機器(qi)視覺，是通過光學裝置(zhi)和非接触式的傳感器，自動地接收和處(chu)理一個真實物體的圖(tu)像，以获得所(suo)需(xu)信息或用於控製機器人運動的裝置。
这是美國製造工(gong)程師协(xie)會(SME)機(ji)器視覺分會(hui)和美國機器人工業协會(RIA)自動化視覺(jue)分會，對機器視覺的定義。
機器視覺，就是(shi)用機器代替(ti)人眼，來做(zuo)測量和判断。本質上，機器視覺是圖像分析技術在工廠自動(dong)化中(zhong)的應用，通過使用光學(xue)系統(tong)、工業数字相(xiang)機和圖像處理工具(ju)，來模擬(ni)人的視覺能力(li)，並做出相應的決策，最終通過指挥某種特(te)定的裝置執行(xing)这些決策。
在現代(dai)自動化生產過程中，機器視(shi)覺已經開始慢慢取代人工視覺，尤其是(shi)在工况檢測(ce)、成品檢(jian)驗、質量控製等领域，應用廣泛，随着工業4.0時代的到來，这一(yi)趨勢不可(ke)逆轉。
為什麼要用(yong)機器視(shi)覺替代人工視覺
原因有很多，以下列出较主要的几點：
1、从生產效(xiao)率的角度來說(shuo)，由於操作工在长時間工作下容易疲惫，人工視覺質量效率低下且精度不高(gao)，而機(ji)器視覺可以大大提高生產(chan)效率和自動化程度。
2、从成本控製的(de)角度來說，培訓一個合格(ge)的操作工需要企業管理者花費大量的人力物力(li)，然而單純的(de)培訓還远远不(bu)够，后續還需要花費大量的時間(jian)，使操作(zuo)工的水平在(zai)實践中得到提升。而機(ji)器視覺系(xi)統只要設計、調試和操作(zuo)得(de)当，可以在很长一段時間(jian)内不間断(duan)使用，同時(shi)確保生產效果。
3、在某些特殊工業環境(jing)中實施工况檢測，如(ru)焊接、火药製造等，人工視覺(jue)可能會對操作工的人(ren)身安全造成威胁，而機器視覺从某種程度(du)上有效地規避了(le)这些風险。
機器視覺涵盖哪些领域
一個機器視覺系統是(shi)由不同(tong)的功能模块共同組成，設(she)計出一個成功的機器視覺系統，對工程師要求很(hen)高。
一般(ban)來說，機器(qi)視覺所涵盖的專業领(ling)域如下：
1、電氣工程：用於機器視(shi)覺系統中硬件和软件(jian)的設計。
2、工程数學：圖像處理技術的基礎。
3、物理：照明系統設計的基(ji)礎。
4、機械工程：機器視覺系統最廣泛的(de)應用。好(hao)的機器視覺系統能更好地為製造業提供更多有利於提高產品質(zhi)量和生產效率的技術支持。
機器視覺系統的(de)構成(cheng)模块
一個完整的機器視(shi)覺系統一般(ban)由光學系統(光源、镜头、工業(ye)相機)、圖像采集單元(yuan)、圖像處理單元、執(zhi)行機(ji)構及人機界面等模块組成，所有功能(neng)模块相(xiang)辅相成，缺一不可。
照明(光源)
照明是影響機器視覺(jue)系統輸入的(de)重要因素，光源(yuan)系統的設計(ji)至關重要，直接關系到輸入数(shu)據，即圖像的質量(liang)和應(ying)用效果。
工程師需根據用戶需求和產品特性，首(shou)先確定有效的照明条件，選擇相應(ying)的照明裝置，才能確(que)保在此光照条(tiao)件下生成的圖像能突顯出用戶需要的目標信息特征。
光源一般分為可见光源(yuan)和不(bu)可见光源，工業上常用的可见光源有LED、卤素燈(deng)、荧(ying)光燈等;不可(ke)见光源主要為近紅外光、紫(zi)外光(guang)、X射線等。
LED光源是目前運用最多的機器視覺光源，它具有效率高、寿(shou)命长、防潮(chao)抗震、節能環(huan)保等特點，是工程師在設計照明系統(tong)時的最(zui)佳選擇。
不可见(jian)光源主要用來應對一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測，由於不可(ke)见光的可穿透性，才能到達檢測點。
