視覺是人類認知世界的重要手段，通過視覺獲得的信息占人類獲得外部信息的80%以(yi)上(shang)。人(ren)類(lei)通(tong)過(guo)視(shi)覺(jiao)感(gan)知(zhi)外(wai)部(bu)世(shi)界(jie)信(xin)息(xi)

，再(zai)通(tong)過(guo)大(da)腦(nao)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)判(pan)斷(duan)，做(zuo)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)動(dong)作(zuo)。讓(rang)機(ji)器(qi)像(xiang)人(ren)一(yi)樣(yang)也(ye)有(you)視(shi)覺(jiao)功(gong)能(neng)是(shi)人(ren)類(lei)長(chang)久(jiu)以(yi)來(lai)的(de)夢(meng)想(xiang)。隨著計算機
、人工智能、光學、電子、控製技術的發展，特別是CCD
、DSP
、圖像處理、模式識別
、計算機視覺技術的飛速進步
，一門新興的技術——機器視覺（Machine Vision），正在將這一夢想變為現實。  

   jiqishijiaojishushidejisuanjixitongnengtongguotuxiangrenzhizhouweihuanjing，bingzuochuxiangyingdepanduan，genjushedingdeguizekongzhixitongdexingwei。zhejiushidejiqixitongjubeileleisirenleideshijiaohejinxingpanduandenengli。meiguozhizaogongchengshixiehuijiqishijiaofenhuihemeiguojiqirengongyexiehui（RIA

，Robotic Industries Association）對機器視覺下的定義為: “機器視覺是通過光學裝置和非接觸傳感器自動接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用於控製機器人運動的裝置”。簡單地說
，機器視覺就是用機器代替人眼和大腦完成各種測量和判斷。機器視覺首先處理圖像（視覺）xinxi，binggenjuchulijieguoduixiayibudongzuogeichukongzhi。yigejiqishijiaoxitongjiushiyigenengzidonghuoqumubiaowutituxiang，duisuohuoqutuxiangdegezhongtezhengliangjinxingchuli、分析、測量和判斷
，並做出定性分析和定量解釋，從而得到有關目標物體的認識並做出相應動作決策的係統。機器視覺係統的功能包括: 物體定位、特征檢測
、缺陷判斷、目標識別、計數和運動跟蹤等。  

機器視覺的發展曆程  

   機器視覺技術出現於20世紀中期。最初用於對二維圖像的分析和識別，如光學字符識別、工件表麵檢測
、航片解讀、顯微圖像判讀等
，基本上屬於圖像處理和識別的範疇。L.Robert在1965年發表了《三維物體的機器感知》這(zhe)一(yi)著(zhu)名(ming)論(lun)文(wen)，闡(chan)述(shu)了(le)利(li)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)科(ke)學(xue)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)手(shou)段(duan)實(shi)現(xian)從(cong)二(er)維(wei)圖(tu)像(xiang)獲(huo)得(de)三(san)維(wei)信(xin)息(xi)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)，開(kai)創(chuang)了(le)以(yi)理(li)解(jie)三(san)維(wei)場(chang)景(jing)為(wei)目(mu)的(de)的(de)三(san)維(wei)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)研(yan)究(jiu)
，到(dao)20世紀70年代，一些機器視覺應用係統陸續出現。  

   20世紀70年代Marr提ti出chu的de視shi覺jiao計ji算suan理li論lun是shi機ji器qi視shi覺jiao理li論lun研yan究jiu的de一yi個ge裏li程cheng碑bei，該gai理li論lun成cheng為wei機ji器qi視shi覺jiao研yan究jiu的de基ji礎chu理li論lun框kuang架jia。此ci後hou，有you關guan機ji器qi視shi覺jiao的de各ge種zhong理li論lun研yan究jiu迅xun猛meng發fa展zhan，圖tu像xiang處chu理li、模式識別、計算機視覺等領域新的方法和理論不斷湧現，為機器視覺的發展奠定了理論基礎。同時，計算機
、電子技術、CCD、DSP、光學、機械等硬件技術的進步也是日新月異，從光源、相機
、圖像采集卡到計算機和嵌入式係統，幾乎每一個機器視覺係統的有關環節都出現了性能的大幅提升甚至質的飛躍。更高分辨率的圖像
、更快的處理器

