機(jī)器视觉檢測基于機(jī)器视觉的(de)檢測方(fāng)法(fǎ)
浏覽次(cì)數：5289 發(fà)布(bù)时(shí)間(jiān)：2021-06-21 16:40:54一(yī)、機(jī)器视觉系(xì)統
機(jī)器视觉系(xì)統是(shì)指利用(yòng)機(jī)器替代(dài)人眼(yǎn)做出(chū)各(gè)種(zhǒng)測量(liàng)和(hé)判斷。機(jī)器视觉是(shì)工程領域和(hé)科學(xué)領域中(zhōng)的(de)一(yī)个(gè)非(fēi)常重(zhòng)要(yào)的(de)研究領域，它(tā)是(shì)一(yī)門(mén)涉及(jí)光(guāng)學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、模式識别、图(tú)像處(chù)理、人工智能、信(xìn)号(hào)處(chù)理以(yǐ)及(jí)光(guāng)電(diàn)一(yī)體(tǐ)化(huà)等多(duō)个(gè)領域的(de)綜合性(xìng)學(xué)科，其(qí)能以(yǐ)及(jí)應(yìng)用(yòng)範圍随着工業自(zì)動(dòng)化(huà)的(de)發(fà)展(zhǎn)逐漸完善和(hé)推廣，其(qí)中(zhōng)母子图(tú)像傳感(gǎn)器、CMOS和(hé)CCD攝像機(jī)、DSP、ARM嵌入式技術(shù)、图(tú)像處(chù)理和(hé)模式識别等技術(shù)的(de)快速發(fà)展(zhǎn)，有(yǒu)力地(dì)推動(dòng)了(le)機(jī)器视觉的(de)發(fà)展(zhǎn)。
機(jī)器视觉是(shì)一(yī)種(zhǒng)比較複雜的(de)系(xì)統。因(yīn)为(wèi)大(dà)多(duō)數系(xì)統監控对(duì)象(xiàng)都是(shì)運動(dòng)物(wù)體(tǐ)，系(xì)統與(yǔ)運動(dòng)物(wù)體(tǐ)的(de)匹配和(hé)協調動(dòng)作尤为(wèi)重(zhòng)要(yào)，所(suǒ)以(yǐ)給(gěi)系(xì)統各(gè)部分(fēn)的(de)動(dòng)作时(shí)間(jiān)和(hé)處(chù)理速度(dù)带(dài)来(lái)了(le)嚴格的(de)要(yào)求。在某些(xiē)應(yìng)用(yòng)領域，例如(rú)機(jī)器人、飛行物(wù)體(tǐ)導致(zhì)等，对(duì)整个(gè)系(xì)統或(huò)者(zhě)系(xì)統的(de)一(yī)部分(fēn)的(de)重(zhòng)量(liàng)、體(tǐ)積和(hé)功耗都会(huì)有(yǒu)嚴格的(de)要(yào)求。
機(jī)器视觉系(xì)統的(de)構成(chéng)和(hé)工作过(guò)程
一(yī)个(gè)完整的(de)機(jī)器视觉系(xì)統包(bāo)括：照明(míng)光(guāng)源、光(guāng)學(xué)鏡(jìng)头(tóu)、CCD攝相機(jī)、图(tú)像采集卡、图(tú)像檢測软(ruǎn)件(jiàn)、監视器、通(tòng)訊單元(yuán)等。
工業機(jī)器视觉系(xì)統的(de)工作过(guò)程主(zhǔ)要(yào)如(rú)下(xià)：
1、當傳感(gǎn)器探測到(dào)被(bèi)檢測物(wù)體(tǐ)接近(jìn)運動(dòng)至(zhì)攝像機(jī)的(de)拍攝中(zhōng)心(xīn)，将觸發(fà)脈沖發(fà)送給(gěi)图(tú)像采集卡；
