智能圖像處理是指一類基于計(jì)算機(jī)的自適應(yīng)于各種應(yīng)用場(chǎng)合的圖像處理和分析技術(shù)碟嘴，本身是一個(gè)獨(dú)立的理論和技術(shù)領(lǐng)域，但同時(shí)又是機(jī)器視覺(jué)中的一項(xiàng)十分重要的技術(shù)支撐囊卜。人工智能娜扇、機(jī)器視覺(jué)和智能圖像處理技術(shù)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1智能圖像處理的支撐作用

　　具有智能圖像處理功能的機(jī)器視覺(jué)栅组，相當(dāng)于人們?cè)谫x予機(jī)器智能的同時(shí)為機(jī)器按上了眼睛雀瓢，使機(jī)器能夠“看得見”、“看得準(zhǔn)”玉掸，可替代甚至勝過(guò)人眼做測(cè)量和判斷致燥，使得機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高分辨率和高速度的控制。而且排截，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與被檢測(cè)對(duì)象無(wú)接觸嫌蚤，安全可靠。

　　1. 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

　　機(jī)器視覺(jué)的起源可追溯到20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者L.R.羅伯茲對(duì)多面體積木世界的圖像處理研究断傲，70年代麻省理工學(xué)院（MIT）人工智能實(shí)驗(yàn)室“機(jī)器視覺(jué)”課程的開設(shè)脱吱。到80年代，全球性機(jī)器視覺(jué)研究熱潮開始興起层筹，出現(xiàn)了一些基于機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用系統(tǒng)苦频。90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展风踪，機(jī)器視覺(jué)的理論和應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展梧杠。

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展速度更快，已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域啤都，如智能制造砰穗、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生溃锤、安防監(jiān)控等領(lǐng)域渣么。目前，隨著人工智能浪潮的興起灿拗，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)正處于不斷突破蛋鸡、走向成熟的新階段。

　　在中國(guó)侍上，機(jī)器視覺(jué)的研究和應(yīng)用開始于20世紀(jì)90年代弓候。從跟蹤國(guó)外品牌產(chǎn)品起步，經(jīng)過(guò)二十多年的努力他匪，國(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺(jué)從無(wú)到有菇存，從弱到強(qiáng)，不僅理論研究進(jìn)展迅速诚纸，而且已經(jīng)出現(xiàn)一些頗具競(jìng)爭(zhēng)力的公司和產(chǎn)品。估計(jì)隨著國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)器視覺(jué)研究陈惰、開發(fā)和推廣的不斷深入畦徘，趕上和超越世界水平已不是遙不可及的事情了。

　　常見機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要可分為兩類抬闯，一類是基于計(jì)算機(jī)的井辆，如工控機(jī)或PC，另一類是更加緊湊的嵌入式設(shè)備溶握。典型的基于工控機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要包括：光學(xué)系統(tǒng)杯缺，攝像機(jī)和工控機(jī)（包含圖像采集、圖像處理和分析睡榆、控制/通信）等單元萍肆，如圖2所示。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)核心的圖像處理要求算法準(zhǔn)確栽铁、快捷和穩(wěn)定笆犀，同時(shí)還要求系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本低，升級(jí)換代方便判原。

圖2機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)案例

　　2. 智能圖像處理技術(shù)

　　機(jī)器視覺(jué)的圖像處理系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字圖像信號(hào)按照具體的應(yīng)用要求進(jìn)行運(yùn)算和分析锉纹，根據(jù)獲得的處理結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)作，其常見功能如下：

　〗裉臁（1）圖像采集

　　圖像采集就是從工作現(xiàn)場(chǎng)獲取場(chǎng)景圖像的過(guò)程残宽，是機(jī)器視覺(jué)的第一步，采集工具大多為CCD或CMOS照相機(jī)或攝像機(jī)置悦。照相機(jī)采集的是單幅的圖像父吧，攝像機(jī)可以采集連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)圖像隧蜀。就一幅圖像而言，它實(shí)際上是三維場(chǎng)景在二維圖像平面上的投影棘魏，圖像中某一點(diǎn)的彩色（亮度和色度）是場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)點(diǎn)彩色的反映短材。這就是我們可以用采集圖像來(lái)替代真實(shí)場(chǎng)景的根本依據(jù)所在。

