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机器视觉和智能图像处理技术之间的关系

2018年06月13日 15:16 次阅读
机器视觉(Machine Vision)是人工智能领域中发展迅速的一个重要分支,目前正处于不断突破、走向成熟的阶段。一般认为机器视觉“是通过光学装置和非接触传感器自动地接受和处理一个真实场景的图像,通过分析图像获得所需信息或用于控制机器运动的装置”,可以看出智能图像处理技术在机器视觉中占有举足轻重的位置。 智能图像处理是指一类基于计算机的自适应于各种应用场合的图像处理和分析技术,本身是一个独立的理论和技术领域,但同时又是机器视觉中的一项十分重要的技术支撑。人工智能、机器视觉和智能图像处理技术之间的关系如图1所示。 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系 图1智能图像处理的支撑作用 具有智能图像处理功能的机器视觉,相当于人们在赋予机器智能的同时为机器按上了眼睛,使机器能够“看得见”、“看得准”,可替代甚至胜过人眼做测量和判断,使得机器视觉系统可以实现高分辨率和高速度的控制。而且,机器视觉系统与被检测对象无接触,安全可靠。 1、机器视觉技术 机器视觉的起源可追溯到20世纪60年代美国学者L.R.罗伯兹对多面体积木世界的图像处理研究,70年代麻省理工学院(MIT)人工智能实验室“机器视觉”课程的开设。到80年代,全球性机器视觉研究热潮开始兴起,出现了一些基于机器视觉的应用系统。90年代以后,随着计算机和半导体技术的飞速发展,机器视觉的理论和应用得到进一步发展。 进入21世纪后,机器视觉技术的发展速度更快,已经大规模地应用于多个领域,如智能制造、智能交通、医疗卫生、安防监控等领域。目前,随着人工智能浪潮的兴起,机器视觉技术正处于不断突破、走向成熟的新阶段。 在中国,机器视觉的研究和应用开始于20世纪90年代。从跟踪国外品牌产品起步,经过二十多年的努力,国内的机器视觉从无到有,从弱到强,不仅理论研究进展迅速,而且已经出现一些颇具竞争力的公司和产品。估计随着国内对机器视觉研究、开发和推广的不断深入,赶上和超越世界水平已不是遥不可及的事情了。 常见机器视觉系统主要可分为两类,一类是基于计算机的,如工控机或PC,另一类是更加紧凑的嵌入式设备。典型的基于工控机的机器视觉系统主要包括:光学系统,摄像机和工控机(包含图像采集、图像处理和分析、控制/通信)等单元,如图2所示。机器视觉系统对核心的图像处理要求算法准确、快捷和稳定,同时还要求系统的实现成本低,升级换代方便。 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系 图2 机器视觉系统示例 2、智能图像处理技术 机器视觉的图像处理系统对现场的数字图像信号按照具体的应用要求进行运算和分析,根据获得的处理结果来控制现场设备的动作,其常见功能如下: (1)图像采集 图像采集就是从工作现场获取场景图像的过程,是机器视觉的第一步,采集工具大多为CCD或CMOS照相机或摄像机。照相机采集的是单幅的图像,摄像机可以采集连续的现场图像。就一幅图像而言,它实际上是三维场景在二维图像平面上的投影,图像中某一点的彩色(亮度和色度)是场景中对应点彩色的反映。这就是我们可以用采集图像来替代真实场景的根本依据所在。 如果相机是模拟信号输出,需要将模拟图像信号数字化后送给计算机(包括嵌入式系统)处理。现在大部分相机都可直接输出数字图像信号,可以免除模数转换这一步骤。不仅如此,现在相机的数字输出接口也是标准化的,如USB、VGA、1394、HDMI、WiFi、Blue Tooth接口等,可以直接送入计算机进行处理,以免除在图像输出和计算机之间加接一块图像采集卡的麻烦。后续的图像处理工作往往是由计算机或嵌入式系统以软件的方式进行。 (2)图像预处理 对于采集到的数字化的现场图像,由于受到设备和环境因素的影响,往往会受到不同程度的干扰,如噪声、几何形变、彩色失调等,都会妨碍接下来的处理环节。为此,必须对采集图像进行预处理。常见的预处理包括噪声消除、几何校正、直方图均衡等处理。 通常使用时域或频域滤波的方法来去除图像中的噪声;采用几何变换的办法来校正图像的几何失真;采用直方图均衡、同态滤波等方法来减轻图像的彩色偏离。总之,通过这一系列的图像预处理技术,对采集图像进行“加工”,为体机器视觉应用提供“更好”、“更有用”的图像。 (3)图像分割 图像分割就是按照应用要求,把图像分成各具特征的区域,从中提取出感兴趣目标。在图像中常见的特征有灰度、彩色、纹理、边缘、角点等。例如,对汽车装配流水线图像进行分割,分成背景区域和工件区域,提供给后续处理单元对工件安装部分的处理。 图像分割多年来一直是图像处理中的难题,至今已有种类繁多的分割算法,但是效果往往并不理想。近来,人们利用基于神经网络的深度学习方法进行图像分割,其性能胜过传统算法。 (4)目标识别和分类 在制造或安防等行业,机器视觉都离不开对输入图像的目标进行识别和分类处理,以便在此基础上完成后续的判断和操作。识别和分类技术有很多相同的地方,常常在目标识别完成后,目标的类别也就明确了。近来的图像识别技术正在跨越传统方法,形成以神经网络为主流的智能化图像识别方法,如卷积神经网络(CNN)、回归神经网络(RNN)等一类性能优越的方法。 (5)目标定位和测量 在智能制造中,最常见的工作就是对目标工件进行安装,但是在安装前往往需要先对目标进行定位,安装后还需对目标进行测量。安装和测量都需要保持较高的精度和速度,如毫米级精度(甚至更小),毫秒级速度。