2、图(tú)像采集卡根(gēn)據(jù)已設定(dìng)的(de)程序和(hé)延时(shí)，将啟動(dòng)脈沖分(fēn)别發(fà)送給(gěi)照明(míng)系(xì)統和(hé)攝像機(jī)；
3、一(yī)个(gè)啟動(dòng)脈沖送給(gěi)攝像機(jī)，攝像機(jī)結束(shù)當前(qián)的(de)拍照，重(zhòng)新(xīn)開(kāi)始(shǐ)一(yī)副新(xīn)的(de)拍照，或(huò)者(zhě)在啟動(dòng)脈沖到(dào)来(lái)前(qián)攝像機(jī)處(chù)于等待狀态，檢測到(dào)啟動(dòng)脈沖後(hòu)啟動(dòng)，在開(kāi)始(shǐ)新(xīn)的(de)一(yī)副拍照前(qián)攝像機(jī)打(dǎ)開(kāi)曝光(guāng)構件(jiàn)（曝光(guāng)时(shí)間(jiān)事(shì)先(xiān)設定(dìng)好(hǎo)）；另(lìng)一(yī)个(gè)啟動(dòng)脈沖送給(gěi)光(guāng)源，光(guāng)源的(de)打(dǎ)開(kāi)时(shí)間(jiān)需要(yào)與(yǔ)攝像機(jī)的(de)曝光(guāng)时(shí)間(jiān)匹配；攝像機(jī)掃描和(hé)輸出(chū)一(yī)幅图(tú)像；
4、图(tú)像采集卡接收(shōu)信(xìn)号(hào)並(bìng)通(tòng)过(guò)A/D轉(zhuǎn)換将模拟信(xìn)号(hào)數字(zì)化(huà)，或(huò)者(zhě)是(shì)直(zhí)接接收(shōu)攝像機(jī)數字(zì)化(huà)後(hòu)的(de)數字(zì)视頻數據(jù)；
5、图(tú)像采集卡将數字(zì)图(tú)像存儲在計(jì)算機(jī)的(de)內(nèi)存中(zhōng)；
6、計(jì)算機(jī)对(duì)图(tú)像進(jìn)行處(chù)理、分(fēn)析和(hé)識别，获得檢測結果(guǒ)；
7、處(chù)理結果(guǒ)控制流水(shuǐ)線(xiàn)的(de)動(dòng)作、進(jìn)行定(dìng)位、糾正(zhèng)運動(dòng)的(de)誤差等。
二(èr)、機(jī)器视觉相關(guān)技術(shù)
1、图(tú)像采集技術(shù)——機(jī)器视觉的(de)基礎
图(tú)像采集部分(fēn)一(yī)般由光(guāng)源、鏡(jìng)头(tóu)、數字(zì)攝像機(jī)和(hé)图(tú)像采集卡構成(chéng)。采集过(guò)程可(kě)簡單描述为(wèi)在光(guāng)源提(tí)供照明(míng)的(de)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)，數字(zì)攝像機(jī)拍攝目标(biāo)物(wù)體(tǐ)並(bìng)将其(qí)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)图(tú)像信(xìn)号(hào)，最(zuì)後(hòu)通(tòng)过(guò)图(tú)像采集卡傳輸給(gěi)图(tú)像處(chù)理部分(fēn)。在設計(jì)图(tú)像采集部分(fēn)时(shí)，要(yào)考慮到(dào)多(duō)方(fāng)面(miàn)的(de)問(wèn)題(tí)，主(zhǔ)要(yào)是(shì)關(guān)于數字(zì)攝像機(jī)、图(tú)像采集卡和(hé)光(guāng)源方(fāng)面(miàn)的(de)問(wèn)題(tí)。
（1）光(guāng)源照明(míng)
