機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述

1、第1頁（共7頁）機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀人類認(rèn)識(shí)外界信息的80%來自于視覺，而機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷，機(jī)器視覺的最終目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)像人一樣，通過視覺觀察和理解世界，具有自主適應(yīng)環(huán)境的能力。作為一個(gè)新興學(xué)科，同時(shí)也是一個(gè)交叉學(xué)科，機(jī)器視覺是通過對(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)，其特點(diǎn)是可提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。目前機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)在很多工業(yè)制造領(lǐng)域得到

2、了應(yīng)用，并逐漸進(jìn)入我們的日常生活。一、一、機(jī)器視覺簡(jiǎn)介機(jī)器視覺簡(jiǎn)介機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺主要利用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，再現(xiàn)于人類視覺有關(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。機(jī)器視覺是一項(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

3、工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)[1]。機(jī)器視覺強(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。其更強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)性，要求高速度和高精度，且具有非接觸性、實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化和智能高等優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人視覺應(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。通過CCD或CMOS攝像機(jī)將被測(cè)目標(biāo)轉(zhuǎn)換

4、為圖像信號(hào)，然后通過AD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)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作[1]。機(jī)器視覺一般都包括下面四個(gè)過程：第3頁（共7頁）作為立體視覺的基礎(chǔ)理論，Marr理論具有極其重要的指導(dǎo)作用，但Marr理論自身有缺陷，如單向性（視覺處理只能從前至后處理）、被動(dòng)性（視覺處理只能是給什

5、么圖像處理什么圖像）、目的單一性（視覺處理的目標(biāo)一般只是恢復(fù)空間場(chǎng)景中的物體形狀和位置）等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，許多學(xué)者紛紛提出了Marr理論的改進(jìn)框架，如在框架前增加圖像拾取模塊，使其能根據(jù)分析要求和分析結(jié)果自主獲取圖像；增加反饋環(huán)節(jié)，使視覺處理結(jié)果能反向指導(dǎo)圖像獲取環(huán)節(jié)，前后互動(dòng)；增加高層指導(dǎo)模塊和視覺目的模塊，使整個(gè)視覺處理按照視覺目的的要求，在高層指導(dǎo)模塊的指導(dǎo)下完成不同的視覺處理操作，實(shí)現(xiàn)其功能多樣化.總之，改進(jìn)的Marr理論框

6、架使立體視覺趨于自動(dòng)化、智能化和多功能化[3]。三、三、機(jī)器視覺相關(guān)技術(shù)機(jī)器視覺相關(guān)技術(shù)1、圖像采集技術(shù)——機(jī)器視覺的基礎(chǔ)圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡構(gòu)成。采集過程可簡(jiǎn)單描述為在光源提供照明的條件下，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，最后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分。在設(shè)計(jì)圖像采集部分時(shí)，要考慮到多方面的問題，主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集卡和光源方面的問題。（1）光源照明照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入

7、的重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，還未有哪種機(jī)器視覺照明設(shè)備能通用各種應(yīng)用，因此在實(shí)際應(yīng)用中，需針對(duì)應(yīng)用選擇相應(yīng)的照明設(shè)備以滿足特定需求。在光源照明方案選擇過程中，應(yīng)盡可能地突出物體特征，在物體需要檢測(cè)的部分與不重要部分之間盡量產(chǎn)生明顯的區(qū)域，增加對(duì)比度，同時(shí)還應(yīng)保證足夠的整體亮度，而物體位置的變化不應(yīng)影響成像的質(zhì)量。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，背向照明是指將被測(cè)