農業機器視覺技術論文

　　機器視覺是一門涉及人工智慧、電腦科學、影象處理、模式識別、神經生物學、心理物理學等諸多領域的交叉學科。下面是小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!

　　篇一

　　機器視覺技術的應用研究

　　【摘要】闡述了機器視覺技術在工業、農業、醫學、交通領域的研究應用狀況，指出了機器視覺的未來走向。

　　【關鍵詞】機器視覺;應用研究

　　機器視覺是一門涉及人工智慧、電腦科學、影象處理、模式識別、神經生物學、心理物理學等諸多領域的交叉學科。機器視覺主要利用計算機來模擬人或再現與人類視覺有關的某些智慧行為，從客觀事物的影象中提取資訊進行處理，並加以理解，最終用於實際檢測和控制。隨著現代計算機技術、現場匯流排技術與大規模積體電路技術的飛速發展，機器視覺技術也日臻成熟，已經廣泛應用在國民經濟發展的各行業。

　　1.機器視覺系統組成

　　一個典型的機器視覺應用系統包括影象捕捉、光源系統、影象數字化模組、數字影象處理模組、智慧判斷決策模組和機械控制執行模組，如圖1所示。首先採用CCD攝像機獲得被測目標的影象訊號，然後通過A/D轉換成數字訊號傳送給專用的影象處理系統，根據畫素分佈、亮度和色彩等資訊，進行各種運算來抽取目標的特徵，然後再根據預設的判別標準輸出判斷結果，去控制驅動執行機構進行相應處理。

　　總之，隨著機器視覺技術自身的成熟和發展，可以預計它將在現代和未來製造企業中得到越來越廣泛的應用。

　　2.機器視覺技術的應用

　　在國外，機器視覺的應用主要體現在半導體及電子行業，其中大概40%-50%都集中在半導體行業。具體如PCB印刷電路;SMT表面貼裝;電子生產加工裝置;機器視覺系統還在質量檢測的各個方面已經得到了廣泛的應用，並且其產品在應用中佔據著舉足輕重的地位。

　　而在中國，以上行業本身就屬於新興的領域，再加之機器視覺產品技術的普及不夠，導致機器視覺在以上各行業的應用幾乎空白。目前隨著我國隨著配套基礎建設的完善，技術、資金的積累，各行各業對採用影象和機器視覺技術的工業自動化、智慧化需求開始廣泛出現，國內有關大中專院校、研究所和企業近兩年在影象和機器視覺技術領域進行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業現場和其它領域的應用。

　　***1***工業中的應用

　　雖然機器視覺技術從20世紀80年代才開始起步，但由於其突出的優點，在各種工業領域被廣泛應用，特別是近幾年發展十分迅速，國內外的成果也是層出不窮。

　　在國外，機器視覺技術廣泛應用於機器零部件的裝配、非接觸測量、產品質量檢測、線上過程控制、數控機床加工、過程監控等領域。英國ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%線上檢測，是機器視覺系統用於工業檢測中的一個較為典型的例子，該系統由62個測量單元組成，每個測量單元包括一臺鐳射器和一個CCD攝像機，用以檢測車身外殼上288個測量點。汽車車身置於測量框架下，通過軟體校準車身的精確位置。測量單元的校準將會影響檢測精度，因而受到特別重視。每個鐳射器/攝像機單元均在離線狀態下經過校準。同時還有一個在離線狀態下用三座標測量機校準過的校準裝置，可對攝像頂進行線上校準。檢測系統以每40秒檢測一個車身的速度，檢測三種類型的車身。系統將檢測結果與人、從CAD模型中撮出來的合格尺寸相比較，測量精度為±0。1mm。ROVER的質量檢測人員用該系統來判別關鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、門、玻璃視窗等。實踐證明，該系統是成功的，並將用於ROVER公司其它系列汽車的車身檢測。

