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机器人视觉（Robot Vision）简介机器视觉系统的组成机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。
按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。
三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。
所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。
机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。
如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。
机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。
将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。
产品的分类和选择也集成于检测功能中。
下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。
视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。
图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。
数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。
机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。
图像的获取图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成：＊照明＊图像聚焦形成＊图像确定和形成摄像机输出信号1、照明照明和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少3 0%的应用效果。
由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
机器视觉是一个相当新且发展十分迅速的研究领域，目前己成为现代制造业工业的重要研究领域之一。
近年来在机器视觉技术基础上的各项研究及应用不断的发展，针对不同应用情况的特点，形成了不同的基于机器视觉技术的应用系统。
在工业零件制造中，经常需要对半成品或成品或再制造产品进行几何尺寸的检测，一般要求具有较高的检测精度和较快的检测速度。
传统的接触式的人工检测的方法不但繁琐，劳动强度大，而且检测速度较慢，不能消除人为的测量误差。
在检测过程中还可能对物体的表面造成一定的损伤，这些都使得传统检测方法达不到理想的要求。
非接触式的基于机器视觉技术的在线检测方法，以其检测速度快，精度高，测量项目多等特点在工业制造中具有广阔的应用前景。
本文基于工业中圆形再制制造产品的检测要求，对机器视觉的在线工件检测系统进行了深入的分析和研究。
1.1机器视觉1.1.1 机器视觉的概念机器视觉，简单的讲，可以理解为给机器加装上视觉装置，或者是加装有视觉装置的机器。
给机器加装视觉装置的目的，是为了使机器具有类似于人类的视觉功能，从而提高机器的自动化和智能化程度。
由于机器视觉涉及到多个学科和多种技术（包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、电光源照明技术，光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术等），所以给出一个精确的定义是很困难的，而且在这个问题上见仁见智，各人认识也不尽相同。
美国制造工程师协会(SME)机器视觉分会和美国机器人工业协会(RIA)自动化视觉分会关于机器视觉的定义是:"Machine vision is the use of devices for optical non-contact sensing to automatically receive and interpret an image of a real scene in order to obtain information and/or control machines or processes.”译成中文:“机器视觉是使用光学器件进行非接触感知，自动获取和解释一个真实场景的图像，以获取信息或控制机器或过程。
2024 机器视觉的困难与解决措施在2024年，机器视觉技术仍然面临许多困难。
以下是其中一些困难以及相应的解决措施：1. 复杂场景识别：机器视觉系统仍然经常难以识别复杂场景中的对象。
这可能是由于光照条件、遮挡、背景噪声等因素造成的。
解决这个问题的一种方法是使用深度学习算法，通过大规模数据集的训练来提高系统对复杂场景的识别能力。
2. 物体分类和检测：机器视觉系统在对不同类别的物体进行准确分类和检测时，仍然存在较高的误差率。
解决这个问题的方法之一是采用更加先进的感知技术，例如使用差异化特征来增强物体的分类和检测能力。
3. 实时处理：许多机器视觉应用需要实时处理，例如自动驾驶、视频监控等。
然而，实时处理在计算资源和算法效率上仍然存在挑战。
解决这个问题的策略之一是使用专用硬件加速技术，例如图形处理器（GPU）或者专用的深度学习芯片，以提高机器视觉系统的处理速度。
4. 数据隐私和安全：随着机器视觉在各个领域的应用越来越广泛，数据隐私和安全问题变得更加重要。
解决这个问题的一种方法是采用加密技术来保护图像和视频数据的隐私，同时加强对机器学习模型的访问控制和安全性。
5. 人工智能倫理和法规：随着机器视觉的发展，人工智能倫理和法规问题也日益凸显。
例如，机器视觉系统的决策是否具有偏见、应用于监控的合规性等。
解决这个问题的策略之一是加强对机器学习算法的解释性和可解释性研究，以及制定相关的人工智能倫理和法规。
