科普机器视觉的应用和发展前景

互联网的高速发展，使得物流业走势迅猛，不仅是每年一度的京东购物节和淘宝节让物流人员高压负重，喘不过气，就连现在的日常外卖派送，超市派送也使得快递人员人手不断速增，美团外卖布局无人物流，京东机器人物流拣货已开始应用，机器人工作，为人们的生活带来了巨大的便利性。机器人逐渐成为市场的宠儿。

如今，我们的身边已然充斥着各种类型的机器人，在制造、运输、生活等各领域起着非常重要的作用。比如机器人代步车，扫地机器人等。而让这些机器人拥有一双“智慧”双眼的正是机器视觉技术，得益于机器人产业的规划发展，机器视觉技术的应用就有非常广阔的空间。

机器视觉的定义 机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉基于仿生的角度发展而来，比如模拟眼睛是通过视觉传感器进行图像采集，并在获取之后由图像处理系统进行图像处理和识别。

机器视觉主要分为三类：

单目视觉技术，即安装单个摄像机进行图像采集，一般只能获取到二维图像。单目视觉广泛应用于智能机器人领域。然而，由于该技术受限于较低图像精度以及数据稳定性的问题，因此需要和超声、红外等其它类型传感器共同工作。

双目视觉技术，是一种模拟人类双眼处理环境信息的方式，通过两个摄像机从外界采集一副或者多幅不同视角的图像，从而建立被测物体的三维坐标。双目视觉技术大致分为机械臂视觉控制、移动机器人视觉控制、无人机无人船视觉控制等方向。

多目视觉技术，是指采用了多个摄像机以减少盲区，降低错误检测的机率。该技术主要用于物体的运动测量工作。在机械臂手眼协调方面，多目视觉技术能够克服物体捕捉的盲区，使机械臂进行抓取更加有效。在工业机器人进行装配领域，多目视觉也能够精确识别和定位被测物体，进而提高装配机器人的智能程度和定位精度。

机器视觉的应用

机器视觉的应用主要有检测和机器人视觉两个方面：

⒈ 检测：又可分为高精度定量检测(例如显微照片的细胞分类、机械零部件的尺寸和位置测量)和不用量器的定性或半定量检测(例如产品的外观检查、装配线上的零部件识别定位、缺陷性检测与装配完全性检测)。

⒉机器人视觉：用于指引机器人在大范围内的操作和行动，如从料斗送出的杂乱工件堆中拣取工件并按一定的方位放在传输带或其他设备上(即料斗拣取问题)。至于小范围内的操作和行动，还需要借助于触觉传感技术。

此外还有自动光学检查，人脸识别，无人驾驶汽车，产品质量等级分类，印刷品质量自动化检测，文字识别，纹理识别，追踪定位。机器视觉技术的应用取代了人工分拣快递，大大提高了效率。除此之外，机器视觉技术还可以让机械手臂拥有3D视觉能力，依靠视觉导引、定位，夹取产品。并且在汽车制造、医疗等领域也使用机器视觉系统进行测量和检测。

随着工业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，机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。

机器视觉技术，是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉技术最大的特点是速度快、信息量大、功能多。

什么是机器视觉？

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。

机器视觉就是为了流程控制或检测所制造的产品而从数字图像中自动提取信息，看下图示范：

▲ 机器视觉运用图解

为了更好地理解机器视觉，下面，我们以啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：

▲图1 啤酒瓶填充液位检验示例

当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。

采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。

如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。

另外，机器视觉系统还能够进行物品测量，比如确定火花塞间隙或提供位置信息，引导机器人在制造组装过程中将元件对位，图2显示的例子主要是说明机器视觉系统如何能够用于进行滤油器（右）通过或未通过检测，以及测量支架上中心轴头的宽度（左）。

▲图2 机器视觉系统能够在生产线上进行实时测量和检验，比如加工支架（左）或滤油器（右）

在这个应用示例中，填充液位检验系统仅可提供两种结果，这显示了二进制系统的特征：

1、 如果产品合格，则检测结果为“通过”

2、 如果产品不合格，则检测结果为“未通过”。

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