照明(míng)是(shì)影響機(jī)器视觉系(xì)統輸入的(de)重(zhòng)要(yào)因(yīn)素，其(qí)直(zhí)接影響輸入數據(jù)的(de)質(zhì)量(liàng)和(hé)應(yìng)用(yòng)效果(guǒ)。到(dào)目前(qián)为(wèi)止，還(huán)未有(yǒu)哪種(zhǒng)機(jī)器视觉照明(míng)設備能通(tòng)用(yòng)各(gè)種(zhǒng)應(yìng)用(yòng)，因(yīn)此(cǐ)在實(shí)際應(yìng)用(yòng)中(zhōng)，需針(zhēn)对(duì)應(yìng)用(yòng)選擇相應(yìng)的(de)照明(míng)設備以(yǐ)滿足特(tè)定(dìng)需求。
照明(míng)系(xì)統按其(qí)照射方(fāng)法(fǎ)可(kě)分(fēn)为(wèi):背向(xiàng)照明(míng)、前(qián)向(xiàng)照明(míng)、結構光(guāng)和(hé)頻閃光(guāng)照明(míng)等。其(qí)中(zhōng)，背向(xiàng)照明(míng)是(shì)指将被(bèi)測物(wù)放(fàng)在光(guāng)源和(hé)攝像機(jī)之間(jiān)，以(yǐ)提(tí)高(gāo)图(tú)像的(de)对(duì)比度(dù)。前(qián)向(xiàng)照明(míng)是(shì)光(guāng)源和(hé)攝像機(jī)位于被(bèi)測物(wù)的(de)同(tóng)側，其(qí)優點(diǎn)是(shì)便于安(ān)裝(zhuāng)。結構光(guāng)照明(míng)是(shì)将光(guāng)栅或(huò)線(xiàn)光(guāng)源等投射到(dào)被(bèi)測物(wù)上(shàng)，並(bìng)根(gēn)據(jù)其(qí)産生(shēng)的(de)畸變(biàn)，解(jiě)調出(chū)被(bèi)測物(wù)的(de)三(sān)维信(xìn)息。頻閃光(guāng)照明(míng)是(shì)将高(gāo)頻率的(de)光(guāng)脈沖照射到(dào)物(wù)體(tǐ)上(shàng)，攝像機(jī)拍攝要(yào)求與(yǔ)光(guāng)源同(tóng)。
（2）光(guāng)學(xué)攝像头(tóu)
光(guāng)學(xué)攝像头(tóu)的(de)任务就(jiù)是(shì)進(jìn)行光(guāng)學(xué)成(chéng)像，一(yī)般在測量(liàng)領域都又專門(mén)的(de)用(yòng)于測量(liàng)的(de)攝像鏡(jìng)头(tóu)，因(yīn)为(wèi)其(qí)对(duì)成(chéng)像質(zhì)量(liàng)有(yǒu)着關(guān)键性(xìng)的(de)作用(yòng)。攝像头(tóu)需要(yào)注意(yì)的(de)一(yī)个(gè)問(wèn)題(tí)是(shì)畸變(biàn)。这(zhè)个(gè)就(jiù)需要(yào)使用(yòng)相應(yìng)的(de)畸變(biàn)校(xiào)正(zhèng)方(fāng)法(fǎ)，目前(qián)也(yě)開(kāi)發(fà)出(chū)了(le)很多(duō)自(zì)動(dòng)畸變(biàn)自(zì)動(dòng)校(xiào)正(zhèng)系(xì)統。
（3）CCD攝像機(jī)及(jí)图(tú)像采集卡