总体而言，要克服2024年机器视觉的困难，需要综合运用深度学习技术、感知技术、硬件加速技术以及数据保护和倫理法规等方面的方法和策略。
同时，还需要进一步推动机器视觉领域的研究和创新，以不断提升机器视觉系统的性能和可靠性。
6. 跨领域应用挑战：机器视觉在医疗、农业、工业等领域的应用需求不断增长，但不同领域的特殊要求和约束也给机器视觉技术带来了挑战。
解决这个问题的一种方法是对机器视觉系统进行定制化和优化，以适应不同领域的需求。
机器视觉检测系统现代工业自动化生产中涉及到各种各样的检验、生产监视和零件识别应用，如汽车零配件批量加工的尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线的元件自动定位、IC上的字符识别等。
通常这种带有高度重复性和智能性的工作是由肉眼来完成的，但在某些特殊情况下，如对微小尺寸的精确快速测量、形状匹配以及颜色辨识等，依靠肉眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难以胜任。
人们开始考虑用CCD照相机抓取图像后送入计算机或专用的图像处理模块，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息来进行尺寸、形状、颜色等的判别。
这种方法是把计算机处理的快速性、可重复性与肉眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉检测技术的概念。
视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。
与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉检测技术重点研究的是物体的几何尺寸及物体的位置测量，如轿车白车身三维尺寸的测量、模具等三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量以及共面性测量等，它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。
视觉检测技术在国外发展很快，早在20世纪80年代，美国国家标准局就曾预计未来90％的检测任务将由视觉检测系统来完成。
因此仅在80年代，美国就有100多家公司跻身于视觉检测系统的经营市场，可见视觉检测系统确实很有发展前途。
在近几届北京国际机床展览会上已经见到国外企业展出的应用视觉检测技术研制的先进仪器，如流动式光学三坐标测量机、高速高精度数字化扫描系统、非接触式光学三坐标测量机等。
2.机器视觉检测系统构成、分类及工作原理2.1 系统构成与工作原理(1)系统构成典型的视觉系统一般包括光源、镜头、CCD照相机、图像处理单元(或图像采集卡)、图像处理软件、监视器、通讯／输入输出单元等。
(2)工作原理视觉系统的输出并非图像视频信号，而是经过运算处理之后的检测结果(如尺寸数据)。
通常，机器视觉检测就是用机器代替肉眼来做测量和判断。
机器视觉系统概念是什么？机器视觉技术是计算机科学的一个重要分支，它涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光学、机械等多个领域。
自起步发展至现在，已经有三十多年的历史。
其功能及应用范围随着工业自动化的发展逐渐完善和推广。
其中特别是CCD工业摄像机、智能相机、ARMFPGA、图像处理和模式识别等技术的快速发展，极大地推动了机器视觉系统的发展。
简言之，机器视觉就是用机器代替人眼来作各种测量和判断。
在生产线上，人来作这类测量和判断会因疲劳，个人之间的差异等等产生误差和错误；但机器却会不知疲倦地，稳定地进行下去。
使用机器视觉的优点为：（1）非接触测量，对观测与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高了系统的可靠性；（2）具有较宽的光谱响应范围，例如使用人眼看不见的红外测量，扩展了人眼的视觉范围；（3）长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。
（4）可以在恶劣环境下工作。
一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下：（1）工件定位检测器探测到物体已运动至接近摄像机视野的中心，向图像采集卡发送触发脉冲；（2）图像采集卡按事先设定的程序和时延，分别向摄像机和照明设备发出起动脉冲；（3）工业摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描；或者摄像机在起动脉冲来到之前处于等待状态，起动脉冲来到后起动一帧扫描；（4）工业摄像机开始新的一帧扫描之前，打开曝光机构，曝光时间可以事先设定；（5）另一个起动脉冲打开灯光照明，灯光开启时间应与摄像机曝光时间匹配；（6）工业摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出；（7）图像采集卡接收模拟视频信号并通过A/D将其数字化，或者直接接收工业摄像机数字化之后的数字视频，近几年来由于科技的迅猛发展，图像采集卡这种模拟信号转数字信号的形式已渐渐被工业数字摄像机所代替，工业数字摄像机自带I/O,可直接外触发，拥有完整的SDK开发包，功能强大，笔者使用过MV-EM系列千兆网工业数字相机，如果大家有兴趣可以关注了解一下工业数字相机的基本构成及用途；（8）图像采集卡将数字图像放到处理器或者计算机的内存中；（9）处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果，或逻辑控制值；（10）处理结果控制流水线的动作；或进行定位，纠正运动的误差等。
比较深度学习和浅层学习技术在机器视觉算法中的优缺点机器视觉在近年来的发展中逐渐成为了计算机视觉、人工智能等领域的研究热点。
深度学习技术是机器视觉中的重要分支，它可以对大量数据进行自动化的特征提取和分类，拥有很强的学习能力和较高的准确率。
但是，浅层学习技术在一些场景下，仍有着不亚于深度学习的优势。
