引言

       隨著我國工業(yè)持續(xù)發(fā)展，工業(yè)主導(dǎo)地位不斷提高，我國的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從勞動(dòng)密集型逐漸轉(zhuǎn)向技術(shù)、知識(shí)密集型，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)能也逐漸從要素驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向效率驅(qū)動(dòng)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。與此同時(shí)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，人民的生產(chǎn)生活將愈來愈智能化。為建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國，提高工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)增長再創(chuàng)新的高度。我國工業(yè)生產(chǎn)的智能化水平仍然是工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重要的研究點(diǎn)，未來工業(yè)智能化的發(fā)展尤為重要。

       近年來，隨著工業(yè)智能化的迅速發(fā)展，具有便捷性、精確性、迅速性、智能化等優(yōu)點(diǎn)的機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域，其作為一種現(xiàn)代化檢測(cè)手段，越來越受到人們的重視。機(jī)器視覺技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、信號(hào)處理、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、光學(xué)、自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域。機(jī)器視覺通過光學(xué)設(shè)備和傳感器獲取到目標(biāo)物體的圖像信息，然后將圖像信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信息，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)顯示在電子屏幕上或者通過控制單元指導(dǎo)機(jī)器完成任務(wù)。機(jī)器視覺偏重于信息技術(shù)工程化和自動(dòng)化，但又構(gòu)建在計(jì)算機(jī)技術(shù)視覺效果方法論的基礎(chǔ)上，它的重點(diǎn)是感知目標(biāo)物體的位置信息、大小形態(tài)、顏色信息及存在狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。

     

       本文主要通過論述機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)智能化中的應(yīng)用，分析機(jī)器視覺的優(yōu)點(diǎn)及現(xiàn)如今存在的問題，并針對(duì)問題提出解決性的方法，進(jìn)而剖析機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)智能化生產(chǎn)上的發(fā)展趨勢(shì)及方向，期望能為現(xiàn)代化的智能工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供借鑒。

機(jī)器視覺的研究與發(fā)展

       機(jī)器視覺的概念始于20世紀(jì)50年代，最先應(yīng)用于“機(jī)器人”的研制。通過機(jī)器視覺傳感器采集圖像信息并處理，進(jìn)而通過計(jì)算估計(jì)下一步的位置來控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
       20世紀(jì)50年代：機(jī)器視覺的研究主要集中在二維圖像的簡單分析和識(shí)別上，像字符，工件、圖片的分析和處理等，多用于航天、工業(yè)的制造與研究。
       20世紀(jì)60年代：利用計(jì)算機(jī)程序從數(shù)字圖像中提取出諸如立方體、楔形體、棱柱體等多面體的三維結(jié)構(gòu)，提出基于機(jī)器視覺的多面體零件特征提取技術(shù)，進(jìn)而為識(shí)別三維物體和三維計(jì)算機(jī)視覺研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
       20世紀(jì)70年代：這個(gè)時(shí)期才有人首次提出較為完整的機(jī)器視覺理論，也陸續(xù)出現(xiàn)了一些視覺應(yīng)用系統(tǒng)．簡單的視覺應(yīng)用系統(tǒng)小部分的代替人工生產(chǎn)，讓工業(yè)生產(chǎn)逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展。
       20世紀(jì)80年代：機(jī)器視覺技術(shù)在這個(gè)時(shí)期獲得蓬勃發(fā)展，隨著一些新概念、新方法、新理論的不斷涌現(xiàn)。機(jī)器視覺技術(shù)也不斷和其他技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生新的生產(chǎn)方式應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器視覺也逐漸被人們熟知和應(yīng)用，使其工業(yè)生產(chǎn)中掀起新的生產(chǎn)浪潮。
       20世紀(jì)90年代：機(jī)器視覺技術(shù)開始應(yīng)用于零部件的裝配。同時(shí)，這一時(shí)期有人提出將機(jī)器視覺和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械零件表面粗糙度的非接觸測(cè)量。這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)讓眾多機(jī)械零件表面的檢測(cè)得到了應(yīng)用，代替了人工檢測(cè)，提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，讓眾多工人的雙手和雙眼從工廠生產(chǎn)中解放出來。

