農(nóng)業(yè)機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)論文(2)
農(nóng)業(yè)機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)論文
農(nóng)業(yè)機(jī)械視覺(jué)技術(shù)論文篇二
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其應(yīng)用概況
摘要：介紹了機(jī)器視覺(jué)的系統(tǒng)組成及工作原理、相對(duì)于人類(lèi)視覺(jué)優(yōu)勢(shì)所在，闡述了機(jī)器視覺(jué)在我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用，指出了機(jī)器視覺(jué)的未來(lái)走向。
關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);應(yīng)用;圖像處理
中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)18-31701-02
Machine Vision Technology and Application Profiles
CHEN Fa-dong,ZHANG Xiao-fang,ZHAO Huan-yu,ZHANG Tao,YU Guo-ying
(Hebei Jinniu Energy Co.,Xingtai 054001,China)
Abstract:The paper introduced the machine vision system structure and working principle and the superiorities compared to human vision, the applications of machine vision are expounded in our industry, agriculture, medical, robotics, navigation, satellite remote sensing fields, the future direction of machine vision is stated.
Key words:Machine vision; Application; Image Procession
1 引言
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是20世紀(jì)70年代在遙感圖像處理和醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上逐漸興起的，并應(yīng)用于多種領(lǐng)域。在我國(guó)，機(jī)器視覺(jué)仍屬新興行業(yè)，但是隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的需求必將呈上升趨勢(shì)。
2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)
機(jī)器視覺(jué)是研究用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬生物外顯或宏觀視覺(jué)功能的科學(xué)和技術(shù)，用圖像來(lái)創(chuàng)建和恢復(fù)現(xiàn)實(shí)世界模型, 最終用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制，是一門(mén)涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理及模式識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域的交叉學(xué)科[1]。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)一般由攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、光源、光照箱、載物臺(tái)等組成，如圖1所示。
圖1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
工作原理是：在一定光照條件下, 用攝像機(jī)把三維場(chǎng)景的被攝取目標(biāo)圖像采集到計(jì)算機(jī)內(nèi)部形成原始圖像;然后，運(yùn)用圖像處理技術(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理以改善圖像質(zhì)量，分割圖像，提取特征要素，構(gòu)成對(duì)圖像的描述;最后，采用模式識(shí)別技術(shù)進(jìn)行特征分類(lèi)，并根據(jù)預(yù)設(shè)條件輸出結(jié)果。
機(jī)器視覺(jué)具有與被觀測(cè)的對(duì)象無(wú)接觸，對(duì)被攝物體無(wú)損傷，觀測(cè)過(guò)程客觀，判別結(jié)果可靠性高的特點(diǎn);同時(shí)機(jī)器視覺(jué)也拓寬了人類(lèi)視覺(jué)范圍，在許多人類(lèi)視覺(jué)無(wú)法感知的場(chǎng)合，如工業(yè)環(huán)境下高危險(xiǎn)場(chǎng)景的感知、不可見(jiàn)物體感知等等，機(jī)器視覺(jué)更具優(yōu)勢(shì);而且機(jī)器視覺(jué)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。
2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用
隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖像處理及與人類(lèi)視覺(jué)相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在理論和實(shí)踐上都取得了重大的發(fā)展，在我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，下面就機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用概況進(jìn)行闡述。
2.1 工業(yè)
在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化和產(chǎn)品質(zhì)量的日益提高，要求有更有效、更精確和高速度的檢測(cè)手段，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能夠保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性，提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度，大大提高生產(chǎn)效率。因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)被廣泛地用于產(chǎn)品測(cè)量、檢驗(yàn)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域。
機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)中的具體應(yīng)用主要有：汽車(chē)整車(chē)尺寸測(cè)量，零件邊緣及平面尺寸檢測(cè)，螺紋幾何參數(shù)檢測(cè)，帶鋼表面缺陷檢測(cè)，電機(jī)換向片偏移檢測(cè)，玻璃制品裂紋檢測(cè)，煙包包裝檢測(cè)，飲料行業(yè)的容器質(zhì)量檢測(cè)，半導(dǎo)體集成塊封裝質(zhì)量檢測(cè)，印刷電路板疵病檢查，彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析、流體力學(xué)圖片的阻力和升力分析，郵政信件的自動(dòng)分揀等。機(jī)器視覺(jué)可以在一些有毒、放射性環(huán)境內(nèi)識(shí)別工件及物體的形狀和排列狀態(tài)[2]。在制藥生產(chǎn)線上，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還可以對(duì)藥品包裝進(jìn)行檢測(cè)，以確定是否裝入正確數(shù)量的藥粒。
2.2 農(nóng)業(yè)
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的研究與應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代末期，主要集中于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)的自動(dòng)檢測(cè)機(jī)械的研究[3]。