这种高精度、高速度的定位和测量,倚靠通常的机械或人工的方法是难以办到的。在机器视觉中,采用图像处理的办法,对安装现场图像进行处理,按照目标和图像之间的复杂映射关系进行处理,从而快速精准地完成定位和测量任务。 (6)目标检测和跟踪 图像处理中的运动目标检测和跟踪,就是实时检测摄像机捕获的场景图像中是否有运动目标,并预测它下一步的运动方向和趋势,即跟踪。并及时将这些运动数据提交给后续的分析和控制处理,形成相应的控制动作。图像采集一般使用单个摄像机,如果需要也可以使用两个摄像机,模仿人的双目视觉而获得场景的立体信息,这样更加有利于目标检测和跟踪处理。 3、机器视觉的应用 如图3所示,机器视觉应用广泛,如安防、制造、教育、出版、医疗、交通、军事领域等。在这些机器数额的应用中,智能图像处理都是不可或缺的,这里仅简要介绍其中几个方面的应用。 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系 图3 常见机器视觉应用场合 (1)智能制造 为了实现中国智能制造2025这一宏伟目标,离不开机器视觉。例如,在智能图像处理一直处于领先地位的广东迅通科技股份有限公司(以下简称“迅通科技”)针对这一需求开发出了机器视觉分析仪平台,见图4。其中,迅通科技为某知名汽车厂商装配流水线开发的车门限位器自动定位、检测和识别的系统,见图5。该系统通过智能图像识别方式,自动检测型号是否正确,定位是否准确,完全代替了人工操作,检测准确率达到100%。此前,每个工位需要4个工人用眼睛来检查、定位16种型号限位器,员工不仅很容易疲劳,还时常出现差错。 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系 图4 迅通机器视觉分析仪平台 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系 图5 工件识别/定位检测系统(现场) (2)教育考试 考试试卷时常发现因排版或印刷错误影响学生考试,利用智能图像处理技术,机器自动对印刷后的试卷和原版试卷进行比对,发现不一致之处,会自动提示并报警,完全替代之前只能通过人工对试卷进行校验。 (3)出版印刷 和教育考试类似,专业出版印刷厂由于印刷的图书、报纸杂志,以及承接来自企业产品包装和宣传资料的种类多,数量大,排版和印刷中经常出错。为此,需安排不少专业人员进行校对,耗费大量的资金和时间。通过利用智能图像处理技术进行自动校对,既提高了校对准确度,又缩短了校对时间,降低了印刷成本,缩短了出版物的交付周期。 (4)安防监控 这是当前备受机器视觉关注的一个领域。机器视觉打破了传统视频监控系统的限制,增加了系统的智能,使得智能视频分析得以逐步实现。以公共场所的视频监控为例,通过运用机器视觉技术,可以实现对可疑人物的自动检测、人脸识别、实时跟踪,必要时还可以实现多摄像机接连跟踪,同时发出告警,存储现场信息。 (5)智能交通 机器视觉在交通领域有着广泛的应用。例如,在高速公路上及卡口处,对来往车辆进行车型、牌照等识别,甚至对行驶车辆的违规行为进行识别。在汽车上对驾驶员面部图像进行分析,判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。再如,无人驾驶汽车借助于机器视觉技术,使用摄像头、激光/毫米波/超声波雷达、GPS等感知道路环境信息,自动规划和控制车辆的安全行驶。 有数据显示,2016年全球机器视觉系统的市场规模约46亿美元, 2017年约50亿美元,预计2018年达到55亿美元,年增长率为10%左右。中国机器视觉市场的增长是从2010年开始的,2017年市场规模约68亿元,预计到2020年或达780亿元,市场增长率将超过100%。 4、技术瓶颈及今后的发展 在机器视觉的智能图像处理技术的发展中,还存在不少技术瓶颈,如: (1)稳定性:某种处理方法往往在研究和开发中表现良好,但在复杂多变的应用环境中,却不时地出现问题。例如人脸识别系统,在目标配合时识别率可高达95%以上,但在实际监控环境下,识别率就会大大下降。 (2)实时性:如果图像的采集速度、处理速度较慢,再加上新近引入的深度学习类算法,加大了系统实时处理的难度,跟不上机器运行和控制的节奏。 (3)准确性:机器视觉系统要求图像识别和测量的准确性接近100%,任何微小的误差都有可能带来不可预测的后果。例如目标定位的误差会使装配出来的设备不符合要求。 (4)系统能力:目前的嵌入式图像处理系统,存在芯片的计算能力不足,存储空间有限等问题,常常不能满足运算量较大的图像处理运算,如神经网络的迭代运算,大规模矩阵运算等。 今后机器视觉中智能图像处理的发展主要体现在以下几个方面: (1)算法:传统算法继续不断有所突破,新一波人工智能浪潮带来不少新的性能优良的图像处理算法,如深度学习(DL),卷积神经网络(CNN),生成对抗网络(GAN),等等。 (2)实时性:出现更多结构新颖、资源充足、运算快速的硬件平台支撑,例如基于多CPU、多GPU的并行处理结构的计算机,海量存储单元等。 (3)嵌入式:新的高速的信号处理器阵列,超大规模FPGA芯片。 (4)融合处理:从单图像传感器发展到多传感器(多视点)的融合处理,可更加充分地获取现场信息。还可融合多类传感器,如图像传感器、声音传感器、温度传感器等共同完对现场目标定位、识别和测量。 总之,无论是“中国制造2025”还是“工业4.0”都离不开人工智能,离不开计算机视觉,而智能图像处理是机器视觉的核心技术,随着图像处理水平的不断提高,一定会有力地推动机器视觉的迅速发展。