CCD(ChargeCoupledDevice)攝像機(jī)及(jí)图(tú)像采集卡共(gòng)同(tóng)完成(chéng)对(duì)目标(biāo)图(tú)像的(de)采集與(yǔ)數字(zì)化(huà)。目前(qián)CCD，CMOS等固體(tǐ)器件(jiàn)的(de)應(yìng)用(yòng)技術(shù)，線(xiàn)阵(zhèn)图(tú)型敏感(gǎn)器件(jiàn)，像元(yuán)尺寸(cùn)不斷減小，阵(zhèn)列像元(yuán)數量(liàng)不斷增加，像元(yuán)電(diàn)荷傳輸速率也(yě)得到(dào)大(dà)幅提(tí)高(gāo)。在基于PC機(jī)的(de)機(jī)器视觉系(xì)統中(zhōng)，图(tú)像采集卡是(shì)控制攝像機(jī)拍照来(lái)完成(chéng)图(tú)像的(de)采集與(yǔ)數字(zì)化(huà)，並(bìng)協調整个(gè)系(xì)統的(de)重(zhòng)要(yào)設備。
图(tú)像采集卡直(zhí)接決定(dìng)了(le)攝像头(tóu)的(de)接口(kǒu)为(wèi)：黑(hēi)白(bái)、彩色(sè)、模拟、數字(zì)等形式。
2、图(tú)像處(chù)理與(yǔ)分(fēn)析——機(jī)器视觉的(de)核心(xīn)
用(yòng)于機(jī)器视觉的(de)图(tú)像處(chù)理與(yǔ)分(fēn)析方(fāng)法(fǎ)的(de)核心(xīn)是(shì)，解(jiě)決目标(biāo)的(de)檢測識别問(wèn)題(tí)。當所(suǒ)需要(yào)識别的(de)目标(biāo)比較複雜时(shí)，就(jiù)需要(yào)通(tòng)过(guò)幾(jǐ)个(gè)环(huán)节，從不同(tóng)的(de)側面(miàn)綜合来(lái)實(shí)現(xiàn)。
对(duì)目标(biāo)進(jìn)行識别提(tí)取(qǔ)的(de)时(shí)候，首先(xiān)是(shì)要(yào)考慮如(rú)何自(zì)動(dòng)地(dì)将目标(biāo)物(wù)從背景中(zhōng)分(fēn)離出(chū)来(lái)。目标(biāo)物(wù)提(tí)取(qǔ)的(de)複雜性(xìng)一(yī)般就(jiù)在于目标(biāo)物(wù)與(yǔ)非(fēi)目标(biāo)物(wù)的(de)特(tè)征差异(yì)不是(shì)很大(dà)，在确定(dìng)了(le)目标(biāo)提(tí)取(qǔ)方(fāng)案(àn)後(hòu)，就(jiù)需要(yào)对(duì)目标(biāo)特(tè)征進(jìn)行增強(qiáng)。
随着計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電(diàn)子技術(shù)以(yǐ)及(jí)大(dà)規模集成(chéng)電(diàn)路(lù)的(de)發(fà)展(zhǎn)，图(tú)像信(xìn)息處(chù)理工作越来(lái)越多(duō)地(dì)借(jiè)助硬(yìng)件(jiàn)完成(chéng)，如(rú)DSP芯片(piàn)、專用(yòng)的(de)图(tú)像信(xìn)号(hào)處(chù)理卡等。软(ruǎn)件(jiàn)部分(fēn)主(zhǔ)要(yào)用(yòng)来(lái)完成(chéng)算法(fǎ)中(zhōng)並(bìng)不成(chéng)熟又較複雜或(huò)需不斷完善改進(jìn)的(de)部分(fēn)。这(zhè)一(yī)方(fāng)面(miàn)提(tí)高(gāo)了(le)系(xì)統的(de)實(shí)时(shí)性(xìng)，同(tóng)时(shí)又降低(dī)了(le)系(xì)統的(de)複雜度(dù)。
三(sān)、機(jī)器视觉的(de)應(yìng)用(yòng)與(yǔ)優勢
1、機(jī)器视觉技術(shù)的(de)應(yìng)用(yòng)範圍
（1）在工業檢測方(fāng)面(miàn)
