摘 要（Abstract) 本文概述了機(jī)器視覺的市場前景，比較了PC式視覺系統(tǒng)與嵌入式視覺系統(tǒng)在檢測速度、測量精度等指標(biāo)上的優(yōu)劣，并重點(diǎn)介紹了基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括光源、鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡等的選用以及視覺軟件的設(shè)計(jì)方法。文章還列舉了幾個(gè)基于PC的機(jī)器視覺的成功應(yīng)用案例。
1 引言
機(jī)器視覺是利用光電成像系統(tǒng)采集被控目標(biāo)的圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊進(jìn)行數(shù)字處理，根據(jù)圖像的像素分布、亮度和顏色等信息，進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的識(shí)別。這樣，就把計(jì)算機(jī)的快速性、可重復(fù)性，與人眼視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，大大提高了生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。
對于機(jī)器視覺的研究應(yīng)用，日本、德國和美國等發(fā)達(dá)國家早在上世紀(jì)六十年代就開始了。到上世紀(jì)九十年代，隨著光電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺已取得了廣泛的應(yīng)用，其市場潛力十分巨大。在1984年，西歐的工業(yè)視覺系統(tǒng)的銷售總額達(dá)到589萬美元，到1989達(dá)到近4320萬美元。而在美國，1984年的視覺系統(tǒng)銷售總額達(dá)到6000萬美元，到1994元近12億美元。在日本，2000年機(jī)器視覺市場為300～400億日元。另據(jù)“視覺系統(tǒng)國際公司”的一份市場調(diào)研報(bào)告顯示：1999－2004 年北美的機(jī)器視覺市場規(guī)模從16.8億美元增長到19億美元（年增長率為12.4%）。從上述數(shù)據(jù)可以看出機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展之快，市場之大。國內(nèi)的機(jī)器視覺發(fā)展較發(fā)達(dá)國家晚，目前尚屬概念導(dǎo)入期，但其市場潛力不可忽視。由于中國正成為“世界工廠”，與制造活動(dòng)密切相關(guān)的機(jī)器視覺技術(shù)正逐步被商家認(rèn)可和接受。而且在中國，機(jī)器視覺行業(yè)還是剛剛起步，相對其它行業(yè)來說競爭還不是很激烈。所以，誰占了市場先機(jī)誰就贏得了主動(dòng)權(quán)。相信再過幾年，中國將會(huì)成為全球繼北美、歐洲與日本后的第4大機(jī)器視覺市場。
2 兩類視覺系統(tǒng)的比較
從組成結(jié)構(gòu)來分類，典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)可分為兩大類：PC式或稱板卡式機(jī)器視覺系統(tǒng)（PC－based Vision System），以及嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)，亦稱“智能相機(jī)”（Smart Camera）或“視覺傳感器”（Vision Sensor）。PC式視覺系統(tǒng)是一種基于個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的視覺系統(tǒng)，一般由光源、光學(xué)鏡頭、CCD或CMOS相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理軟件以及一臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成。基于PC的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)周期較長，但可達(dá)到理想的精度及速度，能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的系統(tǒng)功能。另一類是嵌入式視覺系統(tǒng)，嵌入式視覺系統(tǒng)具有易學(xué)、易用、易維護(hù)、易安裝等特點(diǎn)，可在短期內(nèi)構(gòu)建起可靠而有效的機(jī)器視覺系統(tǒng)，從而極大的提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)速度。表一列出了兩類視覺系統(tǒng)在檢測速度、測量精度等指標(biāo)上的優(yōu)劣對比【1】。
表1：嵌入式視覺系統(tǒng)與PC式視覺系統(tǒng)的優(yōu)劣對比
PC式視覺系統(tǒng) 嵌入式視覺系統(tǒng)業(yè)界人士指出，目前在中國使用簡便的智能視覺傳感器占了機(jī)器視覺系統(tǒng)市場60%左右的市場份額。由PC式視覺系統(tǒng)在整體成本、靈活性、用戶化界面、速度以及精度等方面的優(yōu)勢，筆者認(rèn)為接下來的2～5年，在中國市場上PC式視覺系統(tǒng)將與嵌入式視覺系統(tǒng)平分秋色。
3 PC式視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1光源、鏡頭、CCD和圖像采集卡的選用
光源、鏡頭、CCD和圖像采集卡作為視覺系統(tǒng)成像部分[2]，正確的選用是后續(xù)處理的必要條件，成像的質(zhì)量直接影響到視覺軟件處理和分析部分，最終影響機(jī)器視覺系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性。業(yè)內(nèi)有句名言“Garbage in，Garbage out”，即如果輸入的圖像是一幅不理想的圖，則輸出的分析結(jié)果也好不到哪里去，因?yàn)檐浖奶幚聿⒉荒軐⒁环唾|(zhì)量的圖像變得更好，所以，成像的質(zhì)量是視覺系統(tǒng)的首要前提。為了獲取理想的圖像，必須有效地選取成像系統(tǒng)部件，如光源、鏡頭、攝像頭以及圖像采集卡。根據(jù)筆者的大量實(shí)踐，成像的好壞往往決定了一套視覺應(yīng)用系統(tǒng)的成敗。 有時(shí)候就是因?yàn)檫x用了價(jià)格過于低廉的產(chǎn)品，忽視了一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，使得系統(tǒng)集成走了太多的彎路。 視覺系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而又敏感的系統(tǒng)，應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)解決實(shí)際問題時(shí)，應(yīng)盡量使系統(tǒng)的輸入部分受外界的影響以及硬件調(diào)節(jié)的限制減至最小，這就得選擇專業(yè)適用的成像設(shè)備，以獲得質(zhì)量較佳的圖像。
