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    機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

    由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域，如半導(dǎo)體、電子、計(jì)算機(jī)配件、消費(fèi)品、食品、汽車、冶金、包裝、制藥等行業(yè)。

    簡(jiǎn)而言之，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷，而在機(jī)器視覺近20年的發(fā)展歷程中，受圖像攝取技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)所限，機(jī)器視覺系統(tǒng)普遍基于二維視覺技術(shù)。近年來，隨著三維圖像攝取技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，3D視覺技術(shù)成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的發(fā)展焦點(diǎn)。

3D視覺產(chǎn)品層出不窮

    機(jī)器視覺的重要作用就是提升制造業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，而隨著用戶自動(dòng)化產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，以前用戶可能只需要2D的效果，現(xiàn)在越來越多的用戶開始要求能夠?qū)崿F(xiàn)3D的檢測(cè)效果，這推動(dòng)了3D技術(shù)視覺產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室快速走向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路。

    西克的3D視覺傳感器就是跟隨著用戶的需要而研發(fā)出來的。Ranger C產(chǎn)品系列采用相機(jī)連接技術(shù)與PC進(jìn)行連接，這樣就簡(jiǎn)化了集成過程并且提高了采集速率。在3D模式下，Ranger C每秒采集約30000幅圖片，每一張圖片包含1536個(gè)高質(zhì)量三維坐標(biāo)，相當(dāng)于每秒4500萬個(gè)3D點(diǎn)。

    全球知名機(jī)器視覺系統(tǒng)供應(yīng)商康耐視也推出了VisionPro 3D三維機(jī)器視覺產(chǎn)品，康耐視 VisionPro® 3D 軟件能夠提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的 3D 位置信息，有助于改善單獨(dú)使用 2D 工具所無法滿足要
求的廣泛應(yīng)用中的視覺性能。VisionPro 3D 配合固定式或機(jī)器人安裝的攝像頭提供充分的應(yīng)用程序靈活性，它基于康耐視領(lǐng)先的PatMax® 技術(shù)和其他校準(zhǔn)技術(shù)，可在汽車和精密制造產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的組件驗(yàn)證、物流和機(jī)器人應(yīng)用的自動(dòng)化，如裝上貨架/取下貨架、卸垛、打包和組裝驗(yàn)證等。

    順應(yīng)這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，國內(nèi)機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者大恒圖形也推出了基于三維機(jī)器視覺技術(shù)的產(chǎn)品。在2013Vision China展上，大恒圖形在其展位上搭建出一套完整的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制系
統(tǒng)，演示如何運(yùn)用三維機(jī)器視覺技術(shù)控制6軸機(jī)械手自動(dòng)完成多目標(biāo)的識(shí)別拾取和裝配任務(wù)。演示系統(tǒng)采用了先進(jìn)的單目3D視覺技術(shù)，采用透視圖匹配的方法獲取目標(biāo)的三維位姿，較多目立體視覺等傳統(tǒng)技術(shù)而言，單攝像機(jī)三維匹配技術(shù)成本更低，調(diào)試配置更簡(jiǎn)單，運(yùn)行也更加穩(wěn)定可靠。

3D視覺技術(shù)助力機(jī)器視覺高端應(yīng)用

    3D視覺技術(shù)作為行業(yè)研究的焦點(diǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，3D視覺技術(shù)的突破也為機(jī)器視覺技術(shù)帶來更廣泛的應(yīng)用，為行業(yè)發(fā)展帶來新氣象。

    目前3D機(jī)器視覺大多用于水果和蔬菜、木材、化妝品、烘焙食品、電子組件和醫(yī)藥產(chǎn)品的檢測(cè)。它可以提高合格產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，在生產(chǎn)過程的早期就報(bào)廢劣質(zhì)產(chǎn)品，從而減少浪費(fèi)、節(jié)約成本。

