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在現代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機器視覺(jué)已經(jīng)開(kāi)始慢慢取代人工視覺(jué)，尤其是在工況檢測、成品檢驗、質(zhì)量控制等領(lǐng)域，應用廣泛，隨著(zhù)工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，這一趨勢不可逆轉。

機器視覺(jué)，是通過(guò)光學(xué)裝置和非接觸式的傳感器，自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動(dòng)的裝置

這是美國制造工程師協(xié)會(huì )(SME)機器視覺(jué)分會(huì )和美國機器人工業(yè)協(xié)會(huì )(RIA)自動(dòng)化視覺(jué)分會(huì )，對機器視覺(jué)的定義。

? SME——Society of Manufacturing Engineers

? RIA——Robotic Industrial Association

機器視覺(jué)，就是用機器代替人眼，來(lái)做測量和判斷。本質(zhì)上，機器視覺(jué)是圖像分析技術(shù)在工廠(chǎng)自動(dòng)化中的應用，通過(guò)使用光學(xué)系統、工業(yè)數字相機和圖像處理工具，來(lái)模擬人的視覺(jué)能力，并做出相應的決策，通過(guò)指揮某種特定的裝置執行這些決策。

原因有很多，以下列出較主要的幾點(diǎn)：

1、從生產(chǎn)效率的角度來(lái)說(shuō)，由于操作工在長(cháng)時(shí)間工作下容易疲憊，人工視覺(jué)質(zhì)量效率低下且精度不高，而機器視覺(jué)可以大大提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。

2、從成本控制的角度來(lái)說(shuō)，培訓一個(gè)合格的操作工需要企業(yè)管理者花費大量的人力物力，然而單純的培訓還遠遠不夠，后續還需要花費大量的時(shí)間，使操作工的水平在實(shí)踐中得到提升。而機器視覺(jué)系統只要設計、調試和操作得當，可以在很長(cháng)一段時(shí)間內不間斷使用，同時(shí)確保生產(chǎn)效果。

3、在某些特殊工業(yè)環(huán)境中實(shí)施工況檢測，如焊接制造等，人工視覺(jué)可能會(huì )對操作工的人身造成威脅，而機器視覺(jué)從某種程度上有效地規避了這些風(fēng)險。

一個(gè)機器視覺(jué)系統是由不同的功能模塊共同組成，設計出一個(gè)成功的機器視覺(jué)系統，對工程師要求很高。

一般來(lái)說(shuō)，機器視覺(jué)所涵蓋的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域如下：

1、電氣工程：用于機器視覺(jué)系統中硬件和軟件的設計。

2、工程數學(xué)：圖像處理技術(shù)的基礎。

3、物理：照明系統設計的基礎。

4、機械工程：機器視覺(jué)系統廣泛的應用。好的機器視覺(jué)系統能更好地為制造業(yè)提供更多有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的技術(shù)支持。

一個(gè)完整的機器視覺(jué)系統一般由光學(xué)系統(光源、鏡頭、工業(yè)相機)、圖像采集單元、圖像處理單元、執行機構及人機界面等模塊組成，所有功能模塊相輔相成，缺一不可。

照明(光源)

照明是影響機器視覺(jué)系統輸入的重要因素，光源系統的設計至關(guān)重要，直接關(guān)系到輸入數據，即圖像的質(zhì)量和應用效果。

工程師需根據用戶(hù)需求和產(chǎn)品特性，首先確定有效的照明條件，選擇相應的照明裝置，才能確保在此光照條件下生成的圖像能突顯出用戶(hù)需要的目標信息特征。

光源一般分為可見(jiàn)光源和不可見(jiàn)光源，工業(yè)上常用的可見(jiàn)光源有LED、鹵素燈、熒光燈等;不可見(jiàn)光源主要為近紅外光、紫外光、X射線(xiàn)等。

LED光源是目前運用多的機器視覺(jué)光源，它具有效率高、壽命長(cháng)、防潮抗震、節能環(huán)保等特點(diǎn)，是工程師在設計照明系統時(shí)的選擇。

