什么是機器視覺系統
摘要：機器視覺技術是計算機學科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。自起步發展至今，機器視覺已經有20多年的歷史，其功能以及應用范圍隨著工業自動化的發展逐漸完善和推廣，其中特別是目前的數字圖像傳感器、CMOS和CCD攝像機、DSP、FPGA、ARM等嵌入式技術、圖像處理和模式識別等技術的快速發展，大大地推動了機器視覺的發展。
簡而言之，機器視覺就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。在生產線上，人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產生誤差和錯誤，但是機器卻會不知疲倦地、穩定地進行下去。一般來說，機器視覺系統包括了照明系統、鏡頭、攝像系統和圖像處理系統。對于每一個應用，我們都需要考慮系統的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、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，典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。
一個完整的機器視覺系統的主要工作過程如下：
1、工件定位檢測器探測到物體已經運動至接近攝像系統的視野中心，向圖像采集部分發送觸發脈沖。
2、圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統發出啟動脈沖。
3、攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。
4、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構，曝光時間可以事先設定。
5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。
6、攝像機曝光后，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將其數字化，或者是直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據。
8、圖像采集部分將數字圖像存放在處理器或計算機的內存中。
9、處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結果或邏輯控制值。
10、處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。
從上述的工作流程可以看出，機器視覺是一種比較復雜的系統。因為大多數系統監控對象都是運動物體，系統與運動物體的匹配和協調動作尤為重要，所以給系統各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求。在某些應用領域，例如機器人、飛行物體導制等，對整個機器視覺系統或者系統的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴格的要求。
機器視覺系統的優點有：
1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。
2、機器視覺系統具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。
3、長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。
機器視覺系統的應用領域越來越廣泛。在工業、農業、國防、交通、醫療、金融甚至體育、娛樂等等行業都獲得了廣泛的應用，可以說已經深入到我們的生活、生產和工作的方方面面。
簡而言之，機器視覺就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。在生產線上，人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產生誤差和錯誤，但是機器卻會不知疲倦地、穩定地進行下去。一般來說，機器視覺系統包括了照明系統、鏡頭、攝像系統和圖像處理系統。對于每一個應用，我們都需要考慮系統的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、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，典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。
一個完整的機器視覺系統的主要工作過程如下：
1、工件定位檢測器探測到物體已經運動至接近攝像系統的視野中心，向圖像采集部分發送觸發脈沖。
2、圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統發出啟動脈沖。
3、攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。
4、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構，曝光時間可以事先設定。
5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。
6、攝像機曝光后，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將其數字化，或者是直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據。
8、圖像采集部分將數字圖像存放在處理器或計算機的內存中。
9、處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結果或邏輯控制值。
10、處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。
從上述的工作流程可以看出，機器視覺是一種比較復雜的系統。因為大多數系統監控對象都是運動物體，系統與運動物體的匹配和協調動作尤為重要，所以給系統各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求。在某些應用領域，例如機器人、飛行物體導制等，對整個機器視覺系統或者系統的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴格的要求。
機器視覺系統的優點有：
1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。
2、機器視覺系統具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。
3、長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。
機器視覺系統的應用領域越來越廣泛。在工業、農業、國防、交通、醫療、金融甚至體育、娛樂等等行業都獲得了廣泛的應用，可以說已經深入到我們的生活、生產和工作的方方面面。
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