農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程受到自然和人為等復(fù)雜因素的影響，產(chǎn)品品質(zhì)差異很大，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的大小、形狀、顏色、表面裂紋和表面缺陷及損傷。它的優(yōu)點(diǎn)是：速度快，信息量大，可一次完成多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的綜合檢測(cè)，還可完成定量指標(biāo)的測(cè)量，精確度高，能夠克服人眼的差異和視覺(jué)疲勞，實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。能夠檢測(cè)的農(nóng)產(chǎn)品有蔬菜、水果、谷物、煙草、茶葉、禽蛋等，其中部分研究已從理論走向?qū)嶋H應(yīng)用，并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。其中，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)發(fā)揮了主力軍作用。此外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)也開(kāi)始引入到機(jī)器視覺(jué)識(shí)別與分級(jí)中，應(yīng)用該技術(shù)有利于設(shè)計(jì)制造自動(dòng)分級(jí)流水線，大大提高工作效率。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字圖像處理分析理論的成熟，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也逐漸滲透到農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)及草害的監(jiān)測(cè)與防治、自動(dòng)化收獲，以及農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)糧害蟲(chóng)檢測(cè)等領(lǐng)域。
2.3 醫(yī)學(xué)
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，主要用于醫(yī)學(xué)輔助診斷。首先采集核磁共振、超聲波、激光、X射線、γ射線等對(duì)人體檢查記錄的圖像，再利用數(shù)字圖像處理技術(shù)、信息融合技術(shù)對(duì)這些醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析、描述和識(shí)別，最后得出相關(guān)信息，對(duì)輔助醫(yī)生診斷人體病源大小、形狀和異常，并進(jìn)行有效治療發(fā)揮了重要的作用。
利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還可對(duì)其它醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，如利用數(shù)字圖像的邊緣提取與分割技術(shù)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)細(xì)胞個(gè)數(shù)，不僅節(jié)省人力，還大大提高了準(zhǔn)確率和效率。另外，基于CT圖像的內(nèi)部器官的重建，DSA(數(shù)字減影)技術(shù)等也是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。
2.4 機(jī)器人導(dǎo)航
機(jī)器人導(dǎo)航包含道路規(guī)劃、避免碰撞、自適應(yīng)位置控制和機(jī)器人相對(duì)于特定目標(biāo)在三維空間中精確方位定位。在制造業(yè)，機(jī)器人被廣泛地應(yīng)用于零件的裝配和檢驗(yàn)，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用于機(jī)器人使其柔性大大增加，使大批量使用裝配、檢驗(yàn)機(jī)器人成為可能。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)是一種基于視覺(jué)測(cè)量并進(jìn)行制導(dǎo)和控制的系統(tǒng)，例如機(jī)械手在一定范圍內(nèi)抓取和移動(dòng)工件，攝像機(jī)利用動(dòng)態(tài)圖像識(shí)別與跟蹤算法，跟蹤被移動(dòng)工件，始終保持其處于視野的正中位置。相對(duì)于室內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人而言, 農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航的工作環(huán)境和工作對(duì)象更加復(fù)雜。
農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)導(dǎo)航是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個(gè)重要組成部分，有著廣闊的發(fā)展前景，在自動(dòng)噴灑農(nóng)藥肥料、收割作業(yè)、中耕除草、插秧耕作等許多方面有著廣泛的用途。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)中，采用機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航除具有靈活、實(shí)時(shí)性和導(dǎo)航精度高等優(yōu)點(diǎn)外，在采集導(dǎo)航信息的同時(shí)還能采集有關(guān)農(nóng)作物、病蟲(chóng)害以及農(nóng)田狀況的圖像，隨著以信息化技術(shù)為核心的精細(xì)農(nóng)業(yè)的興起，機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航必然會(huì)有更大的發(fā)展空間。
2.5 衛(wèi)星遙感
衛(wèi)星遙感圖像信息量大，數(shù)據(jù)存在多種干擾和誤差，處理和分析的工作量、難度都很大。在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被用于分析各種遙感圖像，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、地理測(cè)量，根據(jù)地形、地貌的圖像和圖形特征，對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、理解和分類(lèi)等。具體來(lái)說(shuō)有自動(dòng)制圖，衛(wèi)星圖像與地形圖對(duì)準(zhǔn)，自動(dòng)測(cè)繪地圖;對(duì)國(guó)土資源管理，如森林、水面、土壤的管理等;還可以對(duì)環(huán)境、火警自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
2.6 其它方面
在交通管理系統(tǒng)中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被用于車(chē)輛識(shí)別、調(diào)度，向交通管理與指揮系統(tǒng)提供相關(guān)信息;在閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被用于增強(qiáng)圖像質(zhì)量，捕捉突發(fā)事件，監(jiān)控復(fù)雜場(chǎng)景，鑒別身份，跟蹤可疑目標(biāo)等，它能大幅度地提高監(jiān)控效率，減少危險(xiǎn)事件發(fā)生的概率;在航天及軍事方面，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)被用于衛(wèi)星照片的自動(dòng)分析與判讀，景物識(shí)別，目標(biāo)檢測(cè)，識(shí)別和定位，目標(biāo)跟蹤，成像精確制導(dǎo)等。
3 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究得到了廣泛開(kāi)展，但我們應(yīng)當(dāng)看到，機(jī)器視覺(jué)從誕生到今天這短短三十多年時(shí)間中，其相關(guān)研究、發(fā)展和應(yīng)用還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟的程度。在未來(lái)的幾年內(nèi)，隨著中國(guó)加工制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)于機(jī)器視覺(jué)的需求必將逐漸增多，隨著機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品的增多，技術(shù)的提高，國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用狀況也將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線、智能化、高精度檢測(cè)與控制必將成為我國(guó)機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)：
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