導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要:機(jī)器人技術(shù)一直是人們關(guān)注的科技熱點(diǎn)，因?yàn)闄C(jī)器人的多元發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)逐漸被建立起來(lái)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)模擬人眼來(lái)實(shí)現(xiàn)采集圖像、分析圖像、獲取信息、處理圖像等功能，是一門(mén)集自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等于一體的綜合技術(shù)。文章深入研究了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的硬件組成與圖像處理技術(shù)，針對(duì)機(jī)器視覺(jué)在各領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)例研究說(shuō)明，并對(duì)當(dāng)下機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，展望機(jī)器視覺(jué)的美好未來(lái)。

關(guān)鍵詞:圖像處理；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)；灰度處理科技

隨著時(shí)代迅速發(fā)展，而機(jī)器人的發(fā)展至今已有近百年歷史，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，醫(yī)用機(jī)器人進(jìn)行輔助甚至代替人類(lèi)對(duì)病人進(jìn)行診斷與手術(shù)。在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人代替人類(lèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和包裝。除此之外機(jī)器人在軍事領(lǐng)域也有所應(yīng)用，如幫助軍人觀(guān)察戰(zhàn)場(chǎng)、輔助射擊等作用。其中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是利用數(shù)字?jǐn)z像頭采集各類(lèi)信息，通過(guò)中心處理器對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到圖片中的有用信息，幫助人們完成繁瑣單調(diào)的工作。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)也緊跟社會(huì)發(fā)展潮流，從熱門(mén)的PS到現(xiàn)在的人臉識(shí)別技術(shù)，逐漸走向人工智能化，為人們的生活增添更加便捷的通道，本文將會(huì)對(duì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的硬件和軟件分別進(jìn)行描述。

1硬件結(jié)構(gòu)

1.1設(shè)計(jì)理念。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)賦予機(jī)器人視野，可以快速分析、分辨、處理復(fù)雜圖像上的信息數(shù)據(jù)?；诖藱C(jī)器人的應(yīng)用得到拓寬，減少了人類(lèi)處理繁瑣工作的時(shí)間，讓我們的生活更加便利高效。在制藥方面，藥品的生產(chǎn)過(guò)程需要嚴(yán)格的管理控制和質(zhì)量控制，而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這一系列繁瑣的操作，維護(hù)患者的生命安全。在激光加工方面，激光加工技術(shù)與機(jī)器視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，使加工變得更加精準(zhǔn)，降低了加工成本，而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由光源、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理系統(tǒng)五大部分構(gòu)成。1.2光源。光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)之一。在不同的情況下對(duì)光源的種類(lèi)都有著不同的要求。一般為熱輻射電源、氣體放電光源源、固體放電光源、激光器四類(lèi)。光源當(dāng)中最常使用的是LED，而LED又因?yàn)樾螤畈煌址譃樵S多鐘類(lèi)，比如當(dāng)我們進(jìn)行顯微鏡照明時(shí)我們使用環(huán)形光源，突出物體的三維信息。對(duì)透明物體劃痕檢測(cè)時(shí)使用背光源，突出物體外形輪廓特點(diǎn)。不限于上文中所提到的LED，在不同場(chǎng)景下選擇合適的光源才能采集到有效的圖片信息。1.3鏡頭。鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)圖像采集的重要組件，它就如同人類(lèi)的眼球一樣，來(lái)觀(guān)察被測(cè)物的距離和范圍。它的類(lèi)型有標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)心、廣角、遠(yuǎn)攝和近攝等。人們根據(jù)物距、拍攝范圍、光圈、焦距等條件進(jìn)行選擇。1.4相機(jī)。相機(jī)是圖像采集的核心組件，通過(guò)感光元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，采集到原始圖像。根據(jù)分類(lèi)方法的不同，相機(jī)也被分為多種。按照芯片來(lái)分類(lèi)，最常見(jiàn)的是CCD攝影機(jī)和CMOS攝影機(jī)兩種類(lèi)型，它們都是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)z像頭，但是由于芯片類(lèi)型的不同，處理能力也有些不同，CMOS的技術(shù)相對(duì)與CCD更節(jié)能，效率更高，但成本上更加的昂貴。1.5圖像采集卡。圖像采集卡是圖像處理部分不可或缺的一部分，視頻信息的處理方面圖像采集技術(shù)必不可少它將圖像數(shù)字化，將它以數(shù)據(jù)文件的形式保存在電腦中的硬盤(pán)里。圖像的采集一般是依靠眾多感光元件，如清晰度為1080×720時(shí)，感光元件上橫排有1080個(gè)感光元件小矩形，縱邊上有720個(gè)小矩形，等待收集光線(xiàn)強(qiáng)度。由于感光原件接受的光照強(qiáng)度的敏感性不同，使它們的電阻跟著發(fā)生改變，所以它們產(chǎn)生的效果也會(huì)有所差異，從而來(lái)得到初始圖像。而組成圖片的像素越大，圖像越清晰，形成人們所說(shuō)的高清圖片[1]。1.6圖像處理系統(tǒng)。在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)當(dāng)中，圖像處理系統(tǒng)的作用是通過(guò)圖像采集卡得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的分析處理，從而得到想要的信息。圖像的處理過(guò)程如圖1，首先是通過(guò)圖像采集卡等采集圖片信息，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。將數(shù)字圖片傳輸至處理器進(jìn)行灰度處理，即將我們所感興趣的部分變成白色，不感興趣的部分變成黑色，從而區(qū)分我們所需要與不需要的部分。但在得到二值化圖像后在目標(biāo)物體周?chē)鷷?huì)有一些噪點(diǎn)，影響后續(xù)判斷物體邊緣的數(shù)值。為了消除這些噪點(diǎn)，我們利用圖像腐蝕和膨脹處理/濾波處理，腐蝕細(xì)化目標(biāo)物體，再經(jīng)過(guò)卷積運(yùn)算放大目標(biāo)物，去除噪點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)邊界檢測(cè)、圖像增強(qiáng)的效果。經(jīng)過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比得到視野里目標(biāo)物的準(zhǔn)確信息，基于此進(jìn)行后續(xù)執(zhí)行的判斷與運(yùn)行[1-2]。

