人類想要實現一系列的基本活動，如生活、工作、學習就必須依靠自身的器官，除腦以外，最重要的就是我們的眼睛了，（工業）機器人也不例外，要完成正常的生產任務，沒有一套完善的，先進的視覺系統是很難想象的。

機器視覺系統就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。圖像處理和模式識別等技術的快速發展，也大大地推動了機器視覺的發展。

機器視覺系統的應用

在生產線上，人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產生誤差和錯誤，但是機器卻會不知疲倦地、穩定地進行下去。一般來說，機器視覺系統包括了照明系統、鏡頭、攝像系統和圖像處理系統。對于每一個應用，我們都需要考慮系統的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對比度需要多大等。從功能上來看，典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。

機器視覺系統工作過程

? 一個完整的機器視覺系統的主要工作過程如下：? 1、工件定位檢測器探測到物體已經運動至接近攝像系統的視野中心，向圖像采集部分發送觸發脈沖。? 2、圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統發出啟動脈沖。? 3、攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。? 4、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構，曝光時間可以事先設定。? 5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。? 6、攝像機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。? 7、圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數字化，或者是直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據。? 8、圖像采集部分將數字圖像存放在處理器或計算機的內存中。? 9、處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結果或邏輯控制值。? 10、處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。

機器視覺系統的優點有：

? 1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高系統的可靠性。? 2、具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。? 3、長時間穩定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。? 4、機器視覺系統的應用領域越來越廣泛。在工業、農業、國防、交通、醫療、金融甚至體育、娛樂等等行業都獲得了廣泛的應用，可以說已經深入到我們的生活、生產和工作的方方面面。

科幻電影中的智能機器人

———如下圖所示是一種有電腦操控的加工機械裝置。———該裝置主要通過前端的攝像頭對被加工對象進行圖像采集和加工定位，從而完成加工。———機械類的各部件的精度由工人的熟練程度和工作經驗以及加工工具（如各類機床）到如今的由數字化和智能化的加工設備（如數控機床），更多的能適應社會需要和發展的高精度，高難度的零件被加工出來。

視覺系統簡單來說就可以用三個及獨立又相互聯系的模塊來概括：目標物圖像的采集、圖像的處理、指令的發出。

視覺系統的設計分為軟件設計和硬件設計兩大部分

視覺系統的硬件設計

視覺系統的硬件主要由鏡頭、攝像機、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構成。

一套視覺系統的好壞則分別取決于攝像機像素的高低，硬件質量的優劣，更重要的是各個部件間的相互配合和合理使用。

——在惡劣的自然環境中，在生產的一線，在許多復雜的情況下，要想保證整個視覺系統的正常工作，構成系統的各個硬件就必須具有很好的耐磨損性和經受住各種不可預料的情況和考驗。——隨著科技的進步和現代生產生活的需要視覺系統正在機器，特別是智能機械的飛速發展，原有的系統硬件已不適應新的需要，為此，必須提高硬件的水平和質量來保證系統的正常運行。 ——鏡頭、攝像機、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構就好像電腦的顯示器、電源、主機（處理器、內存條、硬盤、顯卡等）一樣，每一個構成部件都很關鍵，它們質量如果不過關，整個機器就無法正常工作，更別說完成復雜的工作和給以的任務了。

視覺系統的軟件設計

——視覺系統的軟件設計至關重要，在當今信息化大趨勢下，智能控制越來越依靠軟件方面的功用。——視覺系統的軟件設計是一個復雜的課題，不僅要考慮到程序設計的最優化，還要考慮到算法的有效性，及其能否實現，在軟件設計的過程中要考慮到可能出現的問題。——視覺系統的軟件設計完成還要對其魯棒性進行檢測和提高，以適應復雜的外部環境（魯棒性就是系統的健壯性。它是在異常和危險情況下系統生存的關鍵。）

一種視覺導航軟件處理的流程圖

視覺系統的實際應用

?機器視覺技術的城市交通預警系統 ?近幾年來，隨著經濟的發展，我國各大城市內部的交通基礎設施建設也得到了快速發展，但是，盡管城市道路越建越寬，立交橋越建越多，交通信號越來越復雜，道路的擁擠程度和交通事故的發生率卻沒有得到明顯的緩解，交通運輸業特別是城市交通承受著越來越大的壓力。

目前，隨著城市交通現代化、智能化的進程日益加快，國內相關領域的研究也成為新的熱點。關于智能交通系統（Intelligent Transportation System；簡稱為ITS）的研究得到了歐洲、美國、日本、加拿大等等很多發達國家的廣泛重視，他們紛紛投入巨資應用于智能交通系統的研究，并進行了大量的模擬實驗，很多子系統已經能夠初步達到人們所希望的智能化程度。越來越多的事實已經證明，先進的ITS將有效地利用現有交通設施，減少交通負荷和環境污染、保證交通安全、提高運輸效率、促進社會經濟發展、提高人民生活質量，并能夠推動社會信息化及新產業的形成。基于機器視覺技術的城市交通預警系統，是先進交通管理系統的子系統，是通過根據交通狀況的變化及早預警，配合交通管理的智能監控系統。

基于機器視覺技術的城市交通預警系統結構框架

? 系統主要功能模塊簡介：? 視覺監測：城市交通環境是實時變化的，通過視頻監測技術采集相關數據，將檢測到的環境特征值送往信息融合處理器。? 信息融合處理器：將信息通過模糊神經網絡方法得到輸出結果。? 監測預警：根據并做出決策，即相應調整實時交通信息、信號控制，以及對于將要發生事故或已經發生事故區域采取緊急救援措施。

機器人視覺

?機器人視覺【robot vision】 使機器人具有視覺感知功能的系統。?機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。?機器人視覺廣義上稱為機器視覺，其基本原理與計算機視覺類似。?計算機視覺研究視覺感知的通用理論，研究視覺過程的分層信息表示和視覺處理各功能模塊的計算方法。而機器視覺側重于研究以應用為背景的專用視覺系統，只提供對執行某一特定任務相關的景物描述。

機器人視覺硬件主要包括圖像獲取和視覺處理兩部分，而圖像獲取由照明系統、視覺傳感器、模擬－數字轉換器和幀存儲器等組成。根據功能不同，機器人視覺可分為視覺檢驗和視覺引導兩種，廣泛應用于電子、汽車、機械等工業部門和醫學、軍事領域。