中國是一個制造大國，每天都要生產大量的工業產品。用戶和生產企業對產品質量的要求越來越高，除要求滿足使用性能外，還要有良好的外觀，即良好的表面質量。但是，在制造產品的過程中，表面缺陷的產生往往是不可避免的。不同產品的表面缺陷有著不同的定義和類型，一般而言表面缺陷是產品表面局部物理或化學性質不均勻的區域，如金屬表面的劃痕、斑點、孔洞，紙張表面的色差、壓痕，玻璃等非金屬表面的夾雜、破損、污點，等等。表面缺陷不僅影響產品的美觀和舒適度，而且一般也會對其使用性能帶來不良影響，所以生產企業對產品的表面缺陷檢測非常重視，以便及時發現，從而有效控制產品質量，還可以根據檢測結果分析生產工藝中存在的某些問題，從而杜絕或減少缺陷品的產生，同時防止潛在的貿易糾份，維護企業榮譽。
人工檢(jian)(jian)測是產品表面(mian)缺陷的(de)傳統檢(jian)(jian)測方法(fa)，該方法(fa)抽檢(jian)(jian)率低(di)、準確性不高、實時性差、效率低(di)、勞動(dong)強度大(da)、受人工經驗和主(zhu)觀因素(su)的(de)影響大(da)，而基于機器視覺的(de)檢(jian)(jian)測方法(fa)可(ke)以(yi)很大(da)程度上(shang)克服上(shang)述弊端。
美(mei)國(guo)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)工業協會(RIA)對機(ji)器(qi)(qi)視覺下的(de)(de)定義為(wei)：“機(ji)器(qi)(qi)視覺是通過光學的(de)(de)裝置(zhi)和非(fei)接(jie)(jie)觸(chu)的(de)(de)傳(chuan)感器(qi)(qi)自動(dong)地接(jie)(jie)收和處理一個(ge)真(zhen)實物(wu)體(ti)的(de)(de)圖像，以獲(huo)得所需信(xin)息(xi)或用于(yu)控制(zhi)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)運動(dong)的(de)(de)裝置(zhi)”。
機器(qi)視覺是一種無接觸、無損傷(shang)的自動檢測(ce)技(ji)術，是實現(xian)設(she)備自動化、智能化和(he)精密控制的有(you)(you)效手(shou)段(duan)，具(ju)有(you)(you)安全可(ke)靠(kao)、光(guang)譜(pu)響應范圍寬、可(ke)在(zai)惡(e)劣環境下長時間(jian)工作和(he)生產效率高等突出優點(dian)。
機(ji)器(qi)視覺(jue)檢測系統通過適當的光源和(he)(he)圖(tu)像(xiang)傳感器(qi)(CCD攝像(xiang)機(ji))獲(huo)取(qu)產品的表面圖(tu)像(xiang)，利用相應的圖(tu)像(xiang)處理算法提取(qu)圖(tu)像(xiang)的特征信(xin)息，然后根據特征信(xin)息進(jin)行表面缺陷的定位、識別、分級等(deng)判別和(he)(he)統計、存儲、查詢等(deng)操作；
視覺表(biao)面缺陷檢(jian)測系統(tong)基本組成主要(yao)包括圖(tu)像獲(huo)取模塊、圖(tu)像處(chu)理(li)模塊、圖(tu)像分析模塊、數據管(guan)理(li)及人機接口模塊。
圖(tu)像(xiang)獲(huo)取模塊由CCD攝像(xiang)機(ji)、光學鏡(jing)頭(tou)、光源(yuan)及(ji)其夾(jia)持裝置等組(zu)成，其功能是完(wan)成產品表(biao)面圖(tu)像(xiang)的(de)(de)采集。在(zai)光源(yuan)的(de)(de)照明下(xia)，通過光學鏡(jing)頭(tou)將產品表(biao)面成像(xiang)于(yu)相機(ji)傳(chuan)感器(qi)上，光信號先轉(zhuan)換成電信號，進而轉(zhuan)換成計算(suan)機(ji)能處(chu)理的(de)(de)數(shu)字(zi)信號。目前工業(ye)用(yong)相機(ji)主(zhu)要基于(yu)CCD或CMOS(complementary metal oxide semiconductor)芯片的(de)(de)相機(ji)。CCD是目前機(ji)器(qi)視(shi)覺最為常用(yong)的(de)(de)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感器(qi)。
光(guang)源(yuan)直接影響到(dao)圖像的(de)質量(liang)，其作用(yong)是克服(fu)環境光(guang)干擾，保證圖像的(de)穩定(ding)性(xing)，獲得對比度盡(jin)可能高的(de)圖像。目前(qian)常用(yong)的(de)光(guang)源(yuan)有鹵素燈(deng)、熒光(guang)燈(deng)和發光(guang)二級管(LED)。LED光(guang)源(yuan)以(yi)體積小、功耗低、響應速度快、發光(guang)單色性(xing)好、可靠性(xing)高、光(guang)均勻穩定(ding)、易集成(cheng)等優點獲得了廣泛的(de)應用(yong)。
由(you)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)構成的(de)(de)照明(ming)(ming)(ming)(ming)系(xi)統按(an)其照射(she)方法可分(fen)為明(ming)(ming)(ming)(ming)場照明(ming)(ming)(ming)(ming)與(yu)(yu)暗(an)場照明(ming)(ming)(ming)(ming)、結構光(guang)照明(ming)(ming)(ming)(ming)與(yu)(yu)頻閃光(guang)照明(ming)(ming)(ming)(ming)。明(ming)(ming)(ming)(ming)場與(yu)(yu)暗(an)場主要(yao)描述相(xiang)機(ji)與(yu)(yu)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)位置關系(xi)，明(ming)(ming)(ming)(ming)場照明(ming)(ming)(ming)(ming)指(zhi)相(xiang)機(ji)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)收光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)在目標(biao)上的(de)(de)反(fan)射(she)光(guang)，一般(ban)相(xiang)機(ji)與(yu)(yu)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)異側分(fen)布，這(zhe)種(zhong)方式便(bian)于安裝；暗(an)場照明(ming)(ming)(ming)(ming)指(zhi)相(xiang)機(ji)間接(jie)(jie)接(jie)(jie)收光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)在目標(biao)上的(de)(de)散射(she)光(guang)，一般(ban)相(xiang)機(ji)與(yu)(yu)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)同(tong)側分(fen)布，它的(de)(de)優點是能獲得高對比度(du)的(de)(de)圖(tu)像。