機器視覺系統(tǒng)簡介

機器視覺顧名思義是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、定位等功能。機器視覺可以顯著提高生產(chǎn)效率和自動化、智能化程度。一個典型的機器視覺系統(tǒng)包括:光源、鏡頭、相機、圖像處理硬件、圖像處理軟件、執(zhí)行單元等。

機器視覺綜合了光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件方面的技術(shù)，涉及圖像處理、模式識別、人工智能、光機電一體化等多個領(lǐng)域。

近年來，圖像處理和人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推動了機器視覺的發(fā)展。

機器視覺系統(tǒng)工作原理

機器視覺系統(tǒng)通過圖像采集硬件(相機、鏡頭、光源等)將光信號轉(zhuǎn)換成圖像信號，并傳送給圖像處理軟件。圖像處理軟件根據(jù)像素亮度、顏色分布等信息，對目標(biāo)進行特征提取，并做出相應(yīng)的判斷，根據(jù)結(jié)果輸出來控制現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)檢測功能。
視覺處理系統(tǒng)包含硬件和軟件兩方面。根據(jù)硬件的不同，機器視覺系統(tǒng)分為智能相機和基于PC的視覺系統(tǒng)。一個基于PC的機器視覺系統(tǒng)核心的部分由光源、鏡頭、相機、視覺處理系統(tǒng)四個部分組成。
鏡頭主要作用是將被測目標(biāo)成像至攝像機的感光芯片上。
相機主要作用是采集圖像，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而輸出圖像給計算機。
軟件的核心技術(shù)為圖像處理及分析算法，它包括圖像增強、圖像分割、特征抽取、圖像識別與分析等。通過圖像處理與分析，對產(chǎn)品質(zhì)量判斷、尺寸測量，并將結(jié)果信號傳輸?shù)较鄳?yīng)的硬件進行顯示或執(zhí)行。

機器視覺與人工視覺的對比

在以往大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，主要靠人工視覺對產(chǎn)品進行測量、識別和分析。由于人工視覺處理時，效率低，穩(wěn)定性差且精度不高，用機器視覺可以大幅度提高處理效率和自動化程度。

同時，在一些不適合人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人眼難以滿足要求的場合，也常用機器視覺來替代人眼，如核電站監(jiān)控、晶圓缺陷檢測。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

由于機器視覺系統(tǒng)可快速獲取大量信息，且易于自動處理及信息集成，故在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，機器視覺系統(tǒng)廣泛用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、產(chǎn)品識別、尺寸測量等方面。機器視覺與人工視覺主要區(qū)別如右表。

機器視覺發(fā)展趨勢

隨著機器視覺應(yīng)用場景的復(fù)雜多樣，其與深度學(xué)習(xí)算法、3D應(yīng)用技術(shù)、互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)的融合也越來越緊密。

深度學(xué)習(xí)算法︰深度學(xué)習(xí)算法模擬類似人腦的層次結(jié)構(gòu)，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立從低級信號到高層語義的映射，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級特征表達。深度學(xué)習(xí)算法被引入機器視覺圖像處理系統(tǒng)來進行外觀檢測，使識別過程更智能，視覺信息處理能力更強大。

3D應(yīng)用技術(shù):隨著3D應(yīng)用技術(shù)的不斷深入，越來越多的3D重構(gòu)技術(shù)被引入到機器視覺，如結(jié)構(gòu)光、DFF、TOF、立體視覺、光度立體法等。3D圖像處理與分析的算法也被研究得越來越廣泛，將成為機器視覺的一個主流發(fā)展方向。

互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)︰機器視覺系統(tǒng)內(nèi)部，以及與智能制造設(shè)備之間，與企業(yè)的管理系統(tǒng)之間，有必要進行互聯(lián)互通，使設(shè)備和制造管理朝著更智能方向發(fā)展。目前視覺行業(yè)內(nèi)部，包括EMVA、AIA、CMVA、JIIA等，合作制定了GenlCam標(biāo)準(zhǔn)。AIA制定了GigE Vision，USB3 Vision等相機通信協(xié)議。視覺行業(yè)還與其他行業(yè)協(xié)會合作，不斷拓展互聯(lián)互通的外延，旨在促成視覺系統(tǒng)與其他行業(yè)的互聯(lián)互通。

機器視覺的典型應(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)廣泛地應(yīng)用于電子、SMT、半導(dǎo)體、醫(yī)藥/醫(yī)療、煙草、印刷、食品/飲料、汽車、鋰電、光伏等各行各業(yè)中。應(yīng)用項目包括裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、產(chǎn)品識別、產(chǎn)品尺寸測量等方面。

電子行業(yè)視覺應(yīng)用

電子行業(yè)的快速發(fā)展，給機器視覺帶來了巨大的機遇和挑戰(zhàn)。機器視覺技術(shù)不斷地滲透到電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，從電子產(chǎn)品的設(shè)計、制造到產(chǎn)品質(zhì)檢、復(fù)檢、包裝等，都給電子行業(yè)的發(fā)展注入了新的力量。

檢測內(nèi)容包括:
電容、電感外觀檢測;液晶屏AA區(qū)定位、手機卡槽定位、手機外觀缺陷檢測、手機殼LOGO檢測等。

SMT行業(yè)視覺應(yīng)用

SMT(Surface Mounted Technology)是目前電子組裝行業(yè)里非常常用的一種技術(shù)和工藝。機器視覺主要用于SMT生產(chǎn)線上的定位與質(zhì)量檢驗，包括印刷機中鋼網(wǎng)與PCB對位，錫膏3D掃描，貼片機元器件定位，印刷后AOI、貼片后AOI、爐后AOI等。
檢測內(nèi)容包括:
點膠檢測、元件正負極判斷、元件組裝定位、PCB板焊錫復(fù)檢(虛焊、多錫、少錫等)、OCR(光學(xué)字符識別)、表面二維碼識別等。