　　機器視覺在國內的應用主要集中於檢測與定位等幾個方面，這樣的工業產品佔據了中國市場的絕大部分。機器視覺在工業檢測中的應用最為常見的是對各種機械零件的幾何尺寸進行測量，在半導體及電子行業，國內高等院校和科研單位也研究出基於機器視覺的管腳尺寸自動檢測裝置。此外，機器視覺還被用於對於如刀具等工業裝置的檢測和數控機床的加工。在很多工業領域存在著高精度定位的問題，如鑽床數控系統鑽頭定位、金屬板材數控加工軌跡座標定位等。目前機器視覺技術由於其高精度的優點在這方面得到廣泛的應用。華中科技大學在金屬板材數控加工中利用機器視覺技術對加工軌跡座標定位。提出一種基於機器視覺的非接觸式加工軌跡座標定位方法，完成了金屬板材數字化成形中支撐模型的非接觸式高精度快速定位。湖南大學進行了鑽頭視覺定位研究，在視覺定位中採用間接定位方式，間接實現鑽頭刃磨初始狀態的定位。中國計量學院等單位進行了基於機器視覺的PCB數控鑽機定位研究。大量的實踐證明採用機器視覺系統進行定位並且綜合運用數控伺服傳動技術以及各種先進控制技術能夠有效實現精確定位。利用機器視覺系統節約了大量的人力和物力，降低了產品生產成本。

　　***2***農業中的應用

　　計算機視覺技術在農業上的應用研究，起始於20世紀70年代末期，主要應用於植物種類的鑑別、農產品品質檢測與分級等。隨著計算機軟硬體技術、圖形影象處理技術的迅猛發展，它在農業上的應用研究有了較大的突破，在農業領域的生產前、生產中、收穫時和產後的各個環節中，均可以利用計算機視覺技術來實現這些農業生產的視覺化。計算機視覺在產前的應用主要是檢驗種子質量;在產中的應用包括田間雜草識別、植物生長資訊的監測、病蟲害的監視和營養脅迫診斷等方面;在農作物收穫時的應用主要體現在農業機器人的研製與開發上;在產後的應用包括水果分級和農產品的加工等。在農田作業機械上，機器視覺技術被不斷的開發和應用。農藥的粗放式噴灑正是農業生產中效率最低、汙染最嚴重的環節。利用機器視覺技術可以實現農藥的精量噴灑，近年來，機器視覺技術在播種機械方面的應用主要是檢測播種質量;在自動收穫機等農田自動作業機械上，更需要依靠機器視覺系統來確定作物行與機械的相對位置，以控制自動作業機械在作物行間自動行進，

　　機器視覺技術在農業生產上的應用可提高生產的自動化水平，解放勞動力，具有良好的應用前景。同時還應看到，由於農業物件的特點，機器視覺理論和技術的侷限性以及硬體條件的限制，機器視覺技術在農業生產的應用距離實用和普及還有相當長的距離。相信隨著相關技術的發展，很多問題會得到好的解決，機器視覺技術在農業生產中的應用會極大地加快農業現代化的程序。 　　***3***醫學上的應用

　　隨著藥品和醫療器械安全性問題重要性的不斷提升，越來越多的生產廠商將機器視覺技術引入實際生產中來，以達到提高生產效率，加強產品品質保障的目的。同樣，在醫療系統中機器視覺也得到了越來越多的應用。

　　機器視覺科技醫藥領域的應用主要分為醫學與藥物兩部分。機器視覺技術在醫學疾病診斷方面的應用主要體現在兩個方面：一是對***X射線成像、顯微圖片、B超、CT、MRI***影象增強、標記、渲染處理，主要利用數字影象處理技術、資訊融合技術對X射線透檢視、核磁共振影象、CT影象進行適當疊加，然後進行綜合分析協助醫生診斷;二是利用專家知識和3D重構對物體三維資訊與運動引數進行分析並給出形象準確的解釋，如診斷與手術等。機器視覺技術的應用不僅節省了人力，而且大大提高了準確率和效率。在藥物方面，機器視覺系統對藥用瓶的缺陷檢測，也包括了藥用玻璃瓶範疇，也就是說機器視覺也涉及到了醫藥領域，其主要檢測包括尺寸檢測、瓶身外觀缺陷檢測、瓶肩部缺陷檢測、瓶口檢測等。除此之外，對藥劑雜質的檢測、對醫學用具質量的檢測、對藥物外包裝洩露的檢測等等都在保障著藥物的質量安全，保障著人們的生命健康。

