shí)時察看錯誤工件圖像的功能；11.能生成錯誤結(jié)果信息文件，包含對應(yīng)的錯誤圖像，并能打印輸出。

應(yīng)用實(shí)例

1. 基于機(jī)器視覺的儀表板總成智能集成測試系統(tǒng)EQ140-II汽車儀表板總成是我國某汽車公司生產(chǎn)的儀表產(chǎn)品，儀表板上安裝有速度里程表、水溫表、汽油表、電流表、信號報警燈等，其生產(chǎn)批量大，出廠前需要進(jìn)行一次質(zhì)量終檢。

檢測項(xiàng)目包括：檢測速度表等五個儀表指針的指示誤差；檢測24個信號報警燈和若干照明9燈是否損壞或漏裝。一般采用人工目測方法檢查，誤差大，可靠性差，不能滿足自動化生產(chǎn)的需要。

基于機(jī)器視覺的智能集成測試系統(tǒng)，改變了這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了對儀表板總成智能化、全自動、高精度、 快速質(zhì)量檢測，克服了人工檢測所造成的各種誤差，大大提高了檢測效率。

整個系統(tǒng)分為四個部分：為儀表板提供模擬信號源的集成化多路標(biāo)準(zhǔn)信號源、具有圖像信息反饋定位的雙坐標(biāo)CNC系統(tǒng)、攝像機(jī)圖像獲取系統(tǒng)和主從機(jī)平行處理系統(tǒng)。

2. 金屬板表面自動控傷系統(tǒng)金屬板如大型電力變壓器線圈扁平線收音機(jī)朦朧皮等的表面質(zhì)量都有很高的要求，但原始的采用人工目視或用百分表加控針的檢測方法不僅易受主觀因素的影響，而且可能會繪被測表面帶來新的劃傷。

金屬板表面自動探傷系統(tǒng)利用機(jī)器視覺技術(shù)對金屬表面缺陷進(jìn)行自動檢查，在生產(chǎn)過程中高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測，同時由于采用非接角式測量，避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。

其工作原理圖如圖8-6所示；在此系統(tǒng)中，采用激光器作為光源，通過針孔濾波器濾除激光束周圍的雜散光，擴(kuò) 束鏡和準(zhǔn)直鏡使激光束變?yōu)槠叫泄獠⒁?5度的入射角均勻照明被檢查的金屬板表面。金屬板放在檢驗(yàn)臺上。

檢驗(yàn)臺可在X、Y、Z三個方向上移動，攝像機(jī)采用 TCD142D型2048線陳CCD，鏡頭采用普通照相機(jī)鏡頭。

CCD接口電路采用單片機(jī)系統(tǒng)。主機(jī)PC機(jī)主要完成圖像預(yù)處理及缺陷的分類或劃痕的深度運(yùn) 算等，并可將檢測到的缺陷或劃痕圖像在顯示器上顯示。

CCD接口電路和PC機(jī)之間通過RS-232口進(jìn)行雙向通訊，結(jié)合異步A/D轉(zhuǎn)換方式，構(gòu)成人機(jī)交互 式的數(shù)據(jù)采集與處理。

該系統(tǒng)主要利用線陣CCD的自掃描特性與被檢查鋼板X方向的移動相結(jié)合，取得金屬板表面的三維圖像信息。

3. 汽車車身檢測系統(tǒng)英國ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測，是機(jī)器視覺系統(tǒng)用于工業(yè)檢測中的一個較為典型的例子，該系統(tǒng)由62個測量 單元組成，每個測量單元包括一臺激光器和一個CCD攝像機(jī)，用以檢測車身外殼上288個測量點(diǎn)。汽車車身置于測量框架下，通過軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。

測量單元的校準(zhǔn)將會影響檢測精度，因而受到特別重視。每個激光器/攝像機(jī)單元均在離線狀態(tài)下經(jīng)過校準(zhǔn)。同時還有一個在離線狀態(tài)下用三坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)過的校準(zhǔn)裝置，可對攝像頂進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

檢測系統(tǒng)以每40秒檢測一個車身的速度，檢測三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測結(jié)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(zhì)量檢測人員用該系統(tǒng)來判別關(guān)鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、門、玻璃窗口等。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)是成功的，并將用于ROVER公司其 它系統(tǒng)列汽車的車身檢測。

4. 紙幣印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)：該系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，通過對紙幣生產(chǎn)流水線上的紙幣20多項(xiàng)特征（號碼、盲文、顏色、圖案等）進(jìn)行比較分析，檢測紙幣的質(zhì)量，替代傳統(tǒng)的人眼辨別的方法。

5. 智能交通管理系統(tǒng)：通過在交通要道放置攝像頭，當(dāng)有違章車輛（如闖紅燈）時，攝像頭將車輛的牌照拍攝下來，傳輸給中央管理系統(tǒng)，系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)，對拍攝的圖片進(jìn)行分析，提取出車牌號，存儲在數(shù)據(jù)庫中，可以供管理人員進(jìn)行檢索。

6.金相分析：金相圖象分析系統(tǒng)能對金屬或其它材料的基體組織、雜質(zhì)含量、組織成分等進(jìn)行精確、客觀地分析，為產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

7. 醫(yī)療圖像分析：血液細(xì)胞自動分類計數(shù)、染色體分析、癌癥細(xì)胞識別等。

8. 瓶裝啤酒生產(chǎn)

流水線檢測系統(tǒng)：可以檢測啤酒是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的容量、啤酒標(biāo)簽是否完整

