“工業(yè)之眼”：機器視覺技術(shù)的發(fā)展之路

隨著工業(yè)4.0、“中國制造2025”時代的來臨，機器視覺將使得機器人智能化變成現(xiàn)實，在工業(yè)自動化中機器視覺技術(shù)已經(jīng)占有十分重要的地位，而機器視覺技術(shù)的不斷創(chuàng)新，也推動了工業(yè)自動化、智慧安防以及人工智能等行業(yè)的進步，也為各個行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了更多發(fā)展?jié)摿εc機會。

機器人視覺系統(tǒng)經(jīng)歷了三代的發(fā)展：

1、第一代機器人視覺系統(tǒng)

第一代機器人視覺的功能一般是按規(guī)定流程對圖像進行處理并輸出結(jié)果。這種系統(tǒng)一般由普通數(shù)字電路搭成，主要用于平板材料的缺陷檢測。

2、第二代機器人視覺系統(tǒng)

第二代機器人視覺系統(tǒng)一般由一臺計算機，一個圖像輸入設(shè)備和結(jié)果輸出硬件構(gòu)成。視覺信息在機內(nèi)以串行方式流動，有一定學習能力以適應(yīng)各種新情況。

3、第三代機器人視覺系統(tǒng)

第三代機器人視覺系統(tǒng)是目前國際上正在開發(fā)使用的系統(tǒng)。采用高速圖像處理芯片并行算法，具有高度的智能和普通的適應(yīng)性，能模擬人的高度視覺功能。

機器人仿人眼視覺系統(tǒng)

人類的感知系統(tǒng)，有83％以上是通過人眼來完成的，而人類的眼睛又是所有動物里面綜合性能最高的，其圖像包含的信息量是最巨大的。不僅要用到單個的立體視覺成像，還要用到整體視覺能力，所以人眼的立體視覺能力和顏色辨別能力遠超過動物的眼睛。其中，對個體的感知是人眼最基本的功能——對自身和對象位移的測量，尺寸的測量。而最重要的功能是對自身和對象位置的測量，比如走了多少，轉(zhuǎn)了多少，這是一種對空間環(huán)境的感知和判斷。

要在機器人身上模仿人的眼睛，主要分三大部分：

1、機器人眼球構(gòu)造

機器人眼球，就相當于攝像頭或者掃描儀，通過紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，紅外線在遇到物體后被反射回來，紅外接受管接受到被反射回來的紅外線以后，發(fā)出電信號給機器人的“大腦”，這時候機器人就能“看見”東西了。

機器人眼睛是集成了很多的芯片、傳感器等進行綜合計算，比如能力風暴個人機器人通過光敏傳感器中的兩個光敏電阻來感知光線的強弱。

2、運動控制系統(tǒng)

機器人控制系統(tǒng)作為工業(yè)機器人最為核心的零部件之一，對機器人的性能起著決定性的影響，其運動控制就相當于自動化的一個分支，它使用通稱為伺服機構(gòu)的一些設(shè)備如液壓泵，線性導軌或者是電機來控制機器的位置或速度，目前被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。比如ABB第五代機器人控制器，融合了TrueMove、QuickMove等運動控制技術(shù)，來提升機器人性能，包括精度、速度、節(jié)拍時間、可編程性、外軸設(shè)備同步能力等。

3、圖像處理

圖像本身，只有經(jīng)過圖像處理之后，才能找到圖像中需要的特征，從而更進一步的執(zhí)行其它的指令動作，如機械手臂的運動、機臺的移動等，使機器人完成踢球、下棋等命令。在工業(yè)上，則主要應(yīng)用于工業(yè)機器人，完成自動生產(chǎn)、裝配、檢測等工作，富士康就有大量的機器人，在農(nóng)業(yè)上，則表現(xiàn)在一些自動收割機，如棉花收割，自動分類機器。

當然也有一些機器視覺是不需要圖像處理的，如經(jīng)過相機鏡頭等直接連接到顯示器上觀察的，結(jié)果好壞是由人來判斷的，這時圖像處理的過程是由人自己完成的，而不是計算機。還有一些圖像傳感器有固定的特性，如顏色傳感器，那樣只會有信號出來即可，也是沒有圖像處理的。

機器視覺不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品

機器視覺技術(shù)的出現(xiàn)，就是為機器設(shè)備安上了感知外界的眼睛，使機器具有像人一樣的視覺功能，從而實現(xiàn)各種檢測、判斷、識別、測量等功能。

機器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機器視覺的軟硬件產(chǎn)品早已逐漸演變發(fā)展為產(chǎn)品在生產(chǎn)制造的各個階段中的重要組成部分，因此，這也就對系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。

工業(yè)自動化企業(yè)要求能夠與測試或控制系統(tǒng)協(xié)同工作的一體化工業(yè)自動化系統(tǒng)，而非獨立的視覺應(yīng)用。在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

工業(yè)4．0使全球工業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，中國機器視覺市場已成為國際機器視覺廠商的重要目標市場。隨著技術(shù)的不斷提升，機器人與人的視覺差距正在逐步減少，視覺技術(shù)的成熟和發(fā)展都使之在工業(yè)制造應(yīng)用中越來越廣泛。而未來的機器視覺技術(shù)勢必也將與其他的傳感技術(shù)相融合，并將越來越數(shù)字化、智能化。

結(jié)語

工業(yè)4．0離不開智能制造，而智能制造離不開機器視覺。機器視覺已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化和智能化的核心，要實現(xiàn)人類視覺在機器人上進行延伸，就必須滿足高度自動化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境等條件，

才能在工業(yè)自動化進程中產(chǎn)生重要作用。

摘自：《機器人網(wǎng)》