人類想要實現(xiàn)一系列的基本活動，如生活、工作、學習就必須依靠自身的器官，除腦以外，最重要的就是我們的眼睛了，（工業(yè)）機器人也不例外，要完成正常的生產(chǎn)任務，沒有一套完善的，先進的視覺系統(tǒng)是很難想象的。

機器視覺系統(tǒng)就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。圖像處理和模式識別等技術的快速發(fā)展，也大大地推動了機器視覺的發(fā)展。

機器視覺系統(tǒng)的應用

在生產(chǎn)線上，人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯誤，但是機器卻會不知疲倦地、穩(wěn)定地進行下去。一般來說，機器視覺系統(tǒng)包括了照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。對于每一個應用，我們都需要考慮系統(tǒng)的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對比度需要多大等。從功能上來看，典型的機器視覺系統(tǒng)可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。

機器視覺系統(tǒng)工作過程

? 一個完整的機器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下：? 1、工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。? 2、圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。? 3、攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。? 4、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構，曝光時間可以事先設定。? 5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。? 6、攝像機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。? 7、圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。? 8、圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。? 9、處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結果或邏輯控制值。? 10、處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。

機器視覺系統(tǒng)的優(yōu)點有：

? 1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。? 2、具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。? 3、長時間穩(wěn)定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。? 4、機器視覺系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)療、金融甚至體育、娛樂等等行業(yè)都獲得了廣泛的應用，可以說已經(jīng)深入到我們的生活、生產(chǎn)和工作的方方面面。

科幻電影中的智能機器人

———如下圖所示是一種有電腦操控的加工機械裝置?！撗b置主要通過前端的攝像頭對被加工對象進行圖像采集和加工定位，從而完成加工。———機械類的各部件的精度由工人的熟練程度和工作經(jīng)驗以及加工工具（如各類機床）到如今的由數(shù)字化和智能化的加工設備（如數(shù)控機床），更多的能適應社會需要和發(fā)展的高精度，高難度的零件被加工出來。

視覺系統(tǒng)簡單來說就可以用三個及獨立又相互聯(lián)系的模塊來概括：目標物圖像的采集、圖像的處理、指令的發(fā)出。

視覺系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計兩大部分

視覺系統(tǒng)的硬件設計

視覺系統(tǒng)的硬件主要由鏡頭、攝像機、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構成。

一套視覺系統(tǒng)的好壞則分別取決于攝像機像素的高低，硬件質量的優(yōu)劣，更重要的是各個部件間的相互配合和合理使用。

——在惡劣的自然環(huán)境中，在生產(chǎn)的一線，在許多復雜的情況下，要想保證整個視覺系統(tǒng)的正常工作，構成系統(tǒng)的各個硬件就必須具有很好的耐磨損性和經(jīng)受住各種不可預料的情況和考驗?！S著科技的進步和現(xiàn)代生產(chǎn)生活的需要視覺系統(tǒng)正在機器，特別是智能機械的飛速發(fā)展，原有的系統(tǒng)硬件已不適應新的需要，為此，必須提高硬件的水平和質量來保證系統(tǒng)的正常運行。 ——鏡頭、攝像機、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構就好像電腦的顯示器、電源、主機（處理器、內(nèi)存條、硬盤、顯卡等）一樣，每一個構成部件都很關鍵，它們質量如果不過關，整個機器就無法正常工作，更別說完成復雜的工作和給以的任務了。

視覺系統(tǒng)的軟件設計

——視覺系統(tǒng)的軟件設計至關重要，在當今信息化大趨勢下，智能控制越來越依靠軟件方面的功用?！曈X系統(tǒng)的軟件設計是一個復雜的課題，不僅要考慮到程序設計的最優(yōu)化，還要考慮到算法的有效性，及其能否實現(xiàn)，在軟件設計的過程中要考慮到可能出現(xiàn)的問題?！曈X系統(tǒng)的軟件設計完成還要對其魯棒性進行檢測和提高，以適應復雜的外部環(huán)境（魯棒性就是系統(tǒng)的健壯性。它是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關鍵。）

一種視覺導航軟件處理的流程圖

視覺系統(tǒng)的實際應用

?機器視覺技術的城市交通預警系統(tǒng) ?近幾年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國各大城市內(nèi)部的交通基礎設施建設也得到了快速發(fā)展，但是，盡管城市道路越建越寬，立交橋越建越多，交通信號越來越復雜，道路的擁擠程度和交通事故的發(fā)生率卻沒有得到明顯的緩解，交通運輸業(yè)特別是城市交通承受著越來越大的壓力。

目前，隨著城市交通現(xiàn)代化、智能化的進程日益加快，國內(nèi)相關領域的研究也成為新的熱點。關于智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System；簡稱為ITS）的研究得到了歐洲、美國、日本、加拿大等等很多發(fā)達國家的廣泛重視，他們紛紛投入巨資應用于智能交通系統(tǒng)的研究，并進行了大量的模擬實驗，很多子系統(tǒng)已經(jīng)能夠初步達到人們所希望的智能化程度。越來越多的事實已經(jīng)證明，先進的ITS將有效地利用現(xiàn)有交通設施，減少交通負荷和環(huán)境污染、保證交通安全、提高運輸效率、促進社會經(jīng)濟發(fā)展、提高人民生活質量，并能夠推動社會信息化及新產(chǎn)業(yè)的形成?；跈C器視覺技術的城市交通預警系統(tǒng)，是先進交通管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)，是通過根據(jù)交通狀況的變化及早預警，配合交通管理的智能監(jiān)控系統(tǒng)。

基于機器視覺技術的城市交通預警系統(tǒng)結構框架

? 系統(tǒng)主要功能模塊簡介：? 視覺監(jiān)測：城市交通環(huán)境是實時變化的，通過視頻監(jiān)測技術采集相關數(shù)據(jù)，將檢測到的環(huán)境特征值送往信息融合處理器。? 信息融合處理器：將信息通過模糊神經(jīng)網(wǎng)絡方法得到輸出結果。? 監(jiān)測預警：根據(jù)并做出決策，即相應調整實時交通信息、信號控制，以及對于將要發(fā)生事故或已經(jīng)發(fā)生事故區(qū)域采取緊急救援措施。

機器人視覺

?機器人視覺【robot vision】 使機器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)。?機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。?機器人視覺廣義上稱為機器視覺，其基本原理與計算機視覺類似。?計算機視覺研究視覺感知的通用理論，研究視覺過程的分層信息表示和視覺處理各功能模塊的計算方法。而機器視覺側重于研究以應用為背景的專用視覺系統(tǒng)，只提供對執(zhí)行某一特定任務相關的景物描述。

機器人視覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩部分，而圖像獲取由照明系統(tǒng)、視覺傳感器、模擬－數(shù)字轉換器和幀存儲器等組成。根據(jù)功能不同，機器人視覺可分為視覺檢驗和視覺引導兩種，廣泛應用于電子、汽車、機械等工業(yè)部門和醫(yī)學、軍事領域。