    如在食品加工業(yè)，一直使用二維（2D）機(jī)器視覺技術(shù)利用高線速來進(jìn)行對(duì)水果蔬菜的分類。但對(duì)于食品的表面特征，如食品的體積、高度等，用二維技術(shù)很難獲取這些信息。為了精確測(cè)量
食品的體積，企業(yè)把三維激光檢查系統(tǒng)和二維視覺檢查系統(tǒng)結(jié)合起來使食品加工達(dá)到最優(yōu)化，滿足對(duì)包裝食品越來越嚴(yán)厲的視覺要求。這種系統(tǒng)使用底面格列式的電荷耦合器（CCD）來捕捉反射的激光線。圖像處理算法是根據(jù)食品的激光位移采用三角網(wǎng)法來確定Ｚ坐標(biāo)軸上的信息，也就是高度，然后與激光檢查系統(tǒng)得到的Ｘ，Ｙ坐標(biāo)軸上的信息結(jié)合在一起算出食品的形狀和體積。

    由于3D視覺具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)，如精度高、擴(kuò)展能力強(qiáng)大，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、不易損壞、保密性好、沒有培訓(xùn)成本、結(jié)果易于保存和復(fù)制等。隨著3D視覺技術(shù)的突破，將進(jìn)一步強(qiáng)化視覺技術(shù)的高端應(yīng)用。

    3D人臉識(shí)別即是一個(gè)方興未艾的應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前人臉識(shí)別技術(shù)還僅限于2D識(shí)別。近幾年3D面部識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展，3D人臉識(shí)別的基本原理是基于一個(gè)人的臉，獨(dú)特的幾何形狀生物特征可以很容易地存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)與“活體”人臉面部特征做比對(duì)時(shí)，如數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤將接受控制。3D人臉識(shí)別速度快、準(zhǔn)確性高，采用非接觸式識(shí)別，也正是基于這個(gè)特點(diǎn)，來滿足門禁訪問控制系統(tǒng)的需求。采用三維立體式識(shí)別，能夠解決一些普通2D識(shí)別技術(shù)共同面臨的問題，如識(shí)別角度及面部識(shí)別提供的額外信息。識(shí)別準(zhǔn)確無誤。

    而3D機(jī)器視覺技術(shù)與機(jī)器人的結(jié)合更被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是未來的重要發(fā)展趨勢(shì)。Fanuc 公司開發(fā)了稱之為iRVision的第一套工業(yè)用集成3D視覺系統(tǒng)，該技術(shù)已應(yīng)用于所有的Fanuc R-30iA型機(jī)器人系
統(tǒng)上。全部工藝由主機(jī)器人上的CPU單元執(zhí)行，因而不會(huì)產(chǎn)生通信延時(shí)的現(xiàn)象，也無需再附加硬件。

    機(jī)器人視覺系統(tǒng)已應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線的成套車體生產(chǎn)機(jī)器人上。之前沒有視覺系統(tǒng)，需要采用特殊的工具在車體上加工孔徑，以便使機(jī)器人能夠知道車體的具體位置。然而在視覺攝像系統(tǒng)開發(fā)以后，就再也不需要這類昂貴的加工工具了。機(jī)器人能夠自動(dòng)地確定車體的確切位置，然后通過數(shù)學(xué)方式計(jì)算出這四個(gè)孔徑的位置。

    視覺系統(tǒng)采用運(yùn)算技術(shù)來識(shí)別圖像，然后通過培訓(xùn)，教會(huì)機(jī)器人識(shí)別事物并尋找所需要的東西。圖像建立在大量的像素?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，系列中的每一個(gè)像素都有一個(gè)灰度等級(jí)，然后通過運(yùn)算技術(shù)分析數(shù)據(jù)。機(jī)器人可以判斷出圖像的拍攝位置，因此能夠識(shí)別物體所處的位置，然后判斷其相應(yīng)的尺寸、形狀和質(zhì)量；也可以根據(jù)圖像和運(yùn)算法則更改程序，例如，不同大小的零件可以采用不同的路徑，零件A將在零件B應(yīng)該落下的地方掉落。

    相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有類似于人類視力的機(jī)器人系統(tǒng)不再是科幻小說中的夢(mèng)想。尤其是在機(jī)器人領(lǐng)域，今后，3D機(jī)器視覺系統(tǒng)將成為機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)附加設(shè)備，攜手機(jī)器人共同打造夢(mèng)幻般視覺。