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機器視覺,如何賦予改變未來的想象?

關注:353     發表時間:2016-09-05 10:15:23

隨著信息技術的發展,給計算機、機器人或其他智能機器賦予人類視覺功能,成為人類多年以來的夢想。

 視覺是人類觀察世界和認知世界的重要手段。據統計,人類從外部世界獲得的信息約有80%是由提覺獲取的。這既說明視覺信息量巨大,也表明人類對視覺信息有較高的利用率,同時又體現了人類視覺功能的重要性。隨著信息技術的發展,給計算機、機器人或其他智能機器賦予人類視覺功能,成為人類多年以來的夢想。

  目前許多機器視覺技術已經實現了產品化、實用化。例如,指紋識別、車牌照識別、智能監控、人臉識別、工業產品的在線檢測等。可以說,機器視覺技術在信息化時代,扮演著越來越重要的角色。

  什么是機器視覺?

  機器視覺(machinevision)又常被稱作為計算機視覺(computervision),是用計算機實現人的視覺功能一一對客觀世界的三維場景的感知、識別和理解。

  自20世紀50年代從統計模式識別開始的,計算機視覺當時的工作主要集中在二維圖像分析、識別和理解上,如光學字符識別、工件表面、顯微圖片和航空照片的分析和解釋等。1973年,英國的Marr教授應邀在麻省理工學院(MIT)的人工智能實驗室創建并領導一個以博士生為主體的研究小組,從事視覺理論方面的研究。1977年Marr提出了不同于"積木世界"分析方法的計算視覺理論一一Marr視覺理論.該理論在20世紀80年代成為計算機視覺研究領域中的一個十分重要的理論框架。

  到了80年代中期.計算機視覺獲得了迅速發展,主動視覺理論框架、基于感知特征群的物體識別理論框架等新概念、新方法、新理論不斷涌現。而到90年代.計算機視覺在工業環境中得到廣泛應用,同時基于多視幾何的視覺理論得到迅速發展。

  機器視覺與計算機視覺的區別

  不過,張廣軍編著的《機器視覺》一書曾表示,計算機視覺(computervision)和機器視覺(machinevision)這兩個術語是既有區別又有聯系的。

  他提出,計算機視覺是采用圖像處理、模式識別、人工智能技術相結合的手段,著重于一幅或多幅圖像的計算機分析。圖像可以由單個或者多個傳感器獲取,也可以是單個傳感器在不同時刻獲取的圖像序列。分析是對目標物體的識別,確定目標物體的位置和姿態,對三維景物進行符號描述和解釋。在計算機視覺研究中,經常使用幾何模型、復雜的知識表達,采用基于模型的匹配和搜索技術,搜索的策略常使用自底向上、自頂向下、分層和啟發式控制策略。

  機器視覺則偏重于計算機視覺技術工程化,能夠自動獲取和分析特定的圖像,以控制相應的行為。具體地說,計算機視覺為機器視覺提供圖像和景物分析的理論及算法基礎,機器視覺為計算機視覺的實現提供傳感器模型、系統構造和實現手段。因此可以認為.一個機器視覺系統就是一個能自動獲取一幅或多幅目標物體圖像.對所獲取圖像的各種特征量進行處理、分析和測量,并對測量結果做出定性分析和定量解釋,從而得到有關目標物體的某種認識并做出相應決策的系統。機器視覺系統的功能包括:物體定位、特征檢測、缺陷判斷、目標識別、計數和運動跟蹤。

  機器視覺的優勢和應用領域

  視覺的最大優點是與被觀測的對象無接觸,因此對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷,這是其他感覺方式無法比擬的。

  同時,機器視覺所能檢測的對象十分廣泛,人眼觀察不到的范圍,它也可以觀察。例如,紅外線、微波、超聲波等人類就觀察不到,而機器視覺則可以利用這方面的敏感器件形成紅外線、微波、超聲波等圖像。因此可以說是擴展了人類的視覺范圍。另外人無法長時間地觀察對象,機器視覺則不知疲勞,始終如一地觀測,所以機器視覺可以廣泛地用于長時間惡劣的工作環境。

 


  目前,機器視覺主要應用于以下領域:

  (1)工業自動化生產線應用。產品檢測、自動流水線生產和裝配、自動焊接、PCB印制板檢查以及各種危險場合工作的機器人等。將圖像和視覺技術用于生產自動化,可以加快生產速度,保證質量的一致性,還可以避免人的疲勞、注意力不集中等帶來的誤判。

  (2)各類檢驗和監視應用。標簽文字標記檢查,郵政自動化,計算機輔助外科手術.顯微醫學操作,石油、煤礦等鉆探中數據流自動監測和濾波,在紡織、印染業進行自動分色、配色.重要場所門廊自動巡視,自動跟蹤報警等。

  (3)視覺導航應用。巡航導彈制導、無人駕駛飛機飛行、自動行駛車輛、移動機器人、精確制導及自動巡航捕獲目標和確定距離等.既可避免人的參與及由此帶來的危險,也可提高精度和速度。

  (4)圖像自動解釋應用。對放射圖像、顯微圖像、醫學圖像、遙感多波段圖像、合成孔徑雷達圖像、航天航測圖像等的自動判讀理解。由于近年來技術的發展,圖像的種類和數量飛速增長,圖像的自動理解已成為解決信息膨脹問題的重要手段。

  (5)人機交互應用。人臉識別、智能代理等。同時讓計算機可借助人的手勢動作(手語)嘴唇動作(唇讀)、軀干運動(步態)、表情測定等了解人的愿望要求而執行指令,這既符合人類的交豆習慣,也可增加交互方便性和臨場感等。

  (6)虛擬現實應用。飛機駕駛員圳練、醫學手術模擬、場景建模、戰場環境表示等,它可幫助人們超越人的生理極限,"親臨其境",提高工作效率。

  監控攝像與機器視覺

  作為機器視覺的代表應用,以攝像機為核心的視頻監控系統廣泛應用與安保、交通、樓宇、工業等各個行業領域。隨著數字技術越來越多地應用于視頻監控系統中,極大地提高了系統性能,也擴大了它的應用范圍。但是,監控攝像仍局限于一般的人工監視和事后錄像分析上,這種做法需要大量的人工輔助,系統缺乏一定的自主判斷能力。

  然而,當機器視覺與圖像處理技術加入之后,打破了原有的限制,得以設計出一個實時視頻監控系統。該系統在實現視頻監控同時,通過運用機器視覺技術,增加了視頻變化檢測和自動錄像功能,系統能夠自動識別場景變化,檢測出運動目標并鎖定,同時發出警告和啟動存儲裝置。這樣不僅可以節省大量存儲空間,提高監控存儲效率,減少不必要的回放,而且數據更加具有針對性。


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