9. 大型工件平行度、垂直度測量儀：采用激光掃描與CCD探測系統(tǒng)的大型工件平行度、垂直度測量儀，它以穩(wěn)定的準(zhǔn)直激光束為測量基線，配以回轉(zhuǎn)軸系，旋轉(zhuǎn)五角 標(biāo)棱鏡掃出互相平行或垂直的基準(zhǔn)平面，將其與被測大型工件的各面進(jìn)行比較。在加工或安裝大型工件時，可用該認(rèn)錯器測量面間的平行度及垂直度。

10. 螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測器件：以頻閃光作為照明光源，利用面陳和線陳CCD作為螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測器件，實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測量的動態(tài)檢測系統(tǒng)。

11.軸承實(shí)時監(jiān)控：視覺技術(shù)實(shí)時監(jiān)控軸承的負(fù)載和溫度變化，消除過載和過熱的危險。將傳統(tǒng)上通過測量滾珠表面保證加工質(zhì)量和安全操作的被動式測量變?yōu)橹鲃邮奖O(jiān)控。

12. 金屬表面的裂紋測量：用微波作為信號源，根據(jù)微波發(fā)生器發(fā)出不同波濤率的方波，測量金屬表面的裂紋，微波的波的頻率越高，可測的裂紋越狹小。

機(jī)器視覺在智能制造應(yīng)用

工業(yè)4.0離不開智能制造，智能制造離不開機(jī)器視覺。2015年我國機(jī)器視覺市場全球占比8.3%，增速超20%，機(jī)器視覺為我國工業(yè)自動化打開“新視界”。

智能制造的視覺入口

簡介及分類

機(jī)器視覺是指利用相機(jī)、攝像機(jī)等傳感器，配合機(jī)器視覺算法賦予智能設(shè)備人眼的功能，從而進(jìn)行物體的識別、檢測、測量等功能。機(jī)器視覺可以分為工業(yè)視覺、計算機(jī)視覺兩類。

機(jī)器視覺分類（來源：網(wǎng)絡(luò)）

構(gòu)成及原理

機(jī)器視覺系統(tǒng)一般由燈源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理單元和視覺處理軟件構(gòu)成。

機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理（來源：物聯(lián)中國）

優(yōu)勢及特點(diǎn)

機(jī)器視覺具有高度自動化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)器視覺性能優(yōu)勢原理（來源：工控網(wǎng)）

是實(shí)現(xiàn)智能制造的必要手段

如果說工業(yè)機(jī)器人是人類手的延伸、交通工具是人類腿的延伸，那么機(jī)器視覺就相當(dāng)于人類視覺在機(jī)器上的延伸。機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)了對工件尺寸、形狀、顏色等特征的自動判斷和識別，可以讓機(jī)器代替人眼做測量和判斷，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的必要手段。

機(jī)器視覺與人類視覺對比（來源：工控網(wǎng)）

機(jī)器視覺應(yīng)用于智能制造領(lǐng)域的功能（來源：康耐視）

機(jī)器視覺下游應(yīng)用現(xiàn)狀

應(yīng)用廣泛

作為一種給機(jī)器人帶來視覺功能的關(guān)鍵技術(shù)，機(jī)器視覺應(yīng)用廣泛。從工業(yè)視覺到計算機(jī)視覺，從人機(jī)交互到自動駕駛，從虛擬現(xiàn)實(shí)到物體自動識別，機(jī)器視覺都能擔(dān)當(dāng)著重要角色。

機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)領(lǐng)域

工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的機(jī)器視覺下游市場主要是半導(dǎo)體及電子制造、汽車、食品與包裝和制藥行業(yè)，其他如煙草、農(nóng)業(yè)、機(jī)械零部件等也是機(jī)器視覺應(yīng)用的重要行業(yè)。

機(jī)器視覺在包裝機(jī)械和機(jī)械零部件應(yīng)用示例（來源：BANNER 、FANUC ）

機(jī)器視覺工業(yè)應(yīng)用情況（來源：網(wǎng)絡(luò)）

工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器視覺難點(diǎn)在于精度和速度，要求都在毫米級，且工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人抓手的變動是在三維空間內(nèi)。

基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人定位技術(shù)流程（來源：發(fā)那科）

機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計的五大難點(diǎn)

第一：打光的穩(wěn)定性

工業(yè)視覺應(yīng)用一般分成四大類：定位、測量、檢測和識別，其中測量對光照的穩(wěn)定性要求最高，因?yàn)楣庹罩灰l(fā)生10-20%的變化，測量結(jié)果將可能偏差出1-2個像素，這不是軟件的問題，這是光照變化，導(dǎo)致了圖像上邊緣位置發(fā)生了變化，即使再厲害的軟件也解決不了問題，必須從系統(tǒng)設(shè)計的角度，排除環(huán)境光的干擾，同時要保證主動照明光源的發(fā)光穩(wěn)定性。當(dāng)然通過硬件相機(jī)分辨率的提升也是提高精度，抗環(huán)境干擾的一種辦法了。比如之前的相機(jī)對應(yīng)物空間尺寸是1個像素10um，而通過提升分辨率后變成 1個像素5um，精度近似可以認(rèn)為提升1倍，對環(huán)境的干擾自然增強(qiáng)了。

第二：工件位置的不一致性

一般做測量的項(xiàng)目，無論是離線檢測，還是在線檢測，只要是全自動化的檢測設(shè)備，首先做的第一步工作都是要能找到待測目標(biāo)物。每次待測目標(biāo)物出現(xiàn)在拍攝視場中時，要能精確知道待測目標(biāo)物在哪里，即使你使用一些機(jī)械夾具等，也不能特別高精度保證待測目標(biāo)物每次都出現(xiàn)在同一位置的，這就需要用到定位功能，如果定位不準(zhǔn)確，可能測量工具出現(xiàn)的位置就不準(zhǔn)確，測量結(jié)果有時會有較大偏差。