本文将比较深度学习和浅层学习技术在机器视觉算法中的优缺点，以期为读者提供有用的参考。
一、深度学习技术深度学习技术是一种基于多层神经网络的机器学习方法，被广泛应用于图像识别、语音识别、自然语言处理等领域。
与传统的浅层学习技术不同，深度学习技术通过层次化的结构，可以自动地对数据进行特征提取和分类，从而实现高效准确的图像识别和分类等任务。
1. 优点（1）高准确率：深度学习技术可以通过对几十万甚至百万级别的训练数据进行反向传播，不断优化网络结构和权重，从而获得非常高的准确率。
（2）自动化的特征提取：相比传统的机器学习方法，深度学习技术能够自动地对数据进行特征提取和学习，无需由人工去进行手动特征提取。
（3）可拓展性：深度学习技术可以通过增加层数和节点数，不断提高网络的拟合能力和泛化能力，适用于各种大小的数据集。
2. 缺点（1）需要大量数据和计算资源：深度学习技术需要大量的数据和计算资源来进行训练，这意味着需要较高的成本。
（2）对模型结构和调参要求较高：深度学习技术需要针对不同的任务和数据集设计合适的模型结构和调参策略，这意味着需要丰富的经验和深度的理解才能取得好的结果。
（3）黑箱模型：深度学习技术的网络结构较为复杂，不易解释网络的结构和特征提取过程，使得其模型成为黑箱模型。
二、浅层学习技术与深度学习技术不同，浅层学习技术通常是基于感知机、支持向量机等传统机器学习方法实现的，具有一定的抗干扰性和可解释性。
在某些场景下，浅层学习技术仍然有着优秀的表现。
1. 优点（1）抗干扰性：浅层学习技术通常对数据的噪声和变化具有一定的抗干扰性。
工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，这也让越来越多的人对它产生浓厚的兴趣。
机器视觉的定义：机器视觉就是使用光学非接触式感应设备自动接收并解释真实场景的图像以获得信息控制机器或流程。
机器视觉的优势究竟有哪些？
虽然人类视觉最擅长于对复杂、非结构化的场景进行定性解释，但机器视觉则凭借速度、精度和可重复性等优势，擅长于对结构化场景进行定量测量，举例来说，在生产线上，机器视觉系统每分钟能够对数百个甚至数千个元件进行检测。
配备适当分辨率的相机和光学元件后，机器视觉系统能够轻松检验小到人眼无法看到的物品细节特征。
另外，由于消除了检验系统与被检验元件之间的直接接触，机器视觉还能够防止元件损坏，也避免了机械部件磨损的维护时间和成本投入。
通过减少制造过程中的人工参与，机器视觉还带来了额外的安全性和操作优势。
此外，机器视觉还能够防止洁净室受到人为污染，也能让工人免受危险环境的威胁。
机器视觉系统的分类
•智能相机
•基于嵌入式
•基于PC
机器视觉系统的组成
•图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台
•图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
•判决执行：电传单元、机械单元
以上就是相关内容的介绍，供大家参考了解一下，如有这方面的兴趣或需要，可以咨询一下南京矽景自动化技术有限公司了解更多详情。
解读机器视觉系统解析及优缺点在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件识别应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元件自动定位，IC上的字符识别等。
通常人眼无法连续、稳定地完成这些带有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。
由此人们开始考虑利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。
这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念。
一个成功的机器视觉系统是一个经过细致工程处理来满足一系列明确要求的系统。
当这些要求完全确定后，这个系统就设计并建立来满足这些精确的要求。
机器视觉的优点包括以下几点：■精度高作为一个精确的测量仪器，设计优秀的视觉系统能够对一千个或更多部件的一个进行空间测量。
因为此种测量不需要接触，所以对脆弱部件没有磨损和危险。
■连续性视觉系统可以使人们免受疲劳之苦。
因为没有人工操作者，也就没有了人为造成的操作变化。
多个系统可以设定单独运行。
■成本效率高随着计算机处理器价格的急剧下降，机器视觉系统成本效率也变得越来越高。
一个价值10000美元的视觉系统可以轻松取代三个人工探测者，而每个探测者每年需要20000美元的工资。
另外，视觉系统的操作和维持费用非常低。
■灵活性视觉系统能够进行各种不同的测量。
当应用变化以后，只需软件做相应变化或者升级以适应新的需求即可。
许多应用满意过程控制（SPC）的公司正在考虑应用机器视觉系统来传递持续的、协调的和精确的测量SPC命令。
在SPC中，制造参数是被持续监控的。
整个过程的控制就是要保证这些参数在一定的范围内。
这使制造者在生产过程失去控制或出现坏部件时能够调节过程参数。
机器视觉系统比光学或机器传感器有更好的可适应性。
它们使自动机器具有了多样性、灵活性和可重组性。
当需要改变生产过程时，对机器视觉来说“工具更换”仅仅是软件的变换而不是更换昂贵的硬件。
当生产线重组后，视觉系统往往可以重复使用机器视觉系统的构成机器视觉技术用计算机来分析一个图像，并根据分析得出结论。
现今机器视觉有两种应用。
机器视觉系统可以探测部件，在此光学器件允许处理器更精确的观察目标并对哪些部件可以通过哪些需要废弃做出有效的决定；机器视觉也可以用来创造一个部件，即运用复杂光学器件和软件相结合直接指导制造过程。
尽管机器视觉应用各异，但都包括以下几个过程；■图像采集光学系统采集图像，图像转换成模拟格式并传入计算机存储器。
■图像处理处理器运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素。
■特性提取处理器识别并量化图像的关键特性，例如印刷电路板上洞的位置或者连接器上引脚的个数。
