什么是機器視覺

機器視覺涵蓋計算機科學、光學、機械工程和工業(yè)自動化。不像計算機視覺主要專注于基于機器的圖像處理，機器視覺利用數字輸入輸出設備將圖像采集系統(tǒng)與計算機網絡集成到一起來控制生產設備，比如機器人臂。制造商們喜歡機器視覺系統(tǒng)是因為利用機器視覺進行高速、高放大率、全天運行和重復操作的視覺監(jiān)測。
    機器視覺不同于計算機視覺，它涉及圖像處理、人工智能和模式識別
機器視覺是專注于集合機械，光學，電子，軟件系統(tǒng)，檢查自然物體和材料，人工缺陷和生產制造過程的工程，它是為了檢測缺陷和提高質量，操作效率，并保障產品和過程安全。它也用于控制機器。
機器視覺是將計算機視覺應用于工業(yè)自動化。

機器視覺系統(tǒng)組件
一個典型的機器視覺系統(tǒng)由以下組件組成：
◆     有用于采集圖像的一個或多個帶有合適光學系統(tǒng)的的數字或模擬相機（黑白或彩色），比如將需要的視場聚焦到圖像傳感器的鏡頭，還有配套的光源；
◆     用于輸出結果的輸入輸出硬件（比如數字I/O）或通訊方式（比如網絡連接或RS232）
◆     用于部件監(jiān)測的同步傳感器（常見是一個光學或電磁傳感器）來觸發(fā)圖像獲取，并處理的對多種形式的觸發(fā)進行分類，發(fā)送或抵制受影響的部分
◆     一個處理圖像和檢測相關特征的程序

機器視覺檢測系統(tǒng)的目標通常是檢測具有某種需求的一個測試樣本的一致性(compliance)，比如指定的尺寸，數目，零件是否缺失等等。最終的任務通常被分解成多個獨立的階段，每一個階段有個一個特定的標準。這些單個的檢測有以下的流程：
■     圖像采集
■     圖像預處理
■     一個或多個感興趣區(qū)域的定義
■     對象分割
■     對象特征計算
■     分割物體正確性的決策

一般地，采集一幅圖像，或許是移動過程中的多幅圖像，是分析場景的一個先決條件。在一些情況下這些圖像并不適合立即檢測，需要預處理去改變某個尺寸上特定的結構等等。在大多數情況下，至少要了解圖像中的哪些區(qū)域要用于分析，例如，讀取的標簽位置或驗證的成分。這些稱作感興趣區(qū)域ROI（或AOI）。當然，這樣一個區(qū)域也構成了整幅圖像。

分割過程用于隔離這些區(qū)域。因為這步是一個基礎角色，在機器視覺中會用到各種各樣的分割方法。一旦這個對象被分割出來，就能計算出特征屬性，比如面積、周長、位置、方向、間距，預定義模式的相似度（比如字符識別）。最后，這些屬性被用來比對檢測任務的名義值的順從性。

照明
這里有兩種基本的照明方式，前光源和背光源。這兩種方式的選擇取決于檢測需求，前光源適合于增強表面本身，比如印刷、雕刻的字等等，而背光源是提供更好的對比度，比如測量和定位任務。
   不論前光源和背光源，光源都有哪些類型呢？角度光源對提取表面效果是極好的，正如人眼傾斜從不同角度看一個物體，這樣能有助于辨別表面結構，但是陰影會是一個問題。漫射光源能幫助消除陰影和反射，這個很適合于位置上的檢測。另一種消除反射和增強透明層的對比度的方法是改變光源極性（ploarise），在相機上使用一個偏振過濾器（偏振黑光源能感應表面張力的變化）。環(huán)形光源沿著光軸提供強烈的shadow-free光，經常結合偏振片來消除麻煩的反射。
另外還值得一提的是紅外光和紫外光，也是能夠達到所需要的照明效果。

相機和鏡頭
從歷史上來看，一個攝像機產生一個模擬信號，這個信號被圖像采集卡處理成數字信號。今天，數字相機的飛快市場接受率，被開發(fā)緊湊高性能的CCD成像技術所點燃，已經消除了必須使用圖像采集卡的時代，因為數字圖像能立即通過FireWire，USB或Gigabit Ethernet進行傳輸。
一些應用需要多個相機，這個取決于產品線的速度，被檢測物體的尺寸和圖像分析的類型。另外，面陣相機對一些諸如掃描一個連續(xù)的移動物體是不適合的。針對這些應用就需要使用線陣相機。
不管相機技術，對鏡頭的正確選擇就是極為重要的。遠心鏡頭對小物體提供高精確性圖像，在各種測量和字符識別應用中都是理想選擇。魚眼鏡頭適合采集較大物體圖像，但是會有桶（barrel）扭曲，在檢測存在和定位方面應用較好。

圖像處理
通過它們的所有特性，機器視覺圖像處理應用非常多樣化，應用開發(fā)者們需要易于使用的軟件提供靈活的編程環(huán)境和簡單的常用視覺工具和應用案例。這個就是推動圖像采集、處理和分析功能和控制硬件的軟件，它應該提供如下這些功能：
☆     以相機為中心的易于去拖動和drop圖形用戶接口
☆     很靈活的相機控制
☆     針對實時參數設定的實時采集和顯示窗口
☆     優(yōu)化信號內部關系和精確設置的高性能工具

這些還需要其它的一些軟件支持，諸如以下這些：
★     針對求平均、相減等這些點對點操作運算
★     具有可變和靈活kernel尺寸的相鄰濾波運算
★     形態(tài)學工具，包括灰度級和二值
★     基本的局部適應閾值技術
★     對圖像進行裁切、鏡像、旋轉或裁切的幾何工具
★     進行水平和垂直投影和計算向量差的測量工具
★     將前景對象從背景中分離出來的分割

    在圖像處理軟件將數據處理成一個可用的狀態(tài)后，它的分析函數就會從中提取用于判斷做出決策的信息。常見的分析功能包括：
△     測量
△     模式匹配
△     Blob分析
△     光學字符識別和條碼解碼
△     表面檢測
△     顏色分析