第三：標(biāo)定

一般在高精度測量時需要做以下幾個標(biāo)定，一光學(xué)畸變標(biāo)定（如果您不是用的軟件鏡頭，一般都必須標(biāo)定），二投影畸變的標(biāo)定，也就是因?yàn)槟惭b位置誤差代表的圖像畸變校正，三物像空間的標(biāo)定，也就是具體算出每個像素對應(yīng)物空間的尺寸。

不過目前的標(biāo)定算法都是基于平面的標(biāo)定，如果待測量的物理不是平面的，標(biāo)定就會需要作一些特種算法來處理，通常的標(biāo)定算法是解決不了的。

此外有些標(biāo)定，因?yàn)椴环矫媸褂脴?biāo)定板，也必須設(shè)計特殊的標(biāo)定方法，因此標(biāo)定不一定能通過軟件中已有的標(biāo)定算法全部解決。

第四：物體的運(yùn)動速度

如果被測量的物體不是靜止的，而是在運(yùn)動狀態(tài)，那么一定要考慮運(yùn)動模糊對圖像精度（模糊像素=物體運(yùn)動速度*相機(jī)曝光時間），這也不是軟件能夠解決的。

第五：軟件的測量精度

在測量應(yīng)用中軟件的精度只能按照1/2—1/4個像素考慮，最好按照1/2，而不能向定位應(yīng)用一樣達(dá)到1/10-1/30個像素精度，因?yàn)闇y量應(yīng)用中軟件能夠從圖像上提取的特征點(diǎn)非常少。

機(jī)器視覺在非標(biāo)自動化設(shè)備上優(yōu)勢、機(jī)器視覺在線檢測為自動化提速！

機(jī)器視覺在非標(biāo)自動化設(shè)備上優(yōu)勢具有哪些優(yōu)勢？

機(jī)器視覺在非標(biāo)自動化設(shè)備上優(yōu)勢具有哪些優(yōu)勢?大家都知道自動化設(shè)備就是不需要人的機(jī)器就能自動工作的設(shè)備就叫自動化設(shè)備，非標(biāo)自動化設(shè)備就是根據(jù)用戶的實(shí)際需求定制的自動化設(shè)備就叫非標(biāo)自動化設(shè)備,下面圳玖科非標(biāo)自動化就來詳細(xì)的為大家分析一下：

首先來普及下國家近期推得比較火的幾個熱門概念和政策，所謂智能制造和工業(yè)4.0概念，新聞媒體隔三差五的報道想必大家都聽說過這個概念，但不是業(yè)內(nèi)人士也基本只知道這幾個字，但對其行業(yè)和到底是干什么的可能還不了解，很榮幸我正式這個行業(yè)的從業(yè)者之一，就用我所在的角度給大家大致普及下吧。

今天我要說的機(jī)器視覺檢測和自動化設(shè)備正是智能制造2025其中一部分領(lǐng)域吧，其實(shí)國家的這個政策涉及面還是非常廣的，主要是提升國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)裝備的更新?lián)Q代，和全自動生產(chǎn)加工，目前美國、德國、日本等國家在這方面做得非常好，很多領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了無人化生產(chǎn)加工，上萬平米的車間只需要十來個人，甚至很有意思的是一些動物屠宰廠的全自動化屠宰加工水平令人震驚，我們國家的裝備水平說實(shí)話還有很長路要走。

機(jī)器視覺檢測概念不是工業(yè)領(lǐng)域的人可能還不了解，但現(xiàn)在這項(xiàng)高級技術(shù)已經(jīng)在制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛了，機(jī)器視覺主要原理就是將利用工業(yè)相機(jī)拍攝圖像，使用專業(yè)的視覺檢測軟件和各種圖像算法對圖像進(jìn)行分析計算并給出所需的參數(shù)，通過對這些參數(shù)的設(shè)置利用我們就可以到達(dá)很多目的實(shí)現(xiàn)很多功能.

比如：產(chǎn)品的高精度尺寸測量、零件坐標(biāo)位置、讀取一維二位碼數(shù)據(jù)、零件表面缺陷檢測識別、顏色識別、角度識別等功能，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)能大程度上取代人眼了，而且檢測速度比人眼快5-10倍，目前這樣的技術(shù)已經(jīng)細(xì)分成很多專業(yè)領(lǐng)域了，比如3D掃描、刷臉識別、指紋識別、自動駕駛等高科技領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)還在不斷更新完善功能會越來越強(qiáng)大。

非標(biāo)自動化設(shè)備其實(shí)就是，根據(jù)客戶的生產(chǎn)步驟和生產(chǎn)效率要求，通過設(shè)計一套自動機(jī)械機(jī)構(gòu)，和電氣控制邏輯，將人的動作取代并集成到一起，實(shí)現(xiàn)自動上料、自動組裝、自動測試檢測，并將這些數(shù)據(jù)保存下來，可以追蹤產(chǎn)量效率、良率、能耗等。

機(jī)器視覺在線檢測，為自動化提速！

在線視覺檢測系統(tǒng)是當(dāng)今汽車行業(yè)自動化率不斷提升過程中不可或缺的設(shè)備，它有力地保障了產(chǎn)品在尺寸控制、精確定位、功能匹配和自動檢測方面的精度...