        21世紀(jì)：現(xiàn)如今，機(jī)器視覺的發(fā)展已相對(duì)成熟，很多企業(yè)借助機(jī)器視覺的優(yōu)點(diǎn)將其大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。現(xiàn)如今的時(shí)代是智能化的時(shí)代，現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)也不斷追求自動(dòng)化以及機(jī)械化，倡導(dǎo)將傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)解放出來，越來越多的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)智能化方面做的相當(dāng)出色。機(jī)器視覺技術(shù)作為工業(yè)智能化生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)，也不斷的被人們改進(jìn)。

        由此可見，機(jī)器視覺技術(shù)一步步地發(fā)展到現(xiàn)階段，已經(jīng)相對(duì)成熟，并且在各個(gè)領(lǐng)域都大規(guī)模是使用，尤其在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。但是國內(nèi)的機(jī)器視覺技術(shù)相對(duì)起步較晚，相比國外還有一定的差距，還需要在技術(shù)、算法等方面努力跟進(jìn)。

機(jī)器視覺在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

        工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代科技的主要代表技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人以其方便精確，省時(shí)省力，而被廣泛應(yīng)用于家電、電子、服裝、汽車、食品、等行業(yè)。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，高標(biāo)準(zhǔn)、高效率已經(jīng)成為眾多企業(yè)追求的目標(biāo)，在這種發(fā)展背景下，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。其中讓筆者印象深刻的就是京東自動(dòng)化機(jī)器人倉庫，碩大的倉庫里面成千上萬的機(jī)器人不停地在貨架之間來回運(yùn)動(dòng)，將物品分類、投放、運(yùn)輸。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中機(jī)器視覺具有如下功能。

        度和效率，使工業(yè)生產(chǎn)更加的自動(dòng)化和智能化。

機(jī)器視覺中的關(guān)鍵技術(shù)

       通俗來說，機(jī)器視覺的作用是代替了人眼來做測(cè)量和判斷，機(jī)器視覺系統(tǒng)利用照相機(jī)和照明設(shè)備獲取圖像信息，然后傳送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)將圖片進(jìn)行顏色、亮度處理，然后將圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、分析。機(jī)器視覺中的兩大關(guān)鍵技術(shù)：圖像采集和圖像分析與處理。
（1）圖像采集
        圖像的獲取是機(jī)器視覺技術(shù)中至關(guān)重要的一步，他是后續(xù)圖像處理的保障。利用攝像頭進(jìn)行圖像捕捉，攝像頭的選擇因功能而異；有時(shí)，圖像的質(zhì)量優(yōu)劣還與光線強(qiáng)度有關(guān)，因此，會(huì)添加照明功能輔助圖像采集。
圖像采集工作涉及到圖像傳感器的使用，一般靈敏度高、像素大、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗低的圖像傳感器較受人們歡迎。目前市場上普遍使用的傳感器是CCD，其靈敏度高、讀取噪聲低，因此在圖像傳感器占據(jù)一定的市場。日常生活中常見的圖像采集有數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、各式各樣的攝像頭、多媒體等，圖像采集的速度、質(zhì)量直接影響到后面圖像的處理以及機(jī)器的控制。
（2）圖像分析與處理
         圖像分析一般利用數(shù)學(xué)模型對(duì)圖像的色彩、透明度、色差進(jìn)行分析，進(jìn)而提取出有用的圖像信息。主要包括圖像信息識(shí)別與讀取、圖像的存儲(chǔ)、圖像數(shù)據(jù)變換、圖像分割、模型匹配以及解釋。圖像分析步驟如圖1所示。

