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

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

SME——SocietyofManufacturingEngineers

RIA——RoboticIndustrialAssociation

機器視覺，就是用機器代替人眼，來做測量和判斷。本質(zhì)上，機器視覺是圖像分析技術(shù)在工廠自動化中的應(yīng)用，通過使用光學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)字相機和圖像處理工具，來模擬人的視覺能力，并做出相應(yīng)的決策，最終通過指揮某種特定的裝置執(zhí)行這些決策。

在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，機器視覺已經(jīng)開始慢慢取代人工視覺，尤其是在工況檢測、成品檢驗、質(zhì)量控制等領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛，隨著工業(yè)4.0時代的到來，這一趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

三、為什么要用機器視覺替代人工視覺

原因有很多，以下列出較主要的幾點：

1、從生產(chǎn)效率的角度來說，由于操作工在長時間工作下容易疲憊，人工視覺質(zhì)量效率低下且精度不高，而機器視覺可以大大提高生產(chǎn)效率和自動化程度。

2、從成本控制的角度來說，培訓(xùn)一個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(xùn)還遠遠不夠，后續(xù)還需要花費大量的時間，使操作工的水平在實踐中得到提升。而機器視覺系統(tǒng)只要設(shè)計、調(diào)試和操作得當，可以在很長一段時間內(nèi)不間斷使用，同時確保生產(chǎn)效果。

3、在某些特殊工業(yè)環(huán)境中實施工況檢測，如焊接、火藥制造等，人工視覺可能會對操作工的人身安全造成威脅，而機器視覺從某種程度上有效地規(guī)避了這些風(fēng)險。

二、機器視覺涵蓋哪些領(lǐng)域

一個機器視覺系統(tǒng)是由不同的功能模塊共同組成，設(shè)計出一個成功的機器視覺系統(tǒng)，對工程師要求很高。

一般來說，機器視覺所涵蓋的專業(yè)領(lǐng)域如下：

1、電氣工程：用于機器視覺系統(tǒng)中硬件和軟件的設(shè)計。

2、工程數(shù)學(xué)：圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

3、物理：照明系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。

4、機械工程：機器視覺系統(tǒng)最廣泛的應(yīng)用。好的機器視覺系統(tǒng)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。

三、機器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成模塊

一個完整的機器視覺系統(tǒng)一般由光學(xué)系統(tǒng)(光源、鏡頭、工業(yè)相機)、圖像采集單元、圖像處理單元、執(zhí)行機構(gòu)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系統(tǒng)輸入的重要因素，光源系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要，直接關(guān)系到輸入數(shù)據(jù)，即圖像的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

工程師需根據(jù)用戶需求和產(chǎn)品特性，首先確定有效的照明條件，選擇相應(yīng)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需要的目標信息特征。

光源一般分為可見光源和不可見光源，工業(yè)上常用的可見光源有LED、鹵素?zé)簟晒鉄舻?；不可見光源主要為近紅外光、紫外光、X射線等。

LED光源是目前運用最多的機器視覺光源，它具有效率高、壽命長、防潮抗震、節(jié)能環(huán)保等特點，是工程師在設(shè)計照明系統(tǒng)時的最佳選擇。

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

鏡頭

鏡頭是機器視覺系統(tǒng)中的重要組件，其作用是光學(xué)成像。

鏡頭的主要參數(shù)有焦距、景深(DOF，DepthofField)、分辨率、工作距離、視場(FOV，F(xiàn)ieldofView)等。

景深，是指鏡頭能夠獲得最佳圖像時，被攝物體離此最佳焦點前后的距離范圍。

視場，表示攝像頭所能觀測到的最大范圍，通常以角度表示，一般說來，視場越大，觀測范圍越大。

工作距離，是指鏡頭到被攝物體的距離，工作距離越長，成本越高。

在設(shè)計機器視覺系統(tǒng)時，要選擇參數(shù)與用戶需求相匹配的鏡頭。

工業(yè)相機

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

CCD—ChargeCoupledDevice

CMOS—ComplementaryMetalOxideSemiconductor

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相機出色很多。CCD相機按其使用的CCD感光元件可分為線陣式和面陣式兩大類。

線陣相機，是呈“線”狀的，對圖像的信息只能以行為單位進行處理，分辨率高，速度快，主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域中，相配套的機器視覺系統(tǒng)上。

面陣式相機則一次可以獲得整幅圖像的信息，價格相對便宜。

圖像采集單元

圖像采集單元中最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，用來將采集到的圖像進行數(shù)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(shù)字圖像進行處理，分析計算，并輸出結(jié)果。

執(zhí)行機構(gòu)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(jié)果輸出，并做出與結(jié)果相匹配的動作，如剔廢、報警等，并通過人機界面顯示生產(chǎn)信息。

4、機器視覺系統(tǒng)的原理

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

圖像處理單元對這些數(shù)字信號進行有效地運算并獲得拍攝目標的特征值，從而根據(jù)判別的結(jié)果來指揮設(shè)備進行相對應(yīng)的動作。

5、機器視覺系統(tǒng)的流程

這張圖，是一個完整的機器視覺系統(tǒng)構(gòu)架圖。

以安瓿注射劑中異物自動燈檢為例，該機器視覺系統(tǒng)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(cameraandlens)和光源(lightsource)被觸發(fā)并同步開啟，對待檢安瓿瓶中液體進行圖像獲取。

接著，獲取到的藥液狀態(tài)圖像在圖像采集卡(imageprocessinghardware)中進行數(shù)字化，并將被數(shù)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(shù)字圖像信號進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。

最終，由控制系統(tǒng)，如PLC指揮某特定裝置執(zhí)行上述決策，即將好品和壞品通過不同的輸出通道分選開來，并在人機界面上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。