2機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用

2.1軍事領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在航空、航天、追蹤等方面起著非常重要的作用。空軍主要利用無(wú)人機(jī)完成空中任務(wù)，如目標(biāo)鎖定、精準(zhǔn)殲滅的工作。在高空、移動(dòng)的情況下，通過(guò)配合紅外傳感器，實(shí)時(shí)回傳圖片信息，與數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)物體進(jìn)行匹配，相似度極高且檢測(cè)到強(qiáng)烈的紅外信號(hào)，則判斷該地區(qū)有非法核武器等敵方信息，對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行精準(zhǔn)打擊。減少人員損失，提高作戰(zhàn)精準(zhǔn)水平。在執(zhí)行無(wú)人機(jī)高空偵查任務(wù)時(shí)，高分辨率的圖片采集與分析處理有利于我們隨時(shí)監(jiān)控周邊環(huán)境，防止敵軍入侵的同時(shí)觀(guān)測(cè)敵方的日常運(yùn)行。2.2工業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域，重復(fù)機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量檢查耗費(fèi)大量人力成本，且處理速度慢，受天氣、身體狀態(tài)、工作時(shí)長(zhǎng)等干擾因素的影響。而機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)不受各干擾因素的影響，且擁有優(yōu)秀的處理系統(tǒng)，在短短幾秒迅速分辨出大批量產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷，快速且準(zhǔn)確。計(jì)算得出，工業(yè)上機(jī)器人視覺(jué)分揀系統(tǒng)一天可完成500工人的工作量，大幅度提升生產(chǎn)的效率，解放勞動(dòng)力。工業(yè)視覺(jué)機(jī)器人可以不斷學(xué)習(xí)，各個(gè)機(jī)器人之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以迅速刷新知識(shí)，不斷學(xué)習(xí)與鞏固，減少出錯(cuò)環(huán)節(jié)，提高精準(zhǔn)度，相當(dāng)于擁有無(wú)數(shù)可復(fù)制的資深檢察員。不僅在檢查的工作崗位上，工廠(chǎng)智能機(jī)器人在流水線(xiàn)上也可利用機(jī)器視覺(jué)定位快速定位進(jìn)行抓取，迅速分析物料并進(jìn)行加工等操作[3]。2.3民用領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的運(yùn)用范圍是非常廣泛的，在人臉驗(yàn)證、安保、交通等方面都有著深入接觸。我們?cè)诒０彩业碾娔X上就可以看到，計(jì)算機(jī)通過(guò)拍攝的圖片得到進(jìn)出車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)，并自行對(duì)比該車(chē)輛是否為小區(qū)入檔的車(chē)牌號(hào)，計(jì)算出車(chē)輛進(jìn)出該區(qū)域相隔多久時(shí)間等。在一定程度上簡(jiǎn)化了車(chē)輛進(jìn)出流程，為車(chē)輛進(jìn)出提供安全、快速的通道。當(dāng)進(jìn)入機(jī)場(chǎng)檢票時(shí)，自動(dòng)檢票機(jī)將人臉與身份證照片進(jìn)行對(duì)比核實(shí)，迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷，節(jié)約人力成本，加快機(jī)場(chǎng)安檢速度。此外，在追捕嫌疑犯時(shí)使用攝像頭實(shí)時(shí)檢測(cè)，將各類(lèi)攝像頭拍下的照片與數(shù)據(jù)庫(kù)里的犯人照片進(jìn)行對(duì)比與相似度分析，從而在茫茫人海中識(shí)別罪犯，進(jìn)行逮捕[4]。

3結(jié)論

本文主要對(duì)機(jī)器人視覺(jué)的硬件組成與圖像處理流程進(jìn)行說(shuō)明，并介紹機(jī)器人視覺(jué)在民用、軍用、工業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，通過(guò)對(duì)機(jī)器人視覺(jué)構(gòu)造的理解與當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，找出機(jī)器人視覺(jué)發(fā)展的難點(diǎn)，積極推動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)的應(yīng)用，建設(shè)智能化工廠(chǎng)、智能化軍隊(duì)、智慧城市。我國(guó)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)起步較晚，國(guó)外相比還有較大的差距，最明顯的差距在于當(dāng)前機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的人才稀缺。我國(guó)的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用范圍還不廣泛，穩(wěn)定性不高。而在圖片數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域也是引入的國(guó)外圖片處理數(shù)據(jù)庫(kù)，還未建立起自己的一套應(yīng)用體系。隨著國(guó)家政府的重視，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范逐漸完善，機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的研發(fā)創(chuàng)新也將愈加熱烈。這也將不斷推動(dòng)我國(guó)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用更加廣泛，充分解放勞動(dòng)力，建設(shè)更智能化的工廠(chǎng)、社會(huì)、城市。

參考文獻(xiàn)

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[3]曾志偉.基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人定位抓取技術(shù)的研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

[4]史家昆.基于監(jiān)控場(chǎng)景下的人臉識(shí)別的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2018.

作者:韓雨佶 單位:邛崍市第一中學(xué)校