圖1 圖像分析步驟

        對(duì)于分析好的圖像信息，下一步就需要進(jìn)行處理。一般的圖像處理方法是數(shù)字處理，主要技術(shù)和方法包括去噪、增強(qiáng)、復(fù)原、提取特征等。圖像處理所需的硬件有數(shù)字圖像采集器以及圖像處理計(jì)算機(jī)，主要的圖像處理操作，還是要通過圖像處理軟件來完成。涉及的算法有傅里葉變換、正余弦變換、沃爾什變換，微分計(jì)算、濾波處理等。
        圖像是機(jī)器獲取和信息交流的主要來源。通過圖像的獲取、分析與處理，將外界信息轉(zhuǎn)化成可供計(jì)算機(jī)分析的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而通過分析系統(tǒng)傳輸給控制系統(tǒng)，發(fā)出下一條動(dòng)作的指令，控制機(jī)器完成任務(wù)。

 

機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展趨勢(shì)

        機(jī)器視覺技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：可以利用機(jī)器進(jìn)行非接觸測(cè)量，可以利用機(jī)器實(shí)現(xiàn)在人無法工作和到達(dá)的區(qū)域完成對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)；機(jī)器比人眼對(duì)光更加敏感，可檢測(cè)人眼看不見的紅外及微弱光檢測(cè)測(cè)量，解決了人眼的缺陷，擴(kuò)大了人眼的視覺范圍；機(jī)器不會(huì)產(chǎn)生疲勞，可以長時(shí)間的穩(wěn)定工作，機(jī)器視覺可以進(jìn)行長時(shí)間工作、分析、處理與操縱；利用了機(jī)器視覺解決方案，可以節(jié)省大量勞動(dòng)力資源，有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)帶來可觀利益。
       現(xiàn)在科技技術(shù)發(fā)展較迅速，機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用也相對(duì)成熟，但是還是存在諸多問題：當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)車間現(xiàn)場的噪聲很大時(shí)，機(jī)器視覺系統(tǒng)往往會(huì)受到干擾，會(huì)造成設(shè)備靈敏度的降低或設(shè)備的損壞；另外工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場有的處于高溫，有的處于低溫，這就要求機(jī)器設(shè)備要有一定的抗干擾能力和穩(wěn)定性。圖像的采集有時(shí)還會(huì)受光照強(qiáng)度的影響，當(dāng)光線昏暗時(shí)，就會(huì)影響目標(biāo)物圖像的提取、識(shí)別及分析，進(jìn)而有可能造成生產(chǎn)產(chǎn)品次品率上升，影響生產(chǎn)的精度及效率。如何解決這些問題并提高機(jī)器性能，進(jìn)行有效的圖像識(shí)別，使機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)智能化生產(chǎn)中得到高效的利用，是當(dāng)下研究的關(guān)鍵。
（1）研發(fā)出高效率的圖像處理軟件和硬件。圖像采集部分的快慢主要依賴于硬件的速度，高質(zhì)量的硬件可有效減輕主機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的對(duì)圖像的分辨效率、采集效率、圖像處理的速度及處理分析效率。高質(zhì)量的軟件也尤為重要，質(zhì)量高的軟件可以讓機(jī)器的命令執(zhí)行速度更加高速有效。
（2）開發(fā)適用性強(qiáng)、高效、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的智能算法。智能、高效、穩(wěn)定化的智能算法可有效提高系統(tǒng)的分析處理速度，并且改善復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)抗干擾能力較差的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)有較強(qiáng)的即時(shí)性、魯棒性、穩(wěn)定性、抗干擾性以及環(huán)境適應(yīng)性。

結(jié)語

       由此可見，機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)制造有著廣泛的需求，在工業(yè)領(lǐng)域有著較大的發(fā)展空間。機(jī)器視覺技術(shù)的利用可有效的降低生產(chǎn)成本，節(jié)約勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品次品率；另外，還可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。機(jī)器視覺技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如此之多，因此，對(duì)制造業(yè)領(lǐng)域智能化的發(fā)展也具有較大的影響。但是，現(xiàn)在的機(jī)器視覺技術(shù)還有待提高，許多技術(shù)難題還亟待解決，當(dāng)下任務(wù)應(yīng)著力解決機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上的智能化、自動(dòng)化應(yīng)用，以便以后全面投入工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)，進(jìn)而為我國的現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)做出貢獻(xiàn)。