、更好的光源，同時還伴隨著成本的降低和體積的減小，這一切為機器視覺的發展準備了堅實的硬件平台。  

   理論和器件的發展加上來自社會生產的廣泛需求，導致了機器視覺技術的飛速發展。時至今日，機器視覺已廣泛應用於軍事、製造業
、半導體/電子、紡織、食品

、印刷、醫療

、煙草
、交通、物流
、娛樂、體育等許多行業

，已經深入到我們生產
、生活的各個方麵。機器視覺已成為數十億美元產值的新興產業。  
   典型的機器視覺係統以計算機為中心
，由視覺傳感器、圖像采集係統、圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)係(xi)統(tong)和(he)控(kong)製(zhi)機(ji)構(gou)組(zu)成(cheng)。視(shi)覺(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)圖(tu)像(xiang)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)采(cai)集(ji)圖(tu)像(xiang)
，並(bing)將(jiang)光(guang)學(xue)圖(tu)像(xiang)轉(zhuan)變(bian)為(wei)數(shu)字(zi)圖(tu)像(xiang)
，圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)係(xi)統(tong)對(dui)圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)和(he)分(fen)析(xi)
，得(de)到(dao)需(xu)要(yao)的(de)各(ge)種(zhong)信(xin)息(xi)，並(bing)做(zuo)出(chu)相(xiang)應(ying)的(de)動(dong)作(zuo)決(jue)策(ce)。機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)當(dang)程(cheng)度(du)上(shang)代(dai)替(ti)人(ren)眼(yan)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)，甚(shen)至(zhi)具(ju)有(you)比(bi)人(ren)眼(yan)視(shi)覺(jiao)更(geng)高(gao)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)
、更快的速度，獲得人眼所不能看到的波長範圍的信息，完成快速檢測、定位、識別


、導航、測量等各種任務。  

機器視覺係統的特點  

   機器視覺將計算機和電子係統的高速計算能力、可重複性、快速反應能力與人眼視覺的高度智能化和抽象能力、判斷能力結合，是實現儀器設備精密控製
、智能化、自動化的有效途徑，堪稱現代工業生產的“機器眼睛”。與傳統的傳感器和人工操作相比具有獨特的優點:  
   ● 精度高。采用高分辨率的光學成像係統和圖像采集係統
，機器視覺可以達到比人眼高得多的檢測精度。  
   ● 非接觸。機器視覺係統可以實現非接觸量測和檢測，對被測物體不會造成任何損傷和改變。  
   ● 連續性和穩定性。機器視覺係統可以避免人眼工作的疲勞和狀態的不穩定
，實現長時間連續的測量識別和分析。  
   ● 較寬的光譜響應範圍。通過使用人眼看不見的譜段，如紅外線、紫外線、X光
，實現對特殊特征的識別和觀察，擴展了視覺範圍。  
   ● 快速。結合計算機的高速計算能力和成像器件的高速響應能力