　　如果相機(jī)是模擬信號(hào)輸出烹豫，需要將模擬圖像信號(hào)數(shù)字化后送給計(jì)算機(jī)（包括嵌入式系統(tǒng)）處理〈疃溃現(xiàn)在大部分相機(jī)都可直接輸出數(shù)字圖像信號(hào)，可以免除模數(shù)轉(zhuǎn)換這一步驟廊镜。不僅如此牙肝，現(xiàn)在相機(jī)的數(shù)字輸出接口也是標(biāo)準(zhǔn)化的，如USB嗤朴、VGA配椭、1394、HDMI雹姊、WiFi股缸、Blue Tooth接口等，可以直接送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理吱雏，以免除在圖像輸出和計(jì)算機(jī)之間加接一塊圖像采集卡的麻煩敦姻。后續(xù)的圖像處理工作往往是由計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)以軟件的方式進(jìn)行。

　∑缧印（2）圖像預(yù)處理

　　對(duì)于采集到的數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)圖像镰惦，由于受到設(shè)備和環(huán)境因素的影響，往往會(huì)受到不同程度的干擾犬绒，如噪聲娩伴、幾何形變、彩色失調(diào)等等吝，都會(huì)妨礙接下來(lái)的處理環(huán)節(jié)靠牙。為此，必須對(duì)采集圖像進(jìn)行預(yù)處理泽中。常見的預(yù)處理包括噪聲消除屋赌、幾何校正、直方圖均衡等處理炮惕。

　　通常使用時(shí)域或頻域?yàn)V波的方法來(lái)去除圖像中的噪聲瓜坎；采用幾何變換的辦法來(lái)校正圖像的幾何失真；采用直方圖均衡射贡、同態(tài)濾波等方法來(lái)減輕圖像的彩色偏離瞪歹。總之，通過(guò)這一系列的圖像預(yù)處理技術(shù)蛇热，對(duì)采集圖像進(jìn)行“加工”梗爸，為體機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用提供“更好”、“更有用”的圖像讹蘑。

　∧┛（3）圖像分割

　　圖像分割就是按照應(yīng)用要求，把圖像分成各具特征的區(qū)域座慰，從中提取出感興趣目標(biāo)陨舱。在圖像中常見的特征有灰度、彩色版仔、紋理游盲、邊緣、角點(diǎn)等蛮粮。例如益缎，對(duì)汽車裝配流水線圖像進(jìn)行分割，分成背景區(qū)域和工件區(qū)域然想，提供給后續(xù)處理單元對(duì)工件安裝部分的處理莺奔。

　　圖像分割多年來(lái)一直是圖像處理中的難題，至今已有種類繁多的分割算法变泄，但是效果往往并不理想令哟。近來(lái)，人們利用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行圖像分割巷科，其性能勝過(guò)傳統(tǒng)算法冠八。

　⊙÷（4）目標(biāo)識(shí)別和分類

　　在制造或安防等行業(yè)底靴，機(jī)器視覺(jué)都離不開對(duì)輸入圖像的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和分類處理，以便在此基礎(chǔ)上完成后續(xù)的判斷和操作失傍。識(shí)別和分類技術(shù)有很多相同的地方贝崎，常常在目標(biāo)識(shí)別完成后，目標(biāo)的類別也就明確了民沈。近來(lái)的圖像識(shí)別技術(shù)正在跨越傳統(tǒng)方法还凸，形成以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主流的智能化圖像識(shí)別方法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）浸速、回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）等一類性能優(yōu)越的方法童盏。

　　（5）目標(biāo)定位和測(cè)量

　　在智能制造中就灸，最常見的工作就是對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行安裝呛疫，但是在安裝前往往需要先對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，安裝后還需對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。安裝和測(cè)量都需要保持較高的精度和速度甫恩，如毫米級(jí)精度（甚至更心婕谩），毫秒級(jí)速度磺箕。這種高精度奖慌、高速度的定位和測(cè)量，倚靠通常的機(jī)械或人工的方法是難以辦到的松靡。在機(jī)器視覺(jué)中简僧，采用圖像處理的辦法，對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行處理击困，按照目標(biāo)和圖像之間的復(fù)雜映射關(guān)系進(jìn)行處理涎劈，從而快速精準(zhǔn)地完成定位和測(cè)量任務(wù)。