隨著汽車行業(yè)自動化水平的不斷提高，一些傳統(tǒng)的檢測方式已不能適應(yīng)高節(jié)拍、柔性化的生產(chǎn)需求，自動的具有實(shí)時監(jiān)控功能的機(jī)器視覺在線檢測技術(shù)逐漸在主流生產(chǎn)廠家得到應(yīng)用，并取得了良好的效果。

機(jī)器視覺系統(tǒng)由多組傳感器組成，每個傳感器首先要計算出被測物的特征點(diǎn)，來進(jìn)行坐標(biāo)確定，然后將所有接收的數(shù)據(jù)信息擬合在統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)中，從而完成測量。機(jī)器視覺在線檢測技術(shù)從安裝方式上分為固定式和動態(tài)式；從測量的方法上分為采用照相機(jī)拍照系統(tǒng)和激光系統(tǒng)兩種方式；從應(yīng)用領(lǐng)域上分為定位檢測功能、尺寸檢測、型面檢測和功能匹配等幾個方面。

在自動化汽車生產(chǎn)線中，視覺系統(tǒng)必要時需要同機(jī)器人匹配應(yīng)用，并與生產(chǎn)線的PLC控制系統(tǒng)建立聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)測量、檢測、定位和識別的功能。視覺檢測系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：采用非接觸式測量方式，提高了相應(yīng)速度，對生產(chǎn)線影響?。痪哂虚L時間的穩(wěn)定、可靠地重復(fù)工作的性能，適用于汽車連續(xù)化的流水線作業(yè)；適合在安全風(fēng)險高、人機(jī)工程惡劣和環(huán)境差的區(qū)域工作。諸多優(yōu)點(diǎn)使視覺檢測系統(tǒng)在汽車行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

在線尺寸檢測功能

（1）車身尺寸檢測功能（通常采用動態(tài)檢測方式）

在生產(chǎn)線的特定位置，設(shè)置激光測量系統(tǒng)，對車身的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)，并能將發(fā)現(xiàn)的問題及時進(jìn)行報警。

該方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)記錄、分析，能夠有效控制問題的發(fā)生范圍；采用相對傳統(tǒng)的CMM測量，測量樣本量大，能在短期內(nèi)有足夠的樣本進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析；靈活性好，通過計算機(jī)編程，可以對車身需要關(guān)注的局部（如車輛改型、新零件試制）進(jìn)行定點(diǎn)檢測，對問題做出準(zhǔn)確判斷；柔性好，對多車型混線生產(chǎn)有良好的兼容性；自動工作，節(jié)省人力成本。

缺點(diǎn)是設(shè)備初期一次性費(fèi)用投入較大；測量精度比CMM低；對工位的定位精度要求相對較高。

（2）測量系統(tǒng)

圖1 視覺在線自動檢測

測量系統(tǒng)如圖1所示，測量單元主要包括：工裝定位系統(tǒng)、機(jī)器人＋激光測頭＝測量系統(tǒng)、系統(tǒng)自檢系統(tǒng)（含溫度補(bǔ)償）、控制系統(tǒng)、車型識別系統(tǒng)（柔性化生產(chǎn)線）、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

視覺測量系統(tǒng)工作原理見圖2：使用平面激光照射被測物體表面，采集二維平面數(shù)據(jù)；使用激光線照射被測物體采集第三維數(shù)據(jù)；根據(jù)采集數(shù)據(jù)通過專業(yè)軟件進(jìn)行分析；通過相關(guān)算法得出被測物體或特征的位移、形變以及其他幾何特征的變化。

圖2 視覺測量系統(tǒng)工作原理

如圖3所示，該案例存在的問題是某車型大燈支架批次性波動，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該車型前縱梁尺寸發(fā)生變化，供應(yīng)商新線生產(chǎn)的前縱梁尺寸不符合要求，前縱梁為兩條線進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)零件對比檢測，最終確定供應(yīng)商參照第一條生產(chǎn)線的狀態(tài)對零件進(jìn)行整改，使之尺寸狀態(tài)一致，修復(fù)后批次性波動消除。

圖3 案例分析

四門兩蓋、翼子板間隙和平整度匹配在線測量

固定式：

（1）設(shè)備要求：自動識別車型，完成激光測量并即時顯示測量結(jié)果。

（2）測量內(nèi)容：三車型外覆蓋件的匹配（平整度和間隙），主要包括：前蓋與翼子板匹配；翼子板與前門匹配；前后門匹配（包括窗框）；后門與后翼子板匹配；后蓋（或后舉門）與后翼子板匹配。

（3）工作原理流程如圖4所示。

圖4 間隙和平整度檢測流程

（4）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備為固定式，操作、保養(yǎng)相對簡單；能將一個時間段的車輛的不同部位的間隙、平整度等進(jìn)行綜合分析，為改進(jìn)提供方向；對在線車輛的匹配100%的測量，確保了車輛匹配的一致性；消除了人工測量時的測量誤差，長久來看降低了人工成本；即時發(fā)現(xiàn)問題，有利于后道工藝進(jìn)行返修；適用于大批量、連續(xù)化生產(chǎn)的質(zhì)量控制。

機(jī)器人裝配精確定位

在現(xiàn)場自動化工位，如頂蓋安裝、機(jī)器人激光焊接、門蓋的安裝以及自動涂膠等工藝，都需要先進(jìn)行精確定位，機(jī)器人對定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后進(jìn)行正確的操作，以達(dá)到工藝的穩(wěn)定性。此種定位采取激光測量的方式，通常采用固定方式。

在此以機(jī)器人前蓋定位安裝為例（見圖5）：車輛到達(dá)工位定位，線旁設(shè)置了6組固定式激光測量裝置，前部4組測量頭分別對前蓋的兩側(cè)前后的間隙和平整度進(jìn)行測量，另外兩組測量頭對前蓋的鉸鏈安裝孔的位置進(jìn)行測量定位，機(jī)器人用抓手抓起前蓋，通過收到的數(shù)據(jù)信息不斷修正左右間隙和平整度的一致性，并對前蓋的定位孔進(jìn)行修正，然后打緊鉸鏈。

