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機(jī)器視覺系統(tǒng)就是利用機(jī)器代替人眼來作各種測(cè)量和判斷。

它是計(jì)算科的一個(gè)重要分支，它綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域。圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展，也大大地推動(dòng)了機(jī)器視覺的發(fā)展。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用

在生產(chǎn)線上，人來做此類測(cè)量和判斷會(huì)因疲勞、個(gè)人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯(cuò)誤，但是機(jī)器卻會(huì)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(duì)于每一個(gè)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(cè)目標(biāo)的尺寸還是檢測(cè)目標(biāo)有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對(duì)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(dòng)控制部分

機(jī)器視覺系統(tǒng)工作過程

 • 　一個(gè)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(cè)器探測(cè)到物體已經(jīng)運(yùn)動(dòng)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(shí)，分別向攝像機(jī)和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)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(dòng)脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動(dòng)脈沖到來后啟動(dòng)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(shí)間可以事先設(shè)定。

• 5、另一個(gè)啟動(dòng)脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時(shí)間應(yīng)該與攝像機(jī)的曝光時(shí)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(hào)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(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。

• 9、處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理、分析、識(shí)別，獲得測(cè)量結(jié)果或邏輯控制值。

• 10、處理結(jié)果控制流水線的動(dòng)作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動(dòng)的誤差等?！?/p>

機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：

• 1、非接觸測(cè)量，對(duì)于觀測(cè)者與被觀測(cè)者都不會(huì)產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

• 2、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(cè)量，擴(kuò)展了人眼的視覺范圍。

• 3、長時(shí)間穩(wěn)定工作，人類難以長時(shí)間對(duì)同一對(duì)象進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺則可以長時(shí)間地作測(cè)量、分析和識(shí)別任務(wù)。

• 4、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。

科幻電影中的智能機(jī)器人

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如下圖所示是一種有電腦操控的加工機(jī)械裝置：

• 該裝置主要通過前端的攝像頭對(duì)被加工對(duì)象進(jìn)行圖像采集和加工定位，從而完成加工。

• 機(jī)械類的各部件的精度由工人的熟練程度和工作經(jīng)驗(yàn)以及加工工具（如各類機(jī)床）到如今的由數(shù)字化和智能化的加工設(shè)備（如數(shù)控機(jī)床），更多的能適應(yīng)社會(huì)需要和發(fā)展的高精度，高難度的零件被加工出來。

視覺系統(tǒng)簡單來說就可以用三個(gè)及獨(dú)立又相互聯(lián)系的模塊來概括：目標(biāo)物圖像的采集、圖像的處理、指令的發(fā)出。

視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩大部分。

 視覺系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

視覺系統(tǒng)的硬件主要由鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構(gòu)成。

一套視覺系統(tǒng)的好壞則分別取決于攝像機(jī)像素的高低，硬件質(zhì)量的優(yōu)劣，更重要的是各個(gè)部件間的相互配合和合理使用。

在惡劣的自然環(huán)境中，在生產(chǎn)的一線，在許多復(fù)雜的情況下，要想保證整個(gè)視覺系統(tǒng)的正常工作，構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)硬件就必須具有很好的耐磨損性和經(jīng)受住各種不可預(yù)料的情況和考驗(yàn)。

隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代生產(chǎn)生活的需要視覺系統(tǒng)正在機(jī)器，特別是智能機(jī)械的飛速發(fā)展，原有的系統(tǒng)硬件已不適應(yīng)新的需要，為此，必須提高硬件的水平和質(zhì)量來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 　

鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構(gòu)就好像電腦的顯示器、電源、主機(jī)（處理器、內(nèi)存條、硬盤、顯卡等）一樣，每一個(gè)構(gòu)成部件都很關(guān)鍵，它們質(zhì)量如果不過關(guān)，整個(gè)機(jī)器就無法正常工作，更別說完成復(fù)雜的工作和給以的任務(wù)了。

視覺系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

視覺系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)至關(guān)重要，在當(dāng)今信息化大趨勢(shì)下，智能控制越來越依靠軟件方面的功用。

視覺系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的課題，不僅要考慮到程序設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，還要考慮到算法的有效性，及其能否實(shí)現(xiàn)，在軟件設(shè)計(jì)的過程中要考慮到可能出現(xiàn)的問題。

視覺系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)完成還要對(duì)其魯棒性進(jìn)行檢測(cè)和提高，以適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境（魯棒性就是系統(tǒng)的健壯性。它是在異常和危險(xiǎn)情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。）

一種視覺導(dǎo)航軟件處理的流程圖

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視覺系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

• 機(jī)器視覺技術(shù)的城市交通預(yù)警系統(tǒng) 　　

• 近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國各大城市內(nèi)部的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到了快速發(fā)展，但是，盡管城市道路越建越寬，立交橋越建越多，交通信號(hào)越來越復(fù)雜，道路的擁擠程度和交通事故的發(fā)生率卻沒有得到明顯的緩解，交通運(yùn)輸業(yè)特別是城市交通承受著越來越大的壓力。

目前，隨著城市交通現(xiàn)代化、智能化的進(jìn)程日益加快，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究也成為新的熱點(diǎn)。關(guān)于智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System；簡稱為ITS）的研究得到了歐洲、美國、日本、加拿大等等很多發(fā)達(dá)國家的廣泛重視，他們紛紛投入巨資應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)的研究，并進(jìn)行了大量的模擬實(shí)驗(yàn)，很多子系統(tǒng)已經(jīng)能夠初步達(dá)到人們所希望的智能化程度。越來越多的事實(shí)已經(jīng)證明，先進(jìn)的ITS將有效地利用現(xiàn)有交通設(shè)施，減少交通負(fù)荷和環(huán)境污染、保證交通安全、提高運(yùn)輸效率、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量，并能夠推動(dòng)社會(huì)信息化及新產(chǎn)業(yè)的形成?；跈C(jī)器視覺技術(shù)的城市交通預(yù)警系統(tǒng)，是先進(jìn)交通管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，是通過根據(jù)交通狀況的變化及早預(yù)警，配合交通管理的智能監(jiān)控系統(tǒng)。

基于機(jī)器視覺技術(shù)的城市交通預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架　

• 系統(tǒng)主要功能模塊簡介：

• 視覺監(jiān)測(cè)：城市交通環(huán)境是實(shí)時(shí)變化的，通過視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將檢測(cè)到的環(huán)境特征值送往信息融合處理器。

• 信息融合處理器：將信息通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法得到輸出結(jié)果。

• 監(jiān)測(cè)預(yù)警：根據(jù)并做出決策，即相應(yīng)調(diào)整實(shí)時(shí)交通信息、信號(hào)控制，以及對(duì)于將要發(fā)生事故或已經(jīng)發(fā)生事故區(qū)域采取緊急救援措施?！?/p>

機(jī)器人視覺

• 機(jī)器人視覺【robot vision】 使機(jī)器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)。

• 機(jī)器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和解釋，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為符號(hào)，讓機(jī)器人能夠辨識(shí)物體，并確定其位置。

• 機(jī)器人視覺廣義上稱為機(jī)器視覺，其基本原理與計(jì)算機(jī)視覺類似。

• 計(jì)算機(jī)視覺研究視覺感知的通用理論，研究視覺過程的分層信息表示和視覺處理各功能模塊的計(jì)算方法。而機(jī)器視覺側(cè)重于研究以應(yīng)用為背景的專用視覺系統(tǒng)，只提供對(duì)執(zhí)行某一特定任務(wù)相關(guān)的景物描述。