　≡牟琛（6）目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤

　　圖像處理中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤蛛枚，就是實(shí)時(shí)檢測(cè)攝像機(jī)捕獲的場(chǎng)景圖像中是否有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并預(yù)測(cè)它下一步的運(yùn)動(dòng)方向和趨勢(shì)脸哀，即跟蹤蹦浦。并及時(shí)將這些運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)提交給后續(xù)的分析和控制處理，形成相應(yīng)的控制動(dòng)作摧垄。圖像采集一般使用單個(gè)攝像機(jī)跃恍，如果需要也可以使用兩個(gè)攝像機(jī)，模仿人的雙目視覺(jué)而獲得場(chǎng)景的立體信息匕蚁，這樣更加有利于目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤處理态置。

　　3. 機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用

　　如圖3所示，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用廣泛渊唁，如安防垄获、制造、教育仆玖、出版彻虾、醫(yī)療、交通歪低、軍事領(lǐng)域等溅宅。在這些機(jī)器數(shù)額的應(yīng)用中，智能圖像處理都是不可或缺的盔曼，這里僅簡(jiǎn)要介紹其中幾個(gè)方面的應(yīng)用搪书。

圖3常見機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)合

　　（1）智能制造

　　為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)智能制造2025這一宏偉目標(biāo)吴侦，離不開機(jī)器視覺(jué)屋休。例如惶我，在智能圖像處理一直處于領(lǐng)先地位的廣東迅通科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“迅通科技”）針對(duì)這一需求開發(fā)出了機(jī)器視覺(jué)分析儀平臺(tái)，見圖4博投。其中绸贡，迅通科技為某知名汽車廠商裝配流水線開發(fā)的車門限位器自動(dòng)定位、檢測(cè)和識(shí)別的系統(tǒng)毅哗，見圖5听怕。該系統(tǒng)通過(guò)智能圖像識(shí)別方式，自動(dòng)檢測(cè)型號(hào)是否正確虑绵，定位是否準(zhǔn)確尿瞭，完全代替了人工操作，檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到100%翅睛。此前声搁，每個(gè)工位需要4個(gè)工人用眼睛來(lái)檢查、定位16種型號(hào)限位器捕发，員工不僅很容易疲勞尤吟，還時(shí)常出現(xiàn)差錯(cuò)。

　∷⒄（2）教育考試

　　考試試卷時(shí)常發(fā)現(xiàn)因排版或印刷錯(cuò)誤影響學(xué)生考試翁骗，利用智能圖像處理技術(shù)，機(jī)器自動(dòng)對(duì)印刷后的試卷和原版試卷進(jìn)行比對(duì)铭懂，發(fā)現(xiàn)不一致之處引笛，會(huì)自動(dòng)提示并報(bào)警，完全替代之前只能通過(guò)人工對(duì)試卷進(jìn)行校驗(yàn)肉诚。

　【霰稀（3）出版印刷

　　和教育考試類似，專業(yè)出版印刷廠由于印刷的圖書痊撤、報(bào)紙雜志留满，以及承接來(lái)自企業(yè)產(chǎn)品包裝和宣傳資料的種類多，數(shù)量大袱蔓，排版和印刷中經(jīng)常出錯(cuò)竣伍。為此观复，需安排不少專業(yè)人員進(jìn)行校對(duì)偏序，耗費(fèi)大量的資金和時(shí)間。通過(guò)利用智能圖像處理技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)校對(duì)胖替，既提高了校對(duì)準(zhǔn)確度研儒，又縮短了校對(duì)時(shí)間，降低了印刷成本独令，縮短了出版物的交付周期端朵。

　『冒拧（4）安防監(jiān)控

　　這是當(dāng)前備受機(jī)器視覺(jué)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)打破了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的限制冲呢，增加了系統(tǒng)的智能舍败，使得智能視頻分析得以逐步實(shí)現(xiàn)。以公共場(chǎng)所的視頻監(jiān)控為例敬拓，通過(guò)運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)邻薯，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑人物的自動(dòng)檢測(cè)、人臉識(shí)別乘凸、實(shí)時(shí)跟蹤厕诡，必要時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多攝像機(jī)接連跟蹤，同時(shí)發(fā)出告警营勤，存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)信息倘封。