不可見(jiàn)光源主要用來(lái)應對一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測，由于不可見(jiàn)光的可穿透性，才能到達檢測點(diǎn)。

鏡頭

鏡頭是機器視覺(jué)系統中的重要組件，其作用是光學(xué)成像。

鏡頭的主要參數有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作距離、視場(chǎng)(FOV，Field of View)等。

景深，是指鏡頭能夠獲得佳圖像時(shí)，被攝物體離此佳焦點(diǎn)前后的距離范圍。

視場(chǎng)，表示攝像頭所能觀(guān)測到的大范圍，通常以角度表示，一般說(shuō)來(lái)，視場(chǎng)越大，觀(guān)測范圍越大。

工作距離，是指鏡頭到被攝物體的距離，工作距離越長(cháng)，成本越高。

在設計機器視覺(jué)系統時(shí)，要選擇參數與用戶(hù)需求相匹配的鏡頭。

工業(yè)相機

在機器視覺(jué)系統中工業(yè)相機必不可少，它就像人眼一樣，用來(lái)捕獲圖像。相機按其感光器的不同，可分為：CCD相機;CMOS 相機。

CCD—Charge Coupled Device

CMOS —Complementary MetalOxide Semiconductor

CCD相機的成本較高，但成像品質(zhì)、成像通透性、色彩的豐富性等較CMOS相機出很多。CCD相機按其使用的CCD感光元件可分為線(xiàn)陣式和面陣式兩大類(lèi)。

線(xiàn)陣相機，是呈“線(xiàn)”狀的，對圖像的信息只能以行為單位進(jìn)行處理，分辨率高，速度快，主要應用于工業(yè)、醫療、科研等領(lǐng)域中，相配套的機器視覺(jué)系統上。

面陣式相機則一次可以獲得整幅圖像的信息，價(jià)格相對便宜。

圖像采集單元

圖像采集單元中重要的元件是圖像采集卡，它是圖像采集單元與圖像處理單元的接口，用來(lái)將采集到的圖像進(jìn)行數字化，并輸入、存儲到計算機中。

圖像處理單元包含大量圖像處理算法。在取得圖像后，用這些算法對數字圖像進(jìn)行處理，分析計算，并輸出結果。

執行機構與人機界面

在完成圖像采集和處理工作之后，需要將圖像處理的結果輸出，并做出與結果相匹配的動(dòng)作，如剔廢、報警等，并通過(guò)人機界面顯示生產(chǎn)信息。

通過(guò)光學(xué)系統，將需要拍攝的目標轉換成為圖像信號，再將圖像信號傳送至圖像采集卡，并根據像素分布、亮度、顏色等信息，轉換成為數字信號。

圖像處理單元對這些數字信號進(jìn)行有效地運算并獲得拍攝目標的特征值，從而根據判別的結果來(lái)指揮設備進(jìn)行相對應的動(dòng)作。

這張圖，是一個(gè)完整的機器視覺(jué)系統構架圖。

以安瓿注射劑中異物自動(dòng)燈檢為例，該機器視覺(jué)系統的工作流程如下：

首先，待檢的安瓿瓶由機械輸送裝置輸送至檢測工位，PLC發(fā)出“物體已到達”信號。

隨后，相機(camera and lens)和光源(light source)被觸發(fā)并同步開(kāi)啟，對待檢安瓿瓶中液體進(jìn)行圖像獲取。

接著(zhù)，獲取到的藥液狀態(tài)圖像在圖像采集卡(image processing hardware)中進(jìn)行數字化，并將被數字化的圖像存儲在計算機中。

然后，所存儲的信息被運到圖像處理軟件，對數字圖像信號進(jìn)行處理與異物特征分析，判斷液體質(zhì)量是否合乎要求并做出決策，如好品GOOD，壞品NOTGOOD。

由控制系統，如PLC指揮某特定裝置執行上述決策，即將好品和壞品通過(guò)不同的輸出通道分選開(kāi)來(lái)，并在人機界面上顯示相關(guān)數據。