圖5 機(jī)器人前蓋定位安裝

在線門蓋型面檢測

在線門蓋型面檢測如圖6所示，通常采用照相系統(tǒng)或激光面掃描等對外覆蓋件的輪廓或特征進(jìn)行在線檢測，減少了人工搬運(yùn)、下線的問題，實(shí)現(xiàn)100%在線檢測，面掃描也是觸發(fā)式測量設(shè)備無法完全替代的檢測方法。

圖6 在線門蓋型面檢測

此外，在線檢測設(shè)備還可以對機(jī)器人涂膠的軌跡和位置等進(jìn)行測量監(jiān)控，并對軌跡的偏差設(shè)定報警限，從而實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控。

結(jié)語

機(jī)器視覺在線檢測系統(tǒng)是當(dāng)今汽車行業(yè)自動化率不斷提升過程中不可或缺的設(shè)備，本文介紹的幾種使用方法是在實(shí)踐中較為成熟的，它有力地保障了產(chǎn)品在尺寸控制、精確定位、功能匹配和自動檢測方面的精度，未來必將在更廣闊的領(lǐng)域中得到應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)更高自動化、更精細(xì)的質(zhì)量等方面發(fā)揮巨大的作用。

機(jī)器視覺應(yīng)用介紹（機(jī)器人篇）

為什么機(jī)器人需要視覺系統(tǒng)？

1沒有視覺的機(jī)器人應(yīng)用有局限性

位置必須固定

機(jī)器人輔助生產(chǎn)的生產(chǎn)線上，機(jī)器人的運(yùn)動位置是根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的特征預(yù)先設(shè)定好的，即按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動軌跡來執(zhí)行動作。因此，需要有一定的治具保證產(chǎn)品的位置的固定。如果產(chǎn)品規(guī)格多樣，則需要大量的專用治具來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品位置的固定。其成本高昂、更換夾具的工作量巨大。

精度與可靠性的矛盾

機(jī)器人裝配的精度要求越高，需要的治具的精度也越高。治具的精度越高，機(jī)器人本體的精度越難以可以每次都準(zhǔn)確、可靠的裝配。

接觸式定位的弊端

某些產(chǎn)品因?yàn)楸砻婕?xì)膩，不能夠通過機(jī)械夾具來加持，以免破壞表面。有些產(chǎn)品因?yàn)槭侨嵝圆馁|(zhì)，也無法實(shí)現(xiàn)可靠的抓取。

2視覺系統(tǒng)對機(jī)器人應(yīng)用的幫助

位置修調(diào)

使用視覺系統(tǒng)告知機(jī)器人產(chǎn)品的位置，提供抓取的定位信息，更換產(chǎn)品也只需要更換產(chǎn)品的檢測文件即可。節(jié)省大量的機(jī)械成本及更換治具需要的時間。

多次定位保證精確性

可以用低精度的治具或者粗定位的視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人完成抓取產(chǎn)品的工作。抓取后再通過視覺系統(tǒng)精確的捕捉物體的特征，實(shí)現(xiàn)高精度的定位，使機(jī)器人在抓取后能夠進(jìn)一步修正位置，實(shí)現(xiàn)精密裝配。

非接觸式測量

視覺系統(tǒng)采用的是光學(xué)測量的方法，不會破壞物體的表面也不會因?yàn)槲矬w是柔性的而無法測量。

3單獨(dú)視覺系統(tǒng)在生產(chǎn)中的局限性

無法全面的觀測

從成像的原理來說，一臺相機(jī)只能捕獲一個平面的圖像信息。對于復(fù)雜的物體，需要檢測多個面的情況下，往往需要很多相機(jī)協(xié)同工作。如果產(chǎn)品的規(guī)格很多，不同的規(guī)格相機(jī)需要調(diào)整到不同的位置來檢測。使得整個檢測系統(tǒng)異常的復(fù)雜。

精度與視野的矛盾

受制于相機(jī)感光芯片的分辨率的限制，越是大的視野，分辨的精度越低。在這種情況下，對于大的物體，無法實(shí)現(xiàn)高精度的檢測。

4機(jī)器人對視覺系統(tǒng)應(yīng)用的幫助

多姿態(tài)的可能性

通過把視覺系統(tǒng)安裝在機(jī)器人的關(guān)節(jié)上，可以使用機(jī)器人來調(diào)整相機(jī)或者光源的位置，來實(shí)現(xiàn)各種不同姿態(tài)的檢測需求，從而實(shí)現(xiàn)對多規(guī)格、復(fù)雜產(chǎn)品的檢測應(yīng)用。

隨動檢測

可以通過使用機(jī)器人帶著相機(jī)遍歷大檢測對象的各個檢測部位或者跟隨機(jī)器人的運(yùn)動軌跡實(shí)時的檢測，從而實(shí)現(xiàn)對大物體進(jìn)行小視野高精度的檢測。

未來已來——解讀人工智能和深度學(xué)習(xí)對機(jī)器視覺的影響

摘要

通過采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)和人類用于發(fā)展大腦的其他功能，在機(jī)器視覺中融入人工智能將使機(jī)器思考得更像人類。

當(dāng)20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了“思維機(jī)器”的概念之后不久，人們就開始對人工智能（AI）領(lǐng)域發(fā)出了不安的警告。自從1968年的標(biāo)志性電影“2001：太空漫游”到2014年的科幻大片“機(jī)械姬 Ex Machina”，對“機(jī)器崛起”的恐懼一直在流行文化中發(fā)酵著。

