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机器视觉网:机器视觉的定义

发布日期:2023-01-28

目前已有多个组织或机构对机器视觉进行过定义,但范围和内涵都 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 第一章 机器视觉概述 7 各不相同,对于从事机器视觉技术研发和应用的人员容易造成概念上的混 淆和边界上的模糊,需要进一步明晰机器视觉的概念内涵和产业边界。在 此,对几种典型定义进行阐述和简析。 百度百科给出了定义“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。机器视觉 系统是通过机器视觉产品(CMOS 和 CCD)将被摄取目标转换成图像信 号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,根据像素分 布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号 ; 图像系统对这些信号进行各 种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。” 维基百科提出“机器视觉是一种技术和方法,用于为工业中的自动检测、 过程控制和机器人引导等应用提供基于图像的自动检测和分析。”百度百 科认为机器视觉是人工智能的分支,而维基百科则更强调其独立性。上述 两种定义对机器视觉的定位都不全面且涉及到的技术范围也不统一。 AIA 全球视觉与成像协会(AIA)对机器视觉的定义是“机器视觉是 采用相机和计算机代替人的视觉感知和判断能力来执行检测任务。它自动 采集并分析图像以获取控制或评估特定部件或活动的所需数据”,并在机 器视觉市场的报告中提到“我们所说的机器视觉是指所有的工业和非工业 应用,在这些应用中,硬件和软件的结合为设备提供操作指导,使其能够 基于图像的捕捉和处理来执行其功能”。此定义范围太过宽泛且边界模糊, 未体现出机器视觉的根本特点。 美国制造工程师协会(SME)机器视觉分会和美国机器人工业协会 (RIA)自动化视觉分会,机器视觉的定义为“机器视觉,是通过光学装 置和非接触式的传感器,自动地接受和处理一个真实物体的图像,以获得 所需信息用于控制机器人运动的装置。机器视觉技术主要采用适合被测物 体的多角度光源及传感器获取检测对象的图像,通过计算机从图像中提取 信息,进行分析、处理,最终用于实际检测和控制。机器视觉是一门涉及 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 8 机器视觉发展白皮书 2021 机械、电子、光学、自动控制、人工智能、计算机科学、图像处理和模式 识别等诸多领域的交叉学科。”其定义中将视觉检测的控制对象界定为机 器人运动,适用于协会领域,但作为普遍定义则略有偏颇。湖南大学凌志 刚教授在《图学学报》发表的《机器视觉技术研究进展及展望》一文对机 器视觉进行过定义,即“机器视觉是建立在计算机视觉理论工程化基础上 的一门学科,涉及到光学成像、视觉信息处理、人工智能以及机电一体 化等相关技术。” 此定义将机器视觉作为一门学科,仅描述了其技术组成 而未提到其根本特点和内涵。英国卡迪夫大学的 Bruce G.Batchelor 教授在 2012 年的《Machine Vision Handbook》中也有机器视觉的定义“机器视觉 涉及到了分析和设计光电 - 机械 - 电子系统,通过探测电磁辐射的时空模 式来感知环境,然后处理数据,以执行有用的实用功能。”此定义将机器 视觉分为感知、处理和执行三个过程,业界认可度相对较高。 本白皮书通过对机器视觉定义演化过程进行梳理,并参考多家参编企 业丰富的行业实践经验,对机器视觉系统给出如下定义:机器视觉系统是 集光学、机械、电子、计算、软件等技术为一体的工业应用系统,它通过 对电磁辐射的时空模式进行探测及感知,可以自动获取一幅或多幅目标物 体图像,对所获取图像的各种特征量进行处理、分析和测量,根据测量结 果做出定性分析和定量解释,从而得到有关目标物体的某种认识并作出相 应决策,执行可直接创造经济价值或社会价值的功能活动。机器视觉系统 一般具有物体定位、特征检测、缺陷判断、目标识别、计数和运动跟踪等 功能。 形象地说,机器视觉的本质是为机器植入“眼睛”和“大脑”。为机 器植入眼睛,代表着机器视觉利用环境和物体对光的反射来获取及感知信 息;为机器植入大脑,意味着机器视觉需要对信息进行智能处理与分析, 并应用分析得到的结果来执行相应的活动。 从定义可知,机器视觉主要包含三个关键环节,具体是 1)成像,即 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 中国电子技术标准化研究院 第一章 机器视觉概述 9 利用光照来精准客观地感知环境;2)信号分析与处理,即智能地分析并 理解所获得的信息;3)决策及执行,即应用分析所得结果做出决策并执 行实用的动作。对于一个完整的机器视觉系统,必须综合运用光源照明、 光路设计、传感成像、模拟与数字信号处理、数字图像处理、计算机视 觉、机械工程、控制和人机接口等一系列技术,依次实现上述三个关键 环节。