智能图像处理在机器视觉中的应用.doc

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1、智能图像处理在机器视觉中的应用　　智能图像处理是指一类基于计算机的自适应与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所示。　　智能图像处理在机器视觉中的应用　　智能图像处理是指一类基于计算机的自适应与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所示。　　　　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

2、为机器安上了眼睛，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。　　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

3、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

4、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。　　　　机器视觉系统示例　　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：　　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

5、，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、BlueTooth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。　　图像预处理　　对于采集到的数字化的现场图像，由于

6、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。　　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

7、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。　　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