結構光(guang)照明(ming)(ming)(ming)(ming)是將(jiang)光(guang)柵(zha)或線光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)等(deng)投(tou)射(she)到被測物上，根據它們產生的(de)(de)畸變，解調出(chu)被測物的(de)(de)3維信息。頻閃光(guang)照明(ming)(ming)(ming)(ming)是將(jiang)高頻率的(de)(de)光(guang)脈沖照射(she)到物體上，攝像機(ji)拍攝要(yao)求與(yu)(yu)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)同(tong)步。
圖像(xiang)處理(li)模塊主(zhu)要涉及圖像(xiang)去噪、圖像(xiang)增強與復原、缺陷的檢測(ce)和目(mu)標分割。
由(you)于現(xian)場環境、CCD圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)光(guang)電(dian)轉換、傳輸電(dian)路及電(dian)子元件(jian)都(dou)會(hui)使圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)產生噪(zao)聲(sheng)，這些噪(zao)聲(sheng)降低了(le)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)從(cong)而對(dui)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)處理和分(fen)析(xi)帶來(lai)(lai)不良影響，所(suo)以(yi)要對(dui)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)進行(xing)預(yu)處理以(yi)去噪(zao)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)增強目(mu)是針對(dui)給定圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)應用場合，有目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)地強調圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)或(huo)局(ju)部(bu)特性，將原(yuan)來(lai)(lai)不清晰(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)變得(de)清晰(xi)或(huo)強調某(mou)些感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)特征，擴大圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)中不同(tong)物體(ti)特征之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)差別(bie)，抑制不感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)特征，使之(zhi)改善圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)質量(liang)、豐富信息量(liang)，加強圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)判讀(du)和識別(bie)效果的(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)處理方法(fa)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)復(fu)(fu)原(yuan)是通過計算機(ji)處理，對(dui)質量(liang)下降的(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)加以(yi)重建或(huo)復(fu)(fu)原(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)處理過程。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)復(fu)(fu)原(yuan)很多時候采用與(yu)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)增強同(tong)樣的(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)，但圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)增強的(de)(de)(de)(de)(de)結果還需要下一階段來(lai)(lai)驗(yan)證(zheng)；而圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)復(fu)(fu)原(yuan)試圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)利用退(tui)(tui)化過程的(de)(de)(de)(de)(de)先驗(yan)知識，來(lai)(lai)恢復(fu)(fu)已(yi)被退(tui)(tui)化圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)本來(lai)(lai)面目(mu)，如加性噪(zao)聲(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)消除、運動模糊的(de)(de)(de)(de)(de)復(fu)(fu)原(yuan)等。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)分(fen)割的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是把圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)像(xiang)中目(mu)標(biao)區域(yu)分(fen)割出(chu)來(lai)(lai)，以(yi)便(bian)進行(xing)下一步的(de)(de)(de)(de)(de)處理。
圖像分(fen)析模塊(kuai)主要涉及(ji)特征提取、特征選擇和圖像識(shi)別。
