機械工業出版社CHINAMACHINEPRESS機器視覺技術第11章智能傳感與檢測技術徐小華主編

ISBN9118-11-111-1160112-6機器視覺技術11智能傳感與檢測技術

機器視覺系統的組成11.1機器視覺數字圖像處理11.2機器視覺圖像邊緣的檢測11.3機器視覺技術在紡織企業中的應用11.411.1機器視覺系統的組成11.2機器視覺數字圖像處理11.2.1圖像處理11.2.2圖像分析11.2.3圖像理解11.3機器視覺圖像邊緣的檢測11.4機器視覺技術在紡織企業中的應用機器視覺技術11機器視覺是使機器具有像人一樣的視覺，從而實現各種檢測、判斷、識別等功能。一個典型的工業機器視覺系統組成包括：圖像采集單元：光源、鏡頭、視覺傳感器（包括CCD和COMS）、采集卡等。圖像處理分析單元：工控主機、圖像處理軟件、圖形交互界面等。執行單元：接受數據和指令，通過電力、液壓、氣壓實現運動的執行機構，如機械手或機械臂等執行機構。11.1機器視覺系統的組成智能傳感與檢測技術機器視覺技術11視覺傳感器按照芯片類型主要分為電荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)和互補金屬氧化物半導體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)兩大類，按照鏡頭和布置方式的不同又分為單目視覺傳感器、多目視覺傳感器和環視視覺傳感器。機器視覺一項綜合技術，包括圖像處理、機械工程技術、控制、電光源照明、光學成像、視覺傳感器、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術等。機器視覺系統的工作原理示意圖如圖所示。11.1機器視覺系統的組成智能傳感與檢測技術

機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.2機器視覺數字圖像處理數字圖像處理的層次分為圖像處理、圖像分析、圖像理解，如圖所示。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.2機器視覺數字圖像處理11.2.1圖像處理1.像素生成

像素表示圖像元素，像素的英文“pixel”是一個合成詞（picture和element）。像素是構成數字圖像的最小單位，是以一個明確的位置和單一色彩數值組成的小方塊，這些小方塊的組合構成了圖像。圖像分辨率是單位英寸中所包含的像素點數，例如大多數網頁制作常用圖片的分辨率為72，即每英寸像素為72，不同像素的圖像質量差別表現如圖所示。a)像素為320x240的圖像b)像素為80x60的圖像機器視覺技術11智能傳感與檢測技術2.灰度值與灰度處理3.數字圖像處理

圖11-5灰度圖像的矩陣表示圖11-6黑白圖像的矩陣表示機器視覺技術11智能傳感與檢測技術2.灰度值與灰度處理3.數字圖像處理

圖11-7彩色圖像的矩陣表示機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.2.2圖像分析圖像分析是對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量，以獲得它們的客觀信息，從而建對圖像中目標的描述，是一個從圖像到數據的過程。圖像分析輸入的是圖像，輸出的是數據。11.2.3圖像理解圖像理解在圖像分析的基礎上，進一步研究圖像中各目標的性質和相互聯系，得出對圖像內容的理解(對象識別)及對原來客觀場景的解釋(機器視覺)，從而指導相關的動作執行。圖像理解借助機器視覺，通過知識、經驗和機器學習來理解整個客觀世界。圖像理解輸入的是數據，輸出的是理解。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.3機器視覺圖像邊緣的檢測圖像邊緣檢測是圖像處理的基本問題。如圖11-8所示，圖像邊緣構成了物體的輪廓，使得“人”或“機器”一看就知道是什么物體。人類視覺通過物體邊緣就能夠做到識別物體。因此，物體邊緣是圖像中最基本也是最重要的特征，圖像識別和理解圖像的第一步就是邊緣檢測。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.3機器視覺圖像邊緣的檢測階梯狀邊緣兩邊像素的灰度值明顯不同，邊緣位置容易檢測；脈沖狀邊緣處于灰度值由小到大再到小的突變位置；屋頂狀邊緣處于灰度值由小到大再到小的逐漸變化轉折點位置。道路邊緣圖像分析與檢測示例如圖所示。圖11-9道路邊緣圖像分析與檢測機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.3機器視覺圖像邊緣的檢測圖11-10所示圖像邊緣中，第1行是一些具有邊緣的圖像示例，第2行是沿圖像水平方向的圖像邊緣剖面圖，第3行是剖面的一階導數，第4行是剖面的二階導數。第1列和第2列是階梯狀邊緣，第3列是脈沖狀邊緣，第4列是屋頂狀邊緣。實現圖像的邊緣檢測，就是要用離散化梯度逼近函數根據二維灰度矩陣梯度向量來尋找圖像灰度矩陣的灰度躍變位置，然后在圖像中將這些位置的點連起來，構成圖像邊緣。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術『知識拓展』無人駕駛汽車的感知和定位隨著機器視覺技術的發展，目前視覺傳感器能提供無人駕駛汽車感知和定位兩個功能。感知功能主要有障礙物識別、交通標志識別、可通行空間識別、交通信號燈識別。定位功能是基于視覺同步定位與建圖(SimultaneousLocalizationndMapping，SLAM)技術，將提前建好的地圖和實時的感知結果做匹配，獲取當前汽車的位置。視覺傳感器工作狀態受光線明暗、天氣狀態和拍攝物體形狀的影響較大，MobilEYE是著名的車用視覺系統公司，初創于以色列，于2017年被美國INTEL公司以153億美元收購。美國Tesla汽車公司在其無人駕駛技術方案中，堅決排斥激光雷達，而采用了毫米波雷達+視覺傳感器的方案。除了無人駕駛技術應用以外，視覺傳感器還可以應用于倒車輔助、泊車輔助、駕駛人行為監測等。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術11.4機器視覺技術在紡織企業中的應用

紡織企業是大型勞動和技術密集型企業，“布匹檢測”流水線（圖11-11）是實時、準確、高效的流水線。在流水線上，所有布匹的顏色、及數量都要進行自動確認。采用機器視覺的自動識別技術完成以前由人工來完成的檢測工作。在大批量的布匹檢測中，用人工檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。機器視覺技術11智能傳感與檢測技術

中國正成為世界機器視覺發展最活躍的地區之一，應用范圍涵蓋了工業、農業、醫藥、軍事、航天、氣象、科研等國民經濟的各個行業。其重要原因是中國已經成為全球