镜头
镜头是機器視覺系(xi)統(tong)中的重要組件，其作(zuo)用是光學成像(xiang)。
镜头的(de)主要參数有(you)焦距、景深(shen)(DOF，Depth of Field)、分辨率、工(gong)作距离、視場(FOV，Field of View)等。
景深(shen)，是指镜头(tou)能够获得最佳圖像時，被摄物體离此(ci)最佳焦點前后的(de)距离範围。
視場，表示摄(she)像头所能觀測到的最大(da)範围，通常以角度表示，一般(ban)說來，視場越(yue)大，觀測範围越大。
工(gong)作距离，是指镜头到被摄(she)物體的距离，工作距离(li)越长，成本越高。
在設計(ji)機器(qi)視覺系統時，要選擇參数與用戶需求相(xiang)匹配的镜头(tou)。
工業相機
在機器視覺系統中工業相機必(bi)不(bu)可少，它就像人眼一樣，用來捕(bu)获(huo)圖像。相機按其感光器的不同(tong)，可分為：CCD相(xiang)機;CMOS 相(xiang)機。
CCD相機的(de)成本(ben)较高，但(dan)成像品(pin)質、成像(xiang)通透性、色彩的(de)豐富性等较(jiao)CMOS相機出(chu)色很多。CCD相機按其使用的CCD感光元件可分為線阵式和面阵式(shi)兩(liang)大類。
線阵(zhen)相機(ji)，是(shi)呈“線”状的，對圖像的信息只(zhi)能以行為單位進行處(chu)理，分辨率高，速(su)度(du)快，主要應用於工業、医疗、科(ke)研(yan)等领域中，相配套的(de)機器(qi)視覺系統上。
面阵式相機則(ze)一次可以获得整(zheng)幅圖像的信息，价格相對便宜。
圖像采集單元
圖像采集單元中最重要的元件(jian)是圖(tu)像采集卡，它是圖像采集單(dan)元與圖(tu)像處理單元的接口，用來將采集到的圖像(xiang)進(jin)行数字化，並輸入、存储到計算機中。
圖像(xiang)處理單(dan)元包含大量圖像處理算法。在(zai)取得圖像后，用这些算法對(dui)数字圖像進行(xing)處理，分析計算，並(bing)輸出結果(guo)。
執行機構與人機界面
在完成圖像采集和處理工作之后，需要將圖像處理(li)的(de)結果輸出，並做出與結果相(xiang)匹配的動作，如剔废、報警等，並通過人機界面顯示生產信息(xi)。
機器視覺系統的原理
通過光學系(xi)統，將需要拍(pai)摄的目標轉换成(cheng)為圖像信號，再將圖像(xiang)信號傳送至圖像采集卡，並根據像素分布、亮度、顏色等信息，轉(zhuan)换成為数字信號。
圖像處理單元對这些数字信號進行有效地運(yun)算並(bing)获得拍摄目標的特征值，从而根據判別的(de)結果來指挥(hui)設備進行相對應的動作。
機器視覺系統的流程
以安瓿注(zhu)射剂中异物自(zi)動燈檢為例，该機器視覺系(xi)統的工作流程(cheng)如下：
首先，待檢的(de)安瓿瓶由機械輸送裝置輸送至檢(jian)測工位，PLC发出“物體已到達”信號。
随(sui)后，相(xiang)機(camera and lens)和光源(light source)被(bei)触发並同(tong)步開启，對待(dai)檢安瓿瓶中液(ye)體進行圖像获取。
接着，获取到的(de)药液(ye)状態圖像在圖像采集卡(image processing hardware)中(zhong)進行(xing)数字化，並將被数字化的圖像存(cun)储在計算機中(zhong)。
然后，所存储的信息被運到圖像(xiang)處理软件，對数字圖像(xiang)信號(hao)進行處理與异物特征分析，判断液體質量是否(fou)合乎要求並做出決策，如好品GOOD，坏品NOTGOOD。
最終(zhong)，由控製系統(tong)，如PLC指(zhi)挥某特定裝置執行上(shang)述決策，即將好(hao)品和(he)坏品通過不同的輸出通道分選開來，並(bing)在人機界面上顯示相關数據。