特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)提(ti)(ti)取(qu)的(de)(de)作用(yong)是從(cong)(cong)圖像像素中(zhong)提(ti)(ti)取(qu)可(ke)(ke)以描述目標特(te)(te)(te)性(xing)的(de)(de)表達量，把(ba)不(bu)同目標間(jian)的(de)(de)差異映(ying)射到(dao)低維(wei)的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)空(kong)間(jian)，從(cong)(cong)而有(you)利(li)于壓(ya)縮數(shu)據量、提(ti)(ti)高識別(bie)率。表面(mian)缺陷檢測通常提(ti)(ti)取(qu)的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)有(you)紋(wen)理特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)、幾何形狀特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)、顏(yan)色特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)、變換系數(shu)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)等(deng)，用(yong)這(zhe)些多信(xin)息融合的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)向量來區(qu)可(ke)(ke)靠地區(qu)分(fen)不(bu)同類(lei)(lei)型(xing)的(de)(de)缺陷；這(zhe)些特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)之間(jian)一般存在冗余信(xin)息，即(ji)并不(bu)能保證特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)集是最優的(de)(de)，好的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)集應具備簡約性(xing)和魯棒性(xing)，為此，還需要(yao)進(jin)一步從(cong)(cong)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)集中(zhong)選(xuan)擇更有(you)利(li)于分(fen)類(lei)(lei)的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)，即(ji)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)的(de)(de)選(xuan)擇。圖像識別(bie)主要(yao)根據提(ti)(ti)取(qu)的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)集來訓練分(fen)類(lei)(lei)器(qi)，使其對表面(mian)缺陷類(lei)(lei)型(xing)進(jin)行正確的(de)(de)分(fen)類(lei)(lei)識別(bie)。
數據管(guan)理(li)及(ji)人機接口模塊可在顯(xian)示器上(shang)立(li)即(ji)顯(xian)示缺陷類型、位(wei)置、形(xing)狀、大小，對圖像進行存(cun)儲(chu)、查詢、統計等(deng)。
機器視覺表面缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)主要包括2維檢(jian)測(ce)和3維檢(jian)測(ce)，前者是當前的主要表面缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)方式.
機器(qi)視(shi)覺(jue)在(zai)(zai)工(gong)業檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)、包(bao)裝(zhuang)印刷、食品(pin)工(gong)業、航(hang)空航(hang)天、生物醫學工(gong)程(cheng)、軍事科技、智(zhi)能交通、文(wen)字識別等(deng)(deng)領域得到了廣泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。工(gong)業檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)領域是(shi)機器(qi)視(shi)覺(jue)應(ying)用(yong)中(zhong)比重(zhong)最(zui)大的(de)領域，主要(yao)用(yong)于產品(pin)質量檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)、產品(pin)分(fen)類、產品(pin)包(bao)裝(zhuang)等(deng)(deng)，如：零件(jian)(jian)裝(zhuang)配完整性(xing)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，裝(zhuang)配尺寸精(jing)度檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，位置/角度測(ce)(ce)量，零件(jian)(jian)識別，PCB板檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，印刷品(pin)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，瓶蓋檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，玻璃(li)、煙草(cao)、棉花檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，以(yi)及指紋、汽車牌(pai)照、人臉、條碼(ma)等(deng)(deng)識別。表面質量檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)系統是(shi)工(gong)業檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)的(de)極其重(zhong)要(yao)的(de)組(zu)成部分(fen)，機器(qi)視(shi)覺(jue)表面缺陷檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)在(zai)(zai)許多行業開始(shi)應(ying)用(yong)，涉及鋼板、玻璃(li)、印刷、電子、紡織品(pin)、零件(jian)(jian)、水(shui)果(guo)、木(mu)材、瓷磚(zhuan)、鋼軌等(deng)(deng)多種關系國(guo)計民生的(de)行業和產品(pin).
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