技术专区

  1. 可编程逻辑器件改变数字系统设计方法
  2. 机器视觉和智能图像处理技术之间的关系
  3. 补充: FPGA产生基于LFSR的伪随机数
  4. FPGA学习系列:16. rom控制器设计
  5. FPGA学习系列:15. 呼吸灯(pwm)设计
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发表于 2018-03-31 10:34 331次阅读
SuperEye一款内置CPU的相机--mangotree出品

基于毫米波雷达和机器视觉的夜间前方车辆检测方案

为研究夜间追尾事故中本车智能防撞预警方法,本文提出了一种基于 毫米波雷达 和 机器视觉 的前方车辆检...
发表于 2018-03-31 09:23 765次阅读
基于毫米波雷达和机器视觉的夜间前方车辆检测方案

机器视觉在电子领域的应用方式及规模

从应用领域的演变来看,最初机器视觉多用于电子及半导体行业,也有“国外机器视觉的崛起很大程度上是得益于...
发表于 2018-03-30 17:31 331次阅读
机器视觉在电子领域的应用方式及规模

机器视觉系统之光源的分类

环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合,更能突出物体的三维信息;高密度LED阵列,高亮度;多种紧凑设...
发表于 2018-03-30 14:57 781次阅读
机器视觉系统之光源的分类

视觉导向的机器人和无人机可编程SoC设计

视觉导向的机器人和无人机因此不仅需要强大的处理能力,还需要有能力进行功耗优化,提供面向未来且具有可扩...
发表于 2018-03-21 11:59 161次阅读
视觉导向的机器人和无人机可编程SoC设计

机器视觉行业发展趋势_全球市场将超过192亿美元

机器视觉就是用机器来代替人眼做测量和判断的系统,它通过光学装置和非接触传感器自动获取目标对象的图像,...
发表于 2018-03-19 20:01 228次阅读
机器视觉行业发展趋势_全球市场将超过192亿美元

机器视觉系统需要考虑的十个问题

为了使用户在选择一款机器视觉系统时应该考虑的关键的、基本的特性方面提供指导。 本文介绍了选择一款机...
发表于 2018-03-19 16:06 646次阅读
机器视觉系统需要考虑的十个问题