　　***4***交通領域的應用

　　隨著計算機的普及和相關軟體的不斷更新升級，機器視覺技術在交通領域所發揮的作用愈為重要。機器視覺技術在交通領域的應用範圍較廣，主要包括視訊檢測系統、智慧車輛的安全保障系統、車牌識別和交通指揮等。

　　視覺技術應用於視訊檢測時，視訊檢測系統的目標就是用數字影象處理和計算機視覺技術，通過分析交通影象序列來對車輛、行人等交通目標的運動進行檢測、定位、識別和跟蹤，

　　並對目標的交通行為進行分析、理解和判斷，從而完成各種交通流資料的採集、交通事件的檢測，並儘快進行相應處理。視訊的交通事件和引數檢測系統有高度的網路化和智慧化，可實現遠端監控和設定。視覺技術應用於智慧車輛安全保障系統，主要用於路徑識別與跟蹤、障礙物識別、駕駛員狀態監測、駕駛員視覺增強等。德國UBM大學Dick-manns教授領導的智慧車輛研究小組一直致力於動態機器視覺領域的研究，研製的EMS-Vision視覺可較好地模擬人眼功能。車牌識別技術***VLPR***是計算機視覺和模式識別技術在現代智慧交通系統中的一項重要研究課題，是實現交通管理智慧化的重要環節。隨著影象處理技術的日趨成熟，更多演算法的融入綜合，使得車牌識別技術逐漸成熟。單一演算法很難達到良好的識別效果，只有多種方法結合，才能實現車牌識別的高效性和準確性。過去的10多年裡，有些國家已經成功開發了一些基於視覺的道路識別和跟蹤系統。其中，具有代表性的系統有：LOIS系統、GOLD系統、RALPH系統、SCARF系統和ALVINN系統等。

　　機器視覺技術在交通各領域都發揮著越來越重要的不可替代的作用。在取得較大成績的同時仍有不足。其一應儘快開發出具有高性價比的實用化的鐳射距離成像系統，能夠獲取高質量的原始圖片至關重要;其二，處理各種交通事件的及時性決定了所有的影象處理的速度應儘可能的快，目前的各種演算法都各有優劣，如何能在最短的時間內完成影象的識別工作成為我們下一步要努力的方向。

　　3.發展趨勢

　　在機器視覺賴以普及發展的諸多因素中，有技術層面的，也有商業層面的，但製造業的需求是決定性的。製造業的發展，帶來了對機器視覺需求的提升;也決定了機器視覺將由過去單純的採集、分析、傳遞資料，判斷動作，逐漸朝著開放性的方向發展，這一趨勢也預示著機器視覺將與自動化更進一步的融合。未來，中國機器視覺發展主要表現為以下一些特性：

　　***l***隨著產業化的發展對機器視覺的需求將呈上升趨勢。

　　***2***統一開放的標準是機器視覺發展的原動力。

　　***3***基於嵌入式的產品將取代板卡產品。

　　***4***標準化一體化解決方案是機器視覺發展的必經之路。

　　***5***機器視覺系統價格持續下降、功能逐漸增多。

　　4.結語

　　機器視覺技術經過20年的發展，已成為一門新興的綜合技術，在社會諸多領域得到廣泛應用。大大提高了裝備的智慧化、自動化水平，提高了裝備的使用效率、可靠性等效能。隨著新技術、新理論在機器視覺系統中的應用，機器視覺將在國民經濟的各個領域發揮更大的作用。

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　　作者簡介：張紅霞***1982—***，女，湖北孝感人，華中科技大學碩士，武漢商學院講師，研究方向：自動控制技術、高等教育。

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