，機器視覺係統可以實現對大批量、高速運動物體的捕捉
、識別、檢查和相應的動作，這是人難以做到的。這一特性對於軍事和現代製造業有特別重要的意義。  
   ● 在惡劣環境下工作。可以代替人在惡劣環境下工作。  
   ● 與海量知識和規則庫結合進行快速檢查和判斷。可以將獲得的圖像與預先存儲的大量規則和標準進行快速比對檢查。  
   ● 快(kuai)速(su)定(ding)量(liang)分(fen)析(xi)。機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)不(bu)僅(jin)能(neng)模(mo)擬(ni)人(ren)類(lei)視(shi)覺(jiao)做(zuo)出(chu)判(pan)斷(duan)
，更(geng)具(ju)有(you)人(ren)類(lei)視(shi)覺(jiao)所(suo)不(bu)具(ju)有(you)的(de)快(kuai)速(su)精(jing)確(que)定(ding)量(liang)測(ce)量(liang)和(he)分(fen)析(xi)能(neng)力(li)
，對(dui)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)調(tiao)節(jie)和(he)控(kong)製(zhi)有(you)極(ji)大(da)的(de)幫(bang)助(zhu)。  
   ● 一定的靈活性。通過調整軟件和參數可以適應一定範圍內變化的對象，優於傳統的光學、電子、機械傳感器。  
   ● 節省人力開銷，保護工作人員的健康。  

機器視覺的應用領域  

   機器視覺的獨特優點使得它在許多領域得到應用，甚至發揮著不可替代的作用，極大地提升了這些行業的技術水平。  
   1. 軍事。軍事領域是對新技術最渴望、zuimingandelingyu，duiyujiqishijiaotongyangyebuliwai。zuizaodeshijiaohetuxiangfenxixitongjiushiyongyuzhenchatuxiangdechulifenxihewuqizhidao。xiandaigaojingduzhidaowuqizhongjiyukejianguang、紅外線的製導，就是一套完整的機器視覺係統。通過傳感器成像、彈載計算機分析圖像在複雜的背景中識別目標並給出製導指令，在海灣戰爭中製造了導彈從窗口飛進大樓的效果。無人駕駛飛機、無人戰車也都借助機器視覺係統進行環境分析、lujingdaoyinhegongjidaoxiang。jishizaihoufang，weixiandedanyaokubanyuncaozuoyekeyijiezhuzhuangbeishijiaoxitongdejixieshoujinxing。weilaikenengchuxianzaizhanchangshangdejiqirenzhanshi，haowuyiwen，yebiranhuizhuangbeiyouminruideshijiaoxitong。  
   2. 半導體/電子。機器視覺大概有40%～50%的應用集中在半導體和電子產品製造領域。在這一領域，無論是在表麵檢測
、自動定位、字符檢測和識別還是尺寸測量方麵

，機器視覺都有著廣泛的應用。與在許多行業機器視覺還屬於“高檔”技術不同，在半導體/電子製造領域，機器視覺的應用正在走向普及化和多元化。麵對越來越高的集成度、越來越密集的線路和元件
、越來越快的製造速度，用機器視覺檢測、定位、導引幾乎是唯一的選擇。目前在半導體的前道和後道工藝以及電子元器件製造及終端電子產品中，都可以看到機器視覺的應用; 在IC製造業，如晶圓的雕刻、晶圓的切割方麵

