（一）機(jī)器視覺的概念
機(jī)器視覺是一種通過光學(xué)設(shè)備和非接觸式傳感器自動(dòng)接收并處理真實(shí)物體的圖像的設(shè)備，以獲得所需信息或控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本質(zhì)上是圖像分析技術(shù)在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用，用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測量和判斷，通過使用光學(xué)系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)碼相機(jī)和圖像處理工具，模擬人類視覺功能并做出決策，指揮特定裝置實(shí)現(xiàn)決策，在工況檢測、成品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制等現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域逐漸取代人工視覺。
（二）使用機(jī)器視覺代替人工視覺的原因
生產(chǎn)效率方面：長時(shí)間工作后操作者易疲勞，人工視覺質(zhì)量低、準(zhǔn)確性差，機(jī)器視覺可提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。
成本控制方面：培訓(xùn)合格操作員需耗費(fèi)大量人力物力，后續(xù)還需長時(shí)間提升實(shí)踐水平；而機(jī)器視覺系統(tǒng)只要設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行得當(dāng)，可長時(shí)間不間斷工作并確保生產(chǎn)效果。
安全方面：在焊接、制造等特殊工業(yè)環(huán)境中，人工視覺可能威脅操作人員人身安全，機(jī)器視覺可有效避免這些風(fēng)險(xiǎn)。
（三）機(jī)器視覺涵蓋的領(lǐng)域
電氣工程：用于機(jī)器視覺系統(tǒng)中的硬件和軟件設(shè)計(jì)。
工程數(shù)學(xué)：作為圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。
物理：是照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
機(jī)械工程：涉及機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用。
二、機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成部分
（一）照明（光源）
照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與輸入數(shù)據(jù)（圖像質(zhì)量和應(yīng)用效果）直接相關(guān)。工程師要先確定有效照明條件，根據(jù)用戶需求和產(chǎn)品特性選照明設(shè)備，以突出目標(biāo)信息特征。光源分為可見光源和不可見光源（如近紅外光、紫外光、X射線等），LED光源廣泛用于教學(xué)，具有高效、長壽命、防潮、抗震、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，不可見光源用于滿足特定需求，如管道焊接檢測。
（二）鏡頭
鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的重要組件，作用是光學(xué)成像。主要參數(shù)有焦距、景深、分辨率、工作距離和視場。景深指鏡頭獲取圖像時(shí)被攝物體與焦點(diǎn)前后的距離范圍，視場表示攝像機(jī)可觀察到的范圍（通常以角度表示），設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要選擇符合用戶需求參數(shù)的鏡頭。
（三）工業(yè)相機(jī)
在機(jī)器視覺系統(tǒng)中必不可少，像人的眼睛用于捕獲圖像。根據(jù)感光器不同可分為CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。CCD照相機(jī)成本高，但成像質(zhì)量、成像透明度和色彩豐富度比CMOS照相機(jī)好；線陣式CCD相機(jī)采用“線”的形式，圖像信息按行為單位處理，分辨率高、速度快，用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域機(jī)器視覺系統(tǒng)；面陣式相機(jī)可一次獲取整個(gè)圖像信息，價(jià)格相對便宜。
（四）圖像采集單元
圖像采集單元中的重要元素是圖像采集卡，它是圖像采集單元和圖像處理單元之間的接口。
（五）圖像處理單元
包含大量圖像處理算法，采集圖像后用這些算法處理數(shù)字圖像，進(jìn)行分析和計(jì)算后輸出結(jié)果。
（六）執(zhí)行器和人機(jī)界面
完成圖像采集和處理工作后，輸出圖像處理結(jié)果，進(jìn)行匹配操作（如剔除不良品、報(bào)警等），并通過人機(jī)界面顯示生產(chǎn)信息。
三、機(jī)器視覺系統(tǒng)的原理
通過光學(xué)系統(tǒng)將被攝物體轉(zhuǎn)換為圖像信號，傳輸至圖像采集卡，根據(jù)像素分布、亮度、顏色等信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，圖像處理單元計(jì)算這些數(shù)字信號獲得拍攝目標(biāo)的特征值，根據(jù)判別結(jié)果指導(dǎo)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。
四、機(jī)器視覺相關(guān)試題及答案示例
（一）選擇題
下列哪項(xiàng)不屬于機(jī)器視覺應(yīng)用的分類（D）
A.視覺引導(dǎo)與定位
B.產(chǎn)品外觀檢測
C.精準(zhǔn)測量測距
D.自然語言處理
下列哪項(xiàng)不是機(jī)器視覺的優(yōu)點(diǎn)（D）
A.不會(huì)疲勞，持久工作
B.不受主觀影響
C.不受情緒影響
D.對溫度濕度空氣質(zhì)量有要求
人工視覺的特點(diǎn)是（ABCD）
A.適應(yīng)性差
B.精度低
C.效率低
D.成本高
機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不包括（B）
A.提供數(shù)據(jù)采集服務(wù)
B.自動(dòng)駕駛
C.計(jì)算算力服務(wù)
D.算法及應(yīng)用服務(wù)
知識(shí)圖譜技術(shù)不適合應(yīng)用在（無準(zhǔn)確答案，文檔未明確體現(xiàn)不適合的情況）
A.專家系統(tǒng)
B.故障排查
C.交通管理
D.根因分析
（二）填空題
計(jì)算機(jī)視覺是計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，是指用（攝像機(jī)）和電腦代替人眼對目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測量。
（三）判斷題
機(jī)器視覺在交通、安防、醫(yī)療、體育賽事等多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用（對）
機(jī)器視覺是計(jì)算機(jī)視覺在工業(yè)場景中的應(yīng)用，目的是替代傳統(tǒng)的人工（對）
在人工智能各行業(yè)的應(yīng)用程度中，工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值最高（無明確判斷依據(jù)，文檔未確切表明）
視覺檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是適合在安全風(fēng)險(xiǎn)高、人機(jī)工程惡劣和環(huán)境差區(qū)域工作（對）
傳統(tǒng)安全巡檢主要依靠人工，在巡檢確定性、效率、及時(shí)性等方面都存在一定優(yōu)勢（錯(cuò)）