雖然AI仍然沒有像人們擔(dān)心的那樣“接管”社會，但是隨著數(shù)據(jù)存儲和處理能力的提高，像IBM Watson這樣的認(rèn)知系統(tǒng)的開發(fā)使得未來代替人類決策的猜測成為可能。不過目前而言，大多數(shù)AI的迭代處理還是諸如對象識別等更為“溫和”的任務(wù)。

AI技術(shù)的運(yùn)用，將使機(jī)器視覺能夠具有超越現(xiàn)有解決方案的能力，勝任更具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。但是加入AI的機(jī)器視覺是否已經(jīng)做好準(zhǔn)備用于工業(yè)應(yīng)用呢？

深度學(xué)習(xí)能力

AI在機(jī)器視覺中的適用性依賴于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，更準(zhǔn)確的說是深度學(xué)習(xí)能力。從最廣泛的層面上來說，AI可以被定義為計算機(jī)模擬人類智能的能力。機(jī)器學(xué)習(xí)使計算機(jī)能夠在沒有明確編程的情況下進(jìn)行操作。深度學(xué)習(xí)，是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個子領(lǐng)域，使計算機(jī)能夠從經(jīng)驗(yàn)中不斷學(xué)習(xí)。

過去十年的一些發(fā)展使得在機(jī)器視覺中應(yīng)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)?！盎?a href="http://www.nxhydt.com/tags/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)/" target="_blank">神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)，圖形處理單元（GPU）足夠強(qiáng)大的計算能力以及豐富的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們已經(jīng)可以使用人工智能進(jìn)行圖像處理?！眮碜訴iDi Systems業(yè)務(wù)發(fā)展部門的Olivier Despont談道。該公司2017年4月已被康耐視公司收購，其主要產(chǎn)品是基于深度學(xué)習(xí)的工業(yè)圖像分析軟件。

深度學(xué)習(xí)為傳統(tǒng)的機(jī)器視覺技術(shù)帶來了希望，因?yàn)樗c使用基于規(guī)則方法的傳統(tǒng)圖像處理軟件不同?！癆I使我們在遇到不容易表征或非線性的應(yīng)用時，賦予機(jī)器更高水平的可重復(fù)性?！盕ISBA LLC定制光學(xué)系統(tǒng)銷售總監(jiān)Wallace Latimer說：“如果把線性算法比喻成創(chuàng)建一個非常窄的桶，那么AI 或深度學(xué)習(xí)就是創(chuàng)造更大的桶，可以接受更多的變化。通過更寬泛的接受度，您可以專注于最重要的事，減少投入的變化。”

目前，機(jī)器視覺用戶已經(jīng)可以在市場上找到深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件。例如，第一款深度學(xué)習(xí)工業(yè)圖像分析軟件ViDi Suite已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)營。通過與標(biāo)準(zhǔn)圖像處理庫集成的軟件，它可以像小孩子一樣進(jìn)行學(xué)習(xí)。

“你不會用一個基于規(guī)則的方式跟孩子解釋房子是什么?！?Despont說，“通過很少的例子，即使在年幼的時候，我們的大腦也能夠認(rèn)知到房子是什么。在這方面，我們的深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)與人類大腦運(yùn)作相似?！?/p>

相較于傳統(tǒng)機(jī)器視覺解決方案，深度學(xué)習(xí)的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以減少開發(fā)機(jī)器視覺程序所需的時間。“通常來說，大多數(shù)機(jī)器視覺應(yīng)用程序需要60多天的軟件開發(fā)和可行性測試，而采用ViDi Suite半天就可以完成開發(fā)?！?Despont說。

與建構(gòu)在“服務(wù)器群組”基礎(chǔ)上的AI系統(tǒng)不同（例如由Facebook、Google和IBM開發(fā)的軟件），ViDi使用單個高端NVIDIA GPU在幾分鐘內(nèi)就可對系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練。根據(jù)Despont的說法，這會節(jié)省大量時間，例如使用IBM Watson來編程和參數(shù)化可能需要幾天甚至幾個月的時間。

“我們建議從30到50個代表性的優(yōu)質(zhì)圖像開始教授系統(tǒng)，而不是使用數(shù)百萬或數(shù)十億個圖像?！盌espont說，“我們不會將圖像發(fā)送到基于云的服務(wù)器農(nóng)場進(jìn)行處理或培訓(xùn)。客戶很高興，他們可以使用一個GPU在一臺PC上運(yùn)行所有內(nèi)容，并保持其圖像的所有權(quán)?！?/p>

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

深度學(xué)習(xí)為一些采用傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)的應(yīng)用帶來了希望。Teledyne Dalsa公司的軟件項(xiàng)目經(jīng)理Bruno Ménard說：“AI真的很適合于食物檢查，尤其是當(dāng)您想要檢查甜甜圈或一塊顯示出明顯差異的肉時”。

不僅僅是有機(jī)檢測應(yīng)用能從AI中獲益，Ménard還引用了傳統(tǒng)的缺陷檢測應(yīng)用作為另一個例子?！笆褂脗鹘y(tǒng)算法來編程計算機(jī)難以定義缺陷，需要在每次出現(xiàn)新的缺陷時重做設(shè)置?！?他說，“但是通過擁有大量樣品的人工智能，您最終可以得到一個非常清晰的了解，知道哪些部分是好的，哪些是不好的?！?/p>