，都需要定位與檢測; zaifengzhuangfangmianzhuyaojizhongzaiduifengzhuanghouqijiandezhiliangjianyan，zhuyaobaokuoyixieceliangyujiancedegongneng，erjiguangdabiaohoudezifuzhiliangjianyankenengshizuiweidajiashuzhideyigeyingyong。PCB製造是近年發展較快的一個領域，除了傳統的自動定位（打孔機等）
、自動檢測（印刷機等）外，基於機器視覺技術的AOI（自動光學檢測）已成為高精度PCB製板不可缺少的檢測設備，用於製板底片檢查、PCB裸板檢查
、元件貼裝後的檢查等。在電子元器件製造上，利用機器視覺進行檢測和測量，除了原來的普通器件測量和檢查外，LCD屏的檢測將成為重點。  
   3. 醫療。用於醫學圖像分析
，血液細胞自動分類計數
、染色體分析、癌症細胞識別、內鏡檢查等。  
   4. 製藥。藥品生產中外觀質量檢查
，藥品形狀
、厚度等尺寸檢查
、數量統計。  
   5. 郵政。通過機器視覺係統自動識別郵政編碼，實現信函自動分揀。  
   6. jixiezhizaoye。zaizhizaoyezhong，jiqishijiaojishukeyiyouxiaodiyongyuchanpindezhiliangjiance，kuaisujianzhachanpinbiaomianquexian
，jianzhachanpinzhizaochicun。jiqishijiaojishukeshixiansanweicelianghejiance，haikeyiyongyuzhuangpeiyindao。  
   7. 印(yin)鈔(chao)造(zao)幣(bi)。鈔(chao)票(piao)的(de)印(yin)刷(shua)質(zhi)量(liang)和(he)數(shu)量(liang)有(you)著(zhe)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)。機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)代(dai)替(ti)人(ren)對(dui)鈔(chao)票(piao)印(yin)刷(shua)質(zhi)量(liang)進(jin)行(xing)仔(zai)細(xi)的(de)檢(jian)查(zha)，以(yi)保(bao)證(zheng)鈔(chao)券(quan)的(de)印(yin)刷(shua)質(zhi)量(liang)。還(hai)可(ke)以(yi)對(dui)鈔(chao)票(piao)的(de)編(bian)號(hao)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)複(fu)核(he)，對(dui)鈔(chao)券(quan)數(shu)量(liang)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)無(wu)接(jie)觸(chu)清(qing)點(dian)。  
   8. 智能交通。機器視覺可用於交通流量分析、車牌識別
，在電子警察係統中，通過視覺檢測技術對於車輛行為進行分析、判斷違章
、記錄圖像

、識別車牌號碼並記錄。  
   9. 物流。進行條碼、標簽
、物品的識別與物品分揀，以及集裝箱號碼識別。  
   10. 煙草行業。機器視覺可用於煙草分級、異物剔除
、包裝質量檢查。  
   11. 農產品分選。采用機器視覺技術
，可以對農產品進行快速地自動分級分揀。例如采用機器視覺中的色選技術，可以將大米中的黑粒、異物等剔除
，以提高大米的等級
，可給企業帶來巨大的效益。  
   12. 紡織。紡織原料中的異種纖維
，如棉花中的麻繩、塑料纖維、幹(gan)草(cao)等(deng)，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)紡(fang)織(zhi)品(pin)質(zhi)量(liang)。統(tong)計(ji)表(biao)明(ming)異(yi)種(zhong)纖(xian)維(wei)給(gei)紡(fang)織(zhi)業(ye)帶(dai)來(lai)的(de)損(sun)失(shi)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)同(tong)等(deng)重(zhong)量(liang)的(de)黃(huang)金(jin)價(jia)值(zhi)。機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)中(zhong)的(de)色(se)選(xuan)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)剔(ti)除(chu)紡(fang)織(zhi)原(yuan)料(liao)中(zhong)的(de)雜(za)質(zhi)，提(ti)升(sheng)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)。在(zai)紡(fang)織(zhi)、印染過程中，機器視覺技術可以實時監控產品質量、檢出疵點。  
   13. 食品飲料。可用機器視覺技術進行液位高度檢測、外觀檢測
、條碼檢測。  

應用前景  

   機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)已(yi)經(jing)吸(xi)引(yin)了(le)眾(zhong)多(duo)的(de)廠(chang)商(shang)，目(mu)前(qian)已(yi)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)頗(po)具(ju)規(gui)模(mo)的(de)產(chan)業(ye)，出(chu)現(xian)了(le)一(yi)批(pi)年(nian)產(chan)值(zhi)數(shu)億(yi)美(mei)元(yuan)的(de)大(da)公(gong)司(si)。整(zheng)個(ge)行(xing)業(ye)形(xing)成(cheng)了(le)從(cong)光(guang)源(yuan)、相機、鏡頭
、板卡、軟件到係統集成產品這樣完整的產業鏈條。從應用的角度看，也形成了器件（軟件）供應商、係統集成商、產品製造商、最終用戶密切合作互動的局麵。  