半導(dǎo)體行業(yè)視覺應(yīng)用

機器視覺在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用已非常普遍，涉及到半導(dǎo)體外觀缺陷、尺寸大小、數(shù)量、平整度、間距、定位、焊點質(zhì)量、彎曲度等檢測。

檢測內(nèi)容包括:
金屬棒、晶圓尺寸測量、晶圓劃片定位、晶棒切割定位、外觀、異物缺陷檢測、IC引腳平整度檢測、SMD包裝檢測、字符識別等。

醫(yī)藥/醫(yī)療行業(yè)視覺應(yīng)用

機器視覺技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的廣泛適用性為其贏得更加廣闊的市場空間。
檢測內(nèi)容包括:液體制劑的灌裝定位、尺寸不合格的膠囊檢測、瓶體內(nèi)雜質(zhì)及封蓋檢測、膠囊臟污檢測、醫(yī)藥產(chǎn)品外包裝的條碼檢測、外包裝外觀檢測、外包裝紙箱的滿箱檢測等。

煙草行業(yè)視覺應(yīng)用

香煙的生產(chǎn)速度非?？欤谏a(chǎn)過程中有許多不合格品產(chǎn)生。通過機器視覺及時發(fā)現(xiàn)不合格品并將其剔除是非常必要的。

檢測內(nèi)容包括:
煙葉原料雜物檢測、過濾煙嘴尺寸測量、卷紙包裝缺陷檢測、煙盒表面字符二維碼檢測、煙包變形檢測、煙盒計數(shù)等。

印刷行業(yè)視覺應(yīng)用

印刷行業(yè)是機器視覺常見的應(yīng)用行業(yè)之一。機器視覺系統(tǒng)能夠迅速準(zhǔn)確的檢測出印刷品中的各類缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。被檢測的印刷品形式多樣，從印刷材質(zhì)類型可分為紙質(zhì)、塑料和金屬鋼板等;從印刷的形式可分為卷曲材料和單張產(chǎn)品。
檢測內(nèi)容包括:
材質(zhì)的缺陷檢測(如孔洞、異物等)、印刷缺陷檢測(如飛墨、刀絲、蹭版、套印不準(zhǔn)等)、顏色缺陷檢測(如淺印、偏色、露白等)。

食品/飲料行業(yè)視覺應(yīng)用

近年來，在食品/飲料高速生產(chǎn)流水線上，人工檢測已不能滿足企業(yè)對于食品/飲料質(zhì)量的檢測要求，機器視覺的迅速發(fā)展大大提高了食品/飲料行業(yè)檢測技術(shù)水平。隨著一系列應(yīng)用問題得到解決，基于機器視覺應(yīng)用的食品/飲料生產(chǎn)自動化程度顯著提高。
檢測內(nèi)容包括:
玻璃瓶的質(zhì)量檢測，如瓶口破損、瓶身、瓶底異物檢測。瓶子計數(shù)、飲料灌裝定位、灌裝液位檢測、灌裝后異物檢測、標(biāo)簽位置及噴碼識別等。

汽車行業(yè)視覺應(yīng)用

由于人工成本的增加、人力資源的緊缺以及汽車產(chǎn)業(yè)對于產(chǎn)線高效率、高精度、高品質(zhì)、高智能的要求，機器視覺技術(shù)在汽車行業(yè)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，不僅可以大大提高工作效率，而且可以提升產(chǎn)品質(zhì)量。
檢測內(nèi)容包括:
汽車五金件尺寸測量、外觀缺陷檢測、零件條碼讀取、鈑金焊點檢測、汽車零部件組裝定位、汽車燈罩、卡扣等字符識別、外觀檢測、面板標(biāo)識檢測等。

鋰電行業(yè)視覺應(yīng)用

近年來國家大力推動新能源發(fā)展，鋰電池行業(yè)發(fā)展迅速。鋰電池極片在生產(chǎn)過程中，會因為涂布機、輯壓機的原因造成負極露箔、暗斑、亮斑、掉料等缺陷。使用機器視覺檢測的方式替代人工挑選出次品，能夠?qū)崿F(xiàn)極片自動化檢測，確保產(chǎn)品的安全。
檢測內(nèi)容包括:
涂布外觀檢測、極耳焊接定位、尺寸測量、折痕檢測、焊接爆點檢測、電池表面字符識別、成品外觀檢測等。

光伏行業(yè)視覺應(yīng)用

隨著人力成本的提高，同時為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，避免眾多人為因素造成的質(zhì)量問題，在太陽能電池板制程中，從前端到后端，任何一個環(huán)節(jié)出錯，都會影響到太陽能電池板成品的發(fā)電效率，例如二次污染和破片。使用機器視覺檢測技術(shù)代替人工，對硅片、太陽能電池片進行檢測與分選，是光伏制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。
檢測內(nèi)容包括:
太陽能電池涂錫及尺寸測量、太陽能電池板焊接定位、焊接表面臟污檢測、電池片缺陷檢測(裂紋、雜質(zhì)、空隙、邊角斷裂、柵線斷裂、漿料污漬、色彩偏差)等。

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