隨著AI在機(jī)器視覺方面的興起，該技術(shù)將適用于更多的檢查任務(wù)，最終超越工業(yè)自動化領(lǐng)域。Latimer認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)在醫(yī)療、生命科學(xué)、食品、假冒檢驗(yàn)和木材分級等行業(yè)都將有很好的發(fā)展前景。

“在這些應(yīng)用中都有很多不太容易做出判斷的決定點(diǎn)?！?Latimer說，“例如，那個蘋果還好嗎？就很難說出一個線性的規(guī)則去判斷。而通過深度學(xué)習(xí)應(yīng)該可以使許多應(yīng)用變得更加高效和可重復(fù)?！?/p>

未來，在醫(yī)療診斷、監(jiān)視、自動駕駛和智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)嗟匾肷疃葘W(xué)習(xí)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)檢查或地圖分析等功能。Despont說：“AI是未來的發(fā)展趨勢，很快就能幫助人們解決一些復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)橛嬎隳芰缀趺恳荒臧攵挤丁！?/p>

許多機(jī)器視覺專業(yè)人士已經(jīng)認(rèn)識到AI和深度學(xué)習(xí)將對視覺行業(yè)帶來重要的影響，但他們認(rèn)為AI的全部潛力可能至少要在3到5年之后才會爆發(fā)。此外，AI也并不是解決所有傳統(tǒng)機(jī)器視覺和圖像處理問題的唯一方法。

Ménard指出了AI系統(tǒng)的兩個主要缺點(diǎn)?！笆紫?，你需要大量的培訓(xùn)，你需要創(chuàng)建專家團(tuán)隊(duì)，以便于達(dá)到下一個級別的分類?！彼f，“第二個缺點(diǎn)是一旦被訓(xùn)練完，發(fā)現(xiàn)分類失敗，就很難解決這個問題。你別無選擇，只有再培訓(xùn)一個新的樣本。”

人工智能在機(jī)器視覺中變得越來越普遍，行業(yè)專家建議應(yīng)該根據(jù)企業(yè)自身的情況有側(cè)重的發(fā)展?！皬睦袌鰜砜?，世界各地的谷歌正在將這項(xiàng)技術(shù)推向難以置信的投資和細(xì)化水平?！?Latimer說，“在工業(yè)領(lǐng)域，我們可能無法投入如此大規(guī)模的時間和資本，因此我們要善于利用它的優(yōu)勢?！?/p>

本文來自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年8月刊《機(jī)器視覺專刊》欄目，原標(biāo)題為：人工智能對機(jī)器視覺的影響。

關(guān)于機(jī)器視覺技術(shù)的未來趨勢

機(jī)器視覺在工廠自動化中起著至關(guān)重要的作用，而且其正向更多領(lǐng)域快速發(fā)展。雖然機(jī)器視覺曾經(jīng)被認(rèn)為僅僅是人類視覺的替代品，但今天，它早已成為提升質(zhì)量和生產(chǎn)效率的驅(qū)動力，具有能夠?qū)⒍嗑S的、甚至肉眼不可見的微米級信息捕獲到的強(qiáng)大能力。

行業(yè)專家預(yù)測未來5 年， 機(jī)器視覺的復(fù)合年增長率將突破8%， 到2022 年，全球機(jī)器視覺市場規(guī)模預(yù)計或?qū)⒊^140 億美元。那么，關(guān)于機(jī)器視覺技術(shù)，有哪些新的發(fā)展趨勢值得我們關(guān)注的呢？

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）

隨著IIoT 的發(fā)展，機(jī)器視覺應(yīng)該會大幅提升。 IIoT 將信息技術(shù)與運(yùn)營技術(shù)連接起來，因此它需要通過廣泛的數(shù)據(jù)采集和分析，以不斷優(yōu)化工廠的運(yùn)行。機(jī)器視覺是為IIoT 提供信息的最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。全球制造業(yè)在IIoT 方面的快速發(fā)展，導(dǎo)致了機(jī)器人技術(shù)的復(fù)興和對機(jī)器視覺產(chǎn)品的新需求。

IIoT 加速了人類和機(jī)器人如何協(xié)同合作的進(jìn)程，但是如果沒有機(jī)器視覺技術(shù)將大量的設(shè)備、機(jī)器人和人連接在一起，這些都不會發(fā)生。

更易使用

機(jī)器視覺系統(tǒng)的操作員更偏好用戶友好的界面和更直觀反映工廠車間環(huán)境的產(chǎn)品。但與此同時，視覺感知輸入?yún)s比以往任何時候都更加復(fù)雜，這對于設(shè)備和軟件設(shè)計人員簡化他們的界面來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。

產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化將幫助用戶集成和運(yùn)行視覺系統(tǒng)，同時降低設(shè)備的可替換性成本。 此外，在設(shè)置應(yīng)用程序、定位和檢查零件，以及通過與HMI、PLC和機(jī)器人設(shè)備的通信來配置結(jié)果等方面，軟件設(shè)計人員將進(jìn)一步簡化流程，通過更簡潔的界面提升效率。

CoaXPress 標(biāo)準(zhǔn)

CoaXPress 是一種非對稱的高速點(diǎn)對點(diǎn)串行通信數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，可通過相機(jī)到相機(jī)之間的同軸電纜實(shí)現(xiàn)傳輸和接收數(shù)據(jù)。新一代 CXP 單鏈路相機(jī)不但價格更低，還具有更小的體積、更低的功耗和產(chǎn)生更少的熱量，進(jìn)一步降低了集成商設(shè)計基于 CXP 接口系統(tǒng)的難度。