   在中國，盡管機器視覺市場的發展晚於歐美，但進入21世shi紀ji以yi來lai，呈cheng現xian出chu加jia速su發fa展zhan的de良liang好hao勢shi頭tou。機ji器qi視shi覺jiao技ji術shu逐zhu步bu走zou出chu實shi驗yan室shi和he軍jun事shi領ling域yu，在zai我wo國guo各ge行xing各ge業ye得de到dao了le廣guang泛fan的de應ying用yong，尤you其qi是shi近jin四si五wu年nian來lai，更geng是shi呈cheng現xian爆bao炸zha式shi增zeng長chang的de態tai勢shi。到dao2007年，從事機器視覺行業的公司已多達六七百家
，領先者如淩雲
、大恒、威視、嘉恒中自、視覺龍

、漢han王wang等deng，它ta們men在zai係xi統tong集ji成cheng和he自zi主zhu產chan品pin開kai發fa方fang麵mian，碩shuo果guo累lei累lei，產chan值zhi過guo億yi元yuan人ren民min幣bi。部bu分fen國guo產chan機ji器qi視shi覺jiao係xi統tong不bu僅jin價jia格ge低di廉lian，而er且qie從cong性xing能neng上shang已yi可ke與yu國guo外wai產chan品pin相xiang媲pi美mei甚shen至zhi超chao越yue之zhi。  

   從應用的角度看，國內機器視覺的應用仍受製於成本
、用戶的認識以及自身的技術缺憾，離全麵普及尚有較大距離。當前比較成功的應用主要集中於電子/半導體產品製造
、煙草、特種印刷、醫療等行業，在地域上以華南珠三角、華東長三角、華北京津地區為核心
，既是機器視覺用戶群密集區又是開發力量的密集區。  

   與(yu)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)相(xiang)比(bi)

，中(zhong)國(guo)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)產(chan)業(ye)仍(reng)處(chu)於(yu)相(xiang)對(dui)落(luo)後(hou)的(de)水(shui)平(ping)
，尤(you)其(qi)在(zai)基(ji)礎(chu)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)方(fang)麵(mian)
，基(ji)礎(chu)性(xing)的(de)高(gao)端(duan)技(ji)術(shu)基(ji)本(ben)上(shang)掌(zhang)握(wo)在(zai)外(wai)國(guo)廠(chang)商(shang)手(shou)中(zhong)。在(zai)自(zi)身(shen)技(ji)術(shu)的(de)提(ti)高(gao)
、行業的拓展、用yong戶hu的de培pei養yang和he引yin導dao方fang麵mian，都dou需xu要yao做zuo很hen細xi致zhi艱jian苦ku的de工gong作zuo。不bu發fa達da意yi味wei著zhe更geng大da的de商shang機ji
，隻zhi有you為wei用yong戶hu真zhen正zheng創chuang造zao價jia值zhi

，才cai能neng真zhen正zheng實shi現xian機ji器qi視shi覺jiao技ji術shu的de價jia值zhi。在zai中zhong國guo成cheng為wei世shi界jie製zhi造zao中zhong心xin的de今jin天tian，經jing過guo各ge方fang麵mian的de不bu懈xie努nu力li，中zhong國guo機ji器qi視shi覺jiao的de輝hui煌huang和he市shi場chang的de興xing旺wang指zhi日ri可ke待dai。  

作者簡介  

   金剛 模式識別與智能係統專業博士，畢業於華中科技大學圖像所。主要研究方向為計算機視覺、圖像處理、模式識別、人工智能

、自然景物仿真，對計算機視覺、圖像處理領域有十餘年研發經驗，參與完成三維掃描、號牌識別
、視頻測速
、鈔券清分、印版檢測
、卷煙條包檢測
、AOI等多個項目的研發。現在淩雲公司從事機器視覺和圖像檢測領域的研究開發工作。