近(jìn)幾(jǐ)十(shí)年(nián)来(lái)，在工業檢測中(zhōng)利用(yòng)视觉系(xì)統的(de)非(fēi)接觸、速度(dù)快、精度(dù)合适、現(xiàn)场(chǎng)抗干(gàn)扰能力強(qiáng)等突出(chū)的(de)優點(diǎn)，使機(jī)器视觉技術(shù)得到(dào)了(le)廣泛的(de)應(yìng)用(yòng)，取(qǔ)得了(le)巨大(dà)的(de)經(jīng)濟與(yǔ)社会(huì)效益。
自(zì)動(dòng)视觉識别檢測目前(qián)已經(jīng)用(yòng)于産品外形和(hé)表(biǎo)面(miàn)缺陷檢验(yàn)，如(rú)木(mù)材加工檢測、金(jīn)屬表(biǎo)面(miàn)视觉檢測、二(èr)极(jí)管(guǎn)基片(piàn)檢查、印(yìn)刷電(diàn)路(lù)闆缺陷檢查、焊縫缺陷自(zì)動(dòng)識别等。这(zhè)些(xiē)檢測識别系(xì)統屬于二(èr)维機(jī)器视觉，技術(shù)已經(jīng)較为(wèi)成(chéng)熟，其(qí)基本(běn)流程是(shì)用(yòng)一(yī)个(gè)攝像機(jī)获取(qǔ)图(tú)像，对(duì)所(suǒ)获取(qǔ)的(de)图(tú)像進(jìn)行處(chù)理及(jí)模式識别，檢測出(chū)所(suǒ)需的(de)內(nèi)容。
（2）在醫學(xué)上(shàng)的(de)應(yìng)用(yòng)
在醫學(xué)領域，機(jī)器视觉主(zhǔ)要(yào)用(yòng)于醫學(xué)輔助診斷。首先(xiān)采集核磁共(gòng)振、超聲波(bō)、激光(guāng)、Ｘ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)等对(duì)人體(tǐ)檢查記(jì)录(lù)的(de)图(tú)像，再利用(yòng)數字(zì)图(tú)像處(chù)理技術(shù)、信(xìn)息融合技術(shù)对(duì)这(zhè)些(xiē)醫學(xué)图(tú)像進(jìn)行分(fēn)析、描述和(hé)識别，最(zuì)後(hòu)得出(chū)相關(guān)信(xìn)息，对(duì)輔助醫生(shēng)診斷人體(tǐ)病源大(dà)小、形狀和(hé)异(yì)常，並(bìng)進(jìn)行有(yǒu)效治療發(fà)揮了(le)重(zhòng)要(yào)的(de)作用(yòng)。不同(tóng)醫學(xué)影像設備得到(dào)的(de)是(shì)不同(tóng)特(tè)性(xìng)的(de)生(shēng)物(wù)組織图(tú)像，如(rú)Ｘ射線(xiàn)反(fǎn)映的(de)是(shì)骨(gǔ)骼組織，核磁共(gòng)振影像反(fǎn)映的(de)是(shì)有(yǒu)機(jī)組織图(tú)像，而(ér)醫生(shēng)往往需要(yào)考慮骨(gǔ)骼有(yǒu)機(jī)組織的(de)關(guān)系(xì)，因(yīn)而(ér)需要(yào)利用(yòng)數字(zì)图(tú)像處(chù)理技術(shù)将两(liǎng)種(zhǒng)图(tú)像适當地(dì)疊加起(qǐ)来(lái)，以(yǐ)便于醫學(xué)分(fēn)析。
（3）交通(tòng)監控領域中(zhōng)的(de)應(yìng)用(yòng)
智能交通(tòng)監控領域中(zhōng)，在重(zhòng)要(yào)的(de)十(shí)字(zì)路(lù)口(kǒu)安(ān)放(fàng)攝像头(tóu)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)利用(yòng)攝像头(tóu)的(de)快速拍照功能，實(shí)現(xiàn)对(duì)違章(zhāng)、逆行等車牌(pái)的(de)車牌(pái)進(jìn)行自(zì)動(dòng)識别、存貯，以(yǐ)便相關(guān)的(de)工作人員進(jìn)行查看(kàn)。
