一、機器視覺的概念
機器視覺是近年來工業(yè)自動化的重要科技之一，也是實現(xiàn)工業(yè)4.0智能制造的關鍵。根據(jù)美國制造工程師協(xié)會(SME)機器視覺分會和美國機器人工業(yè)協(xié)會(RIA)自動化視覺分會關于機器視覺的定義：機器視覺是通過光學的裝置和非接觸的傳感器，自動地接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動的裝置。通俗地說，機器視覺就是用機器代替人眼，模擬眼睛進行圖像采集，經過圖像識別和處理提取信息，最終通過執(zhí)行裝置完成操作。相較于人工，機器視覺能以非接觸式、快速、高準確性的方式執(zhí)行指導、識別、測量和檢查動作，能有效實現(xiàn)自動化轉型，因此常被稱為“工業(yè)4.0之眼“。
二、機器視覺的組成
一個典型的機器視覺系統(tǒng)，一般包括：光源、鏡頭、相機、視覺控制系統(tǒng)（視覺處理分析軟件及視覺控制器硬件）等。其中，光源及光源控制器、鏡頭、相機等硬件部分負責成像功能，視覺控制系統(tǒng)負責對成像結果進行處理分析、輸出分析結果至智能設備的其他執(zhí)行機構。
典型機器視覺系統(tǒng)
照明：照明系統(tǒng)是用來照亮要被攝影或成像的物體或場景的，通常使用閃光燈或LED燈，來幫助捕捉清晰、明亮且細節(jié)豐富的影像。
相機和鏡頭：CCD相機、CMOS相機和機器視覺專用鏡頭等。這些組件用于捕捉影像，提供基礎數(shù)據(jù)供后續(xù)分析和處理使用。
圖像采集卡：圖像采集卡用來將相機的輸出信號轉換為數(shù)字信號，并提供與電腦的高速接口。同時可通過圖像采集卡來提高影像的質量與傳輸速度。
電腦：在進行圖像處理時，電腦通常借由CPU、GPU等處理器來做運算，而當需要進行深度學習的訓練和推理時，則會需要更高效能的處理器。
圖像處理軟件：使用圖像處理軟件來進行圖像處理，以擷取影像中的特征、進行分析和識別。
屏幕：將影像進行分析后得出的結果顯示在屏幕上，也可通過使用HMI觸發(fā)下一動作或機制。
控制系統(tǒng)：借由COM或DIO的訊號觸發(fā)控制機械，如PLC及馬達的運作。
三、機器視覺的應用
機器視覺的應用范疇非常廣泛，列舉其中四種重要的應用如下：
1.工業(yè)自動化
品質檢測：制造業(yè)是早期使用機器視覺來優(yōu)化制造流程的產業(yè)，主要使用在自動光學檢測AOI（Automated Optical Inspection）。借由相機對物體表面拍照或掃描，檢測物體的色差、瑕疵等問題。
視覺導航：使用在自主移動機器人AMR（Autonomous Mobile Robot）或無人搬運車AGV （Automated Guided Vehicle）上。機器視覺可通過相機、雷達、激光雷達等，對工作環(huán)境進行3D感知和識別，使機器人能夠自主導航并到達目標地點。
2.安防監(jiān)控
人臉識別：在機器視覺輔助下，從圖像或影片中偵測和識別人臉。然后比對是否為已知的人臉。這對機場和邊境管制中的身份辨識，可大幅提升偵測速度和安保管理。
車牌識別：在自動化車牌識別ANPR（Automatic Number Plate Recognition）中，車牌由鏡頭捕捉，然后透過光學字符識別（OCR）來識別車牌號。在智能交通基礎設施中，ANPR帶來更加效率、便利的交通管理。
異常檢測：利用機器視覺影像辨識技術，自動偵測監(jiān)控影像中的異常情況，如入侵、竊盜、洪水或火災等自然災害檢測。當檢測到異常事件時，系統(tǒng)可自動發(fā)出警報通知，協(xié)助安保人員迅速做出反應。
3.醫(yī)療影像與手術輔助
機器視覺技術在醫(yī)學影像領域，如CT、MRI和X光中可實現(xiàn)病灶的自動檢測。利用深度學習等技術進行圖像識別和特征擷取分析，可以幫助醫(yī)生更快速、高精度地進行診斷和治療。此外，機器視覺在手術輔助方面也發(fā)揮著重要作用，利用手術機器人和智能儀器等設備，以微創(chuàng)手術形式協(xié)助醫(yī)生完成精確的定位、切割、止血和縫合等操作，克服傳統(tǒng)手術的精確度不足、手術時間長及醫(yī)生疲勞等問題。
4.自動駕駛
機器視覺在自動駕駛技術中，為自駕車提供多種功能，如車道線識別、障礙物檢測、交通標志識別以及行人和車輛檢測。借由使用高分辨率相機、雷達和激光雷達等傳感器，機器視覺系統(tǒng)能夠實時捕捉周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，并進行特征提取和圖像識別等處理，使自駕車對環(huán)境有清晰的認知。如車道線識別方面通過捕捉車道線的特征并進行直線或曲線擬合處理，確保自駕車能夠識別并沿著正確的車道行駛。對于障礙物檢測，機器視覺將圖像和傳感器數(shù)據(jù)進行分析，以確定障礙物的形狀、大小和距離，幫助自駕車避免碰撞。
機器視覺系統(tǒng)讓大批量、持續(xù)生產的自動化程度提高了，大大提高了工業(yè)生產效率和產品精度。同時獲取信息與自動處理的能力變得極其快，為工業(yè)生產的信息集成提供了有效途徑。隨著技術的不斷發(fā)展，機器視覺在電子制造、光伏能源、鋰電池等領域的應用越來越廣泛，更成為工業(yè)制造領域的“火眼金睛”。