然后这些数据传送到控制程序。
■判决和控制处理器的控制程序根据收到的数据做出结论。
例如：这些数据包括印刷电路板上的洞是否在要求规格以内或者一个自动机器如何必须移动去拾取某一部件。
机器视觉系统解析典型的视觉系统一般包括：光源、光学系统，相机、图像处理单元（或图像采集卡）、图像分析处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。
图像采集图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的数据，它直接影响到系统的稳定性及可靠性。
一般利用光源、光学系统，相机、图像处理单元（或图像捕获卡）获取被测物体的图像。
■光源光源和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。
由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。
许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。
常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。
但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。
以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。
因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。
另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。
由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。
由光源构成的照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。
其中，背向照明是被测物放在光源和相机之间，它的优点是能获得高对比度的图像；前向照明是光源和相机位于被测物的同侧，这种方式便于安装；结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息；频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，要求相机的扫描速度与光源的频闪速度同步。
■光学系统对于机器视觉系统来说,图像是唯一的信息来源，而图像的质量是由光学系统的恰当选择来决定。
通常，由于图像质量差引起的误差不能用软件纠正。
机器视觉技术把光学部件和成像电子结合在一起，并通过计算机控制系统来分辨、测量、分类和探测正在通过自动处理系统的部件。
机器视觉系统通常能快到100%的探测所处理的产品而不会降低生产线的速度。
由于越来越多的制造商正需要“6-sigma“（小于百万分之三的有效单位）结果，以便能够在当今质量意识很强的市场中更有竞争力，这种能力显得非常重要。
另外，这些系统能够与满意过程控制（SPC）非常理想的配合。
光学系统的主要参数与图像传感器的光敏面的格式有关，一般包括：光圈、视场、焦距、F数等。
■相机相机是实际上是一个光电转换装置，即将图像传感器所接收到的光学图像，转化为计算机所能处理的电信号。
光电转换器件是构成相机的核心器件。
目前，典型的光电转换器件为真空摄像管、CCD、CMOS图像传感器等。
真空电视摄像管由密封在玻璃管罩内的摄像靶、电子枪两部分组成。
摄像靶将输入光学图像的光照度分布转换为靶面相应象素电荷的二维空间分布，主要完成光电转换和电荷存贮任务；电子枪则完成图像信号的扫描拾取过程。
电视摄像管型成像系统具有高清晰度、高灵敏度、宽光谱和高帧速成像等特点。
但由于电视摄像管属于真空管器件，其重量、体积及功耗均较大。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
下图为CCD相机的原理框图。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初。
90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部象素的编程随机访问的优点。
目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、宽动态范围和输出图像几乎无拖影等特点而得到广泛应用。
图像的处理和分析在机器视觉系统中，相机的主要功能光敏元所接收到的光信号转换为电压的幅值信号输出。
若要得到被计算机处理与识别的数字信号，还需对视频信息进行量化处理。
图像采集卡是进行视频信息量化处理的重要工具。
■图像采集／处理卡图像采集卡主要完成对模拟视频信号的数字化过程。
视频信号首先经低通滤波器滤波，转换为在时间上连续的模拟信号；按照应用系统对图像分辨率的要求，得用采样/保持电路对边疆的视频信号在时间上进行间隔采样，把视频信号转换为离散的模拟信号；然后再由A/D转换器转变为数字信号输出。
而图像采集／处理卡在具有模数转换功能的同时，还具有对视频图像分析、处理功能，并同时可对相机进行有效的控制。
■图像处理处理软件机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。
经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。
机器视觉系统的应用机器视觉系统是实现仪器设备精密控制、智能化、自动化有有效途径，堪称现代工业生产的“机器眼睛”。
其最大优点为：（１）实现非接触测量。
对观测与被观测者都不会产生任何损伤，从而提高了系统的可靠性；（２）具有较宽的光谱响应范围。
机器视觉则可以利用专用的光敏元件，可以观察到人类无法看到的世界，从而扩展了人类的视觉范围。
（３）长时间工作。
人类难以长时间地对同一对象进行观察。
机器视觉系统则可以长时间地执行观测、分析与识别任务,并可应用于恶劣的工作环境。