（4）在桥梁(liáng)檢測領域中(zhōng)的(de)應(yìng)用(yòng)
人工檢測法(fǎ)和(hé)桥檢車法(fǎ)都是(shì)依靠人工用(yòng)肉(ròu)眼(yǎn)对(duì)桥梁(liáng)表(biǎo)面(miàn)進(jìn)行檢測，其(qí)速度(dù)慢(màn)，效率低(dī)，漏檢率高(gāo)，實(shí)时(shí)性(xìng)差，影響交通(tòng)，存在安(ān)全(quán)隐患，很難大(dà)幅應(yìng)用(yòng)；無損檢測包(bāo)括激光(guāng)檢測、超聲波(bō)檢測以(yǐ)及(jí)聲發(fà)射檢測等多(duō)種(zhǒng)檢測技術(shù)，它(tā)们(men)儀器昂貴，測量(liàng)範圍小，不能滿足日(rì)益發(fà)展(zhǎn)的(de)桥梁(liáng)檢測要(yào)求；智能化(huà)檢測有(yǒu)基于導電(diàn)性(xìng)材料的(de)混凝土(tǔ)裂縫分(fēn)布(bù)式自(zì)動(dòng)檢測系(xì)統和(hé)智能混凝土(tǔ)技術(shù)，也(yě)有(yǒu)最(zuì)前(qián)沿的(de)基于機(jī)器视觉的(de)檢測方(fāng)法(fǎ)。導電(diàn)性(xìng)材料技術(shù)雖(suī)然使用(yòng)方(fāng)便，設備簡單，成(chéng)本(běn)低(dī)廉，但是(shì)均需要(yào)事(shì)先(xiān)在混凝土(tǔ)結構上(shàng)塗刷或(huò)者(zhě)埋設導電(diàn)性(xìng)材料進(jìn)行檢測，而(ér)且(qiě)智能混凝土(tǔ)技術(shù)還(huán)無法(fǎ)确定(dìng)裂縫位置、裂縫宽(kuān)度(dù)等一(yī)系(xì)列問(wèn)題(tí)距實(shí)用(yòng)化(huà)還(huán)有(yǒu)較长(cháng)的(de)距離；而(ér)基于機(jī)器视觉的(de)檢測方(fāng)法(fǎ)是(shì)利用(yòng)CCD相機(jī)获取(qǔ)桥梁(liáng)表(biǎo)觀图(tú)片(piàn)，然後(hòu)運用(yòng)計(jì)算機(jī)處(chù)理後(hòu)自(zì)動(dòng)識别出(chū)裂縫图(tú)像，並(bìng)從背景中(zhōng)分(fēn)離出(chū)来(lái)然後(hòu)進(jìn)行裂縫參數的(de)計(jì)算的(de)方(fāng)法(fǎ)，它(tā)具有(yǒu)便捷、直(zhí)觀、精确、非(fēi)接觸、再現(xiàn)性(xìng)好(hǎo)、适應(yìng)性(xìng)強(qiáng)、靈活性(xìng)高(gāo)、成(chéng)本(běn)低(dī)廉的(de)優點(diǎn)，能解(jiě)放(fàng)勞動(dòng)力，排除人为(wèi)干(gàn)扰，具有(yǒu)很好(hǎo)的(de)應(yìng)用(yòng)前(qián)景。
據(jù)統計(jì)，混凝土(tǔ)桥梁(liáng)的(de)損壞有(yǒu)90%以(yǐ)上(shàng)都是(shì)由裂縫引起(qǐ)的(de)，因(yīn)此(cǐ)对(duì)桥梁(liáng)的(de)健康檢測主(zhǔ)要(yào)是(shì)对(duì)桥梁(liáng)表(biǎo)觀的(de)裂縫進(jìn)行檢測與(yǔ)測量(liàng)。基
