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智能图像处理技术的五种典型应用场景

发布时间:2020-02-02 16:10   作者:苏州软易监控
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:

一、智能视觉图片处理功能
 
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、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。
 
 
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。

二、机器视觉的五种应用场景
 
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。
 
 

 
图 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。
 
 
图 机器视觉分析仪平台
 
 
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%。
 
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。

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