CoaXPress 可以高達(dá) 6.25G 比特 / 秒的速度傳輸數(shù)據(jù)，這幾乎是 USB 3 Vision標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中能達(dá)到的數(shù)據(jù)速率的2 倍，甚至比最新的 GigE Vision 的數(shù)據(jù)傳輸速率還快。 CoaXPress 標(biāo)準(zhǔn)可以為今后十年間不斷增長的帶寬需求提供支持，同時還可以滿足許多額外要求，如：更高的可靠性、靈活性、實(shí)時性以及成本效益等。

擴(kuò)展到更多領(lǐng)域

更低的成本和持續(xù)改進(jìn)的視覺組件，如 3D 彩色攝像機(jī)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，將進(jìn)一步推動機(jī)器視覺擴(kuò)展到非工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中，如“無人駕駛”汽車系統(tǒng)、 IP 視頻監(jiān)控、智能交通系統(tǒng)、智慧農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等。

曾經(jīng)被認(rèn)為是脆弱的、不能在任何地方使用，只能在環(huán)境控制很好的室內(nèi)區(qū)域使用的機(jī)器視覺產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)足夠堅(jiān)固，以至于可以適用于戶外的苛刻環(huán)境。

本文來自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年8月刊，原標(biāo)題為：關(guān)于機(jī)器視覺技術(shù)的未來趨勢

機(jī)器視覺的下一個想象空間是嵌入式？

歷經(jīng)多年積累，機(jī)器視覺技術(shù)或許正在面臨一個黃金發(fā)展期。一旦成本下降、性能提升、應(yīng)用增多，就如無線網(wǎng)絡(luò)普及帶來的變革一樣，機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品將成為生產(chǎn)制造業(yè)的標(biāo)配。

美國市場研究咨詢機(jī)構(gòu)Transparency Market Research發(fā)布的報告顯示，全球機(jī)器視覺技術(shù)市場有望從2014年的157億美元（約人民幣1040億元），以8.40%的復(fù)合年均增長率上升到2021年的285億美元（約人民幣1890億元）。

機(jī)器視覺系統(tǒng)對于實(shí)現(xiàn)工廠自動化來說不可或缺的，裝配定位、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品識別、尺寸測量……高速生產(chǎn)線上的高精度要求，人眼已無法滿足。

怎樣讓成本降下來？可以想象的空間很多，嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)會是個不錯的選擇，而系統(tǒng)的核心當(dāng)然離不開微處理器。從20世紀(jì)90年代，微處理器、半導(dǎo)體技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)相伴螺旋上升：微處理器、半導(dǎo)體技術(shù)是機(jī)器視覺的發(fā)源地，歐美在其中大量應(yīng)用圖像技術(shù)，后來慢慢演化成今天的機(jī)器視覺技術(shù)。機(jī)器視覺在歐美的應(yīng)用普及，同樣主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)?，F(xiàn)在，微處理器性能變得更強(qiáng)勁、功耗大大降低、尺寸越加緊湊，價錢卻沒有變高。

以今年2月上市的樹莓派3代微處理器（Raspberry Pi 3）為例，配備 64 位 1.2GHz 四核芯片及 1GB 內(nèi)存，性能相對樹莓派2 （Raspberry Pi 2）提升了 50%。而價格仍然只要 35 美元（約人民幣232元），與四年前首發(fā)時的樹莓派1代B型（Raspberry Pi Model B）定價相同。把高性能、低功耗、緊湊型的微處理器大批量地應(yīng)用于嵌入式視覺系統(tǒng)，單個成本有望再降一半。

在通用計算機(jī)上集成機(jī)器視覺系統(tǒng)時，涉及到照明、成像、圖像數(shù)字化、圖像處理算法、軟硬件等多門技術(shù)，對技術(shù)人員提出了極高的要求。使用嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)，軟硬件配置變得靈活，開發(fā)環(huán)境與程序更加通用。易于量產(chǎn)和擴(kuò)線，令生產(chǎn)柔性得到極大提升，企業(yè)對機(jī)器視覺技術(shù)的普遍需求將得到快速響應(yīng)。

機(jī)器視覺相關(guān)全球標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺，加速了嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)程。去年6月，中國機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CMVU）加入G3標(biāo)準(zhǔn)， 這是CMVU成為第15位G3標(biāo)準(zhǔn)的成員單位。其他成員包括：美國自動化成像協(xié)會（AIA）、歐洲機(jī)器視覺協(xié)會（EMVA）、日本工業(yè)成像協(xié)會（JIIA）、德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）等?！叭驒C(jī)器視覺接口標(biāo)準(zhǔn)”手冊的發(fā)行、“G3相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)”協(xié)議的簽訂，都將縮短開發(fā)時間，減少投資成本，同時加快產(chǎn)品的上市速度。

此外，為了使機(jī)器視覺能夠適應(yīng)“工業(yè)4.0”以及未來的工廠生產(chǎn)，德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會機(jī)器視覺專業(yè)協(xié)會（VDMA Machine Vision）與OPC基金會（OPC Foundation）開始編制《OPC統(tǒng)一架構(gòu)機(jī)器視覺配套規(guī)范》，旨在將機(jī)器視覺系統(tǒng)直接整合進(jìn)生產(chǎn)控制與IT系統(tǒng)，發(fā)揮最大的效能。

工業(yè)4.0是關(guān)于連接生產(chǎn)技術(shù)和信息技術(shù)的，而機(jī)器視覺是為工業(yè)4.0提供信息的最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。嵌入系統(tǒng)會在未來的機(jī)器視覺系統(tǒng)中扮演更重要的角色。它們可以實(shí)現(xiàn)緊湊型產(chǎn)品的設(shè)計，滿足大多數(shù)圖像處理的要求，并且與基于PC的獨(dú)立系統(tǒng)相比，其與工廠流程的集成度更高。