图像处理算法之二分查找

二分查找又称折半查找,优点是比较次数少,查找速度快,平均性能好;其缺点是要求待查表为有序表,且插入删...
发表于 2018-03-17 11:29 787次阅读
图像处理算法之二分查找

机器视觉基础知识详解

本文开始介绍了什么是机器视觉以及机器视觉系统的分类,其次介绍了机器视觉系统的组成和机器视觉的工作原理...
发表于 2018-03-16 17:13 748次阅读
机器视觉基础知识详解

机器视觉发展历史及现状趋势分析

机器视觉技术是计算机学科的一个重要分支,自起步发展至今,机器视觉已经有20多年的历史,其功能以及应用...
发表于 2018-03-16 16:32 1958次阅读
机器视觉发展历史及现状趋势分析

全球机器视觉公司排名

机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来,机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视...
发表于 2018-03-16 09:30 4574次阅读
全球机器视觉公司排名

《NI VISION图像处理宝典》可以分享下吗?

发表于 2018-03-16 01:30 918次阅读
《NI VISION图像处理宝典》可以分享下吗?

在机器视觉技术中颜色很重要 人脸识别技术同样有...

人脸识别技术的发展近来可谓突飞猛进,目前已经有一些商业软件可以用来识别照片中人物的性别,当照片中的人...
发表于 2018-03-14 03:12 1164次阅读
在机器视觉技术中颜色很重要  人脸识别技术同样有...

3D机器视觉和动态投影在工业应用设计

应用于影院、教室或企业会议室中使用的视频投影仪是为了满足人眼的观看需要而设计。然而,并不是所有的投影...
发表于 2018-03-12 08:52 3866次阅读
3D机器视觉和动态投影在工业应用设计

DLP技术在光谱学、3D机器视觉和智能家居应用

物联网(IoT) 正以前所未有的速度实现人、设备和云数据存储服务之间的互联。一些分析人员预测,到20...
发表于 2018-03-06 17:53 2115次阅读
DLP技术在光谱学、3D机器视觉和智能家居应用

瑞萨电子推出用于3、4级自动驾驶汽车前视摄像头的...

全球领先的汽车半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社)今日宣布,推出新款R-Car V3H片上系统(S...
发表于 2018-03-06 09:45 2503次阅读
瑞萨电子推出用于3、4级自动驾驶汽车前视摄像头的...

图像处理基础自适应中值滤波器(基于OpenCV实...

本文主要介绍了自适应的中值滤波器,并基于OpenCV实现了该滤波器,并且将自适应的中值滤波器和常规的...
发表于 2018-03-05 17:02 1373次阅读
图像处理基础自适应中值滤波器(基于OpenCV实...

哪位大神有《NI VISION图像处理宝典》呀~~~

发表于 2018-03-04 22:17 706次阅读
哪位大神有《NI VISION图像处理宝典》呀~~~

Marchesini收购SEA Vision 加...

SEA Vision为视觉系统软件领域的领导厂商,其员工数和财务规模迅速扩大。因此,正在进行强制性药...
发表于 2018-02-27 13:48 218次阅读
Marchesini收购SEA Vision 加...

德国机器视觉市场销售额 连续8年创下新高

欧洲机器视觉市场的营业额和成长率已连续8年创新高,德国机械设备制造业联合会(VDMA)表示,嵌入式视...
发表于 2018-02-27 08:40 367次阅读
德国机器视觉市场销售额 连续8年创下新高

如何在制造流程中导入视觉系统

全视觉系统可能非常复杂。对刚接触的人来说,无需PC、具显示器的简单视觉传感器是不错的选择,往往能在几...
发表于 2018-02-27 08:37 270次阅读
如何在制造流程中导入视觉系统

2023年机器视觉产业规模将达40亿美元

机器视觉整体市场规模将从2017年的20亿美元成长到2023年的40亿美元左右,整体年复合成长率为1...
发表于 2018-02-22 20:53 2230次阅读
2023年机器视觉产业规模将达40亿美元

十个基于机器视觉的实用案例介绍

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分 CM...
发表于 2018-02-20 16:49 701次阅读
十个基于机器视觉的实用案例介绍

世强首推高级汽车环视辅助驾驶系统方案

自去年Google公司的无人驾驶汽车被颁发车牌上路实测以来,人们对这项计划的热议就一直没有停止过。有...
发表于 2018-02-12 04:03 392次阅读
世强首推高级汽车环视辅助驾驶系统方案

基于S3C6410的视觉识别类人机器人控制系统设...

针对传统类人机器人在控制系统实时性和视觉识别方面的不足,以S3C6410作为主控芯片,设计了具有视觉...
发表于 2018-02-10 03:18 679次阅读
基于S3C6410的视觉识别类人机器人控制系统设...

