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机器视觉系统概论

一、机器视觉系统构成

1.机器视觉的概念

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机

器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）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，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。

美国制造工程师协会（SMESocietyofManufacturingEngineers）机器

视觉分会和美国机器人工业协会（RIARoboticIndustriesAssociation）的自

动化视觉分会对机器视觉下的定义为：“机器视觉是通过光学的装置和非接触

的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制

机器人运动的装置”。

在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件识别

应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线

的元件自动定位，IC上的字符识别等。通常人眼无法连续、稳定地完成这些带

有高度重复性和智能性的工作，其它物理量传感器也难有用武之地。由此人们

开始考虑利用光电成像系统采集被控目标的图像，而后经计算机或专用的图像

处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，来进行

尺寸、形状、颜色等的判别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼

视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念。

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机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人

工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来代替

人工视觉;同时在大批量工业生产过程中，用于人工视觉检查产品质量的效率低

且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程

度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

正是由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易

于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们

将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。在中国，

这种应用也在逐渐被认知，国内对于机器视觉的需求越来越多。

2.机器视觉系统的组成

机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出。

图像采集

光学系统采集图像，图像转换成模拟格式并传入计算机存储器。

图像处理和分析

处理器运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素并形成数据作

为判决依据。

判决和输出

处理器的控制程序根据收到的数据做出结论并输出信息作反馈控制等应

用。

一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、CCD照相机、图像处理单

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元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。

照明光源

监视单元

图像采集图像处理

检测目标光路镜头相机