使用ECP5 FPGA解决网络边缘 智能、视觉和...

随着传感器、低成本摄像头和显示屏在当今嵌入式设计中的使用量飞速增长,市场上出现了许多激动人心的全新智...
发表于 2018-02-09 10:55 3064次阅读
使用ECP5 FPGA解决网络边缘 智能、视觉和...

双目视觉技术的原理、结构、特点、发展现状和发展方...

双目立体视觉是机器视觉的一种重要形式,它是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。双目立...
发表于 2018-02-08 14:46 2975次阅读
双目视觉技术的原理、结构、特点、发展现状和发展方...

介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能以及噪声...

简单的介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能: • 图像的读取• 图像的显示• 访问图像的像...
发表于 2018-02-07 16:35 1163次阅读
介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能以及噪声...

机器视觉的现状和未来发展趋势

深度学习是人工智能的热点发展方向之一,将推动我们步入控制设计和工业物联网的新台阶。机器视觉在工业控制...
发表于 2018-02-05 14:12 928次阅读
机器视觉的现状和未来发展趋势

Vision

发表于 2018-02-02 13:24 465次阅读
Vision

机器视觉系统设计的关键技术

机器视觉系统是综合现代计算机、光学、电子技术的高科技系统。机器视觉技术通过计算机对系统摄取的图像进行...
发表于 2018-02-02 11:43 391次阅读
机器视觉系统设计的关键技术

机器人视觉系统在卷烟厂流水线的应用

纵观市场发展,机器视觉检测系统取代人工检测将是现代化进程的必然趋势。机器视觉检测系统的检测精度高,可...
发表于 2018-02-02 10:59 424次阅读
机器人视觉系统在卷烟厂流水线的应用

3D双目立体视觉在机器人视觉的应用

随着自动化程度越来越高,机器视觉扮演着越来越重要的角色,传统的2D定位无法解决产品的空间坐标信息,而...
发表于 2018-02-02 10:54 694次阅读
3D双目立体视觉在机器人视觉的应用

工业机器人对机器视觉技术的依赖有多大

作为工业机器人的“大脑中枢神经”,人工智能在过去的几年里一直处于持续的高速发展阶段,很多工业机器人也...
发表于 2018-02-02 09:54 301次阅读
工业机器人对机器视觉技术的依赖有多大

基于PAC的机器视觉应用方案

NI CompactRIO可编程自动控制器(PAC)是一种先进的嵌入式控制和数据采集系统,被设计用于...
发表于 2018-02-01 19:00 243次阅读
基于PAC的机器视觉应用方案

机器视觉在ADAS系统中的应用

驾驶辅助系统在为驾驶员提供决策建议的过程中,使用了大量的视觉信息数据,在这方面视觉图像具有无法比拟的...
发表于 2018-02-01 18:54 251次阅读
机器视觉在ADAS系统中的应用

机器视觉设计开发的流程有哪些

为了方便广大客户对机器视觉方案设计制作流程的整体认识,我们在这里整理了整个机器视觉方案从前期的产品检...
发表于 2018-02-01 18:53 482次阅读
机器视觉设计开发的流程有哪些

无人零售主流操作或由机器视觉技术决定

对聚焦于无人零售的业界而言,1月21日绝对是一个值得纪念的日子:在这一天,传闻已久的亚马逊无人零售店...
发表于 2018-01-31 19:51 415次阅读
无人零售主流操作或由机器视觉技术决定

机器视觉系统的结构和搭建

一般机器视觉系统主要包括信息探测、采集系统、图像处理、显示及智能决策等模块,涉及计算机图形学、数字图...
发表于 2018-01-31 19:45 513次阅读
机器视觉系统的结构和搭建

嵌入式机器视觉系统在汽车发动机装配线上方案应用

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分CMO...
发表于 2018-01-31 19:42 201次阅读
嵌入式机器视觉系统在汽车发动机装配线上方案应用

无镜头相机DiffuserCam 可观察神经元或...

研究团队开发出一款无镜头相机,能从单张2D图片产生出3D影像。研究团队将该无镜头相机命名为Diffu...
发表于 2018-01-31 12:44 233次阅读
无镜头相机DiffuserCam 可观察神经元或...

机器视觉在电池领域中的应用与设计思考

机器视觉技术实际上就是利用摄像机替代人眼,图像处理软件替代大脑对产品进行质量检验或识别,它基本上由光...
发表于 2018-01-30 19:41 341次阅读
机器视觉在电池领域中的应用与设计思考

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