　　（5）智能交通

　　機(jī)器視覺(jué)在交通領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用模鹿。例如帚萧，在高速公路上及卡口處，對(duì)來(lái)往車輛進(jìn)行車型挚雾、牌照等識(shí)別秆刑，甚至對(duì)行駛車輛的違規(guī)行為進(jìn)行識(shí)別。在汽車上對(duì)駕駛員面部圖像進(jìn)行分析虏斤，判斷駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)唧谊。再如，無(wú)人駕駛汽車借助于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)脊距，使用攝像頭露惑、激光/毫米波/超聲波雷達(dá)、GPS等感知道路環(huán)境信息种诫，自動(dòng)規(guī)劃和控制車輛的安全行駛钢老。

　　有數(shù)據(jù)顯示，2016年全球機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模約46億美元烫饼， 2017年約50億美元猎塞，預(yù)計(jì)2018年達(dá)到55億美元，年增長(zhǎng)率為10%左右杠纵。中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的增長(zhǎng)是從2010年開始的荠耽，2017年市場(chǎng)規(guī)模約68億元，預(yù)計(jì)到2020年或達(dá)780億元比藻，市場(chǎng)增長(zhǎng)率將超過(guò)100%铝量。

　　4. 技術(shù)瓶頸及今后的發(fā)展

　　在機(jī)器視覺(jué)的智能圖像處理技術(shù)的發(fā)展中，還存在不少技術(shù)瓶頸银亲，如：

　　1）穩(wěn)定性：某種處理方法往往在研究和開發(fā)中表現(xiàn)良好慢叨，但在復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境中纽匙，卻不時(shí)地出現(xiàn)問(wèn)題。例如人臉識(shí)別系統(tǒng)拍谐，在目標(biāo)配合時(shí)識(shí)別率可高達(dá)95%以上烛缔，但在實(shí)際監(jiān)控環(huán)境下，識(shí)別率就會(huì)大大下降轩拨。

　　2）實(shí)時(shí)性：如果圖像的采集速度力穗、處理速度較慢，再加上新近引入的深度學(xué)習(xí)類算法次翩，加大了系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的難度褪鸳，跟不上機(jī)器運(yùn)行和控制的節(jié)奏。

　　3）準(zhǔn)確性：機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)要求圖像識(shí)別和測(cè)量的準(zhǔn)確性接近100%鹿吴，任何微小的誤差都有可能帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的后果揣响。例如目標(biāo)定位的誤差會(huì)使裝配出來(lái)的設(shè)備不符合要求。

　　4）系統(tǒng)能力：目前的嵌入式圖像處理系統(tǒng)干策，存在芯片的計(jì)算能力不足儿猪，存儲(chǔ)空間有限等問(wèn)題，常常不能滿足運(yùn)算量較大的圖像處理運(yùn)算彩淮，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的迭代運(yùn)算相梳，大規(guī)模矩陣運(yùn)算等。

　　今后機(jī)器視覺(jué)中智能圖像處理的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1）算法：傳統(tǒng)算法繼續(xù)不斷有所突破懊潜，新一波人工智能浪潮帶來(lái)不少新的性能優(yōu)良的圖像處理算法奢惋，如深度學(xué)習(xí)（DL），卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）乔蜀，生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）啸盲，等等。

　　2）實(shí)時(shí)性：出現(xiàn)更多結(jié)構(gòu)新穎咱士、資源充足立由、運(yùn)算快速的硬件平臺(tái)支撐，例如基于多CPU序厉、多GPU的并行處理結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)锐膜，海量存儲(chǔ)單元等。

　　3）嵌入式：新的高速的信號(hào)處理器陣列弛房，超大規(guī)模FPGA芯片道盏。

　　4）融合處理：從單圖像傳感器發(fā)展到多傳感器（多視點(diǎn)）的融合處理，可更加充分地獲取現(xiàn)場(chǎng)信息庭再。還可融合多類傳感器捞奕，如圖像傳感器牺堰、聲音傳感器拄轻、溫度傳感器等共同完對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)定位颅围、識(shí)別和測(cè)量。

　　總之恨搓，無(wú)論是“中國(guó)制造2025”還是“工業(yè)4.0”都離不開人工智能院促，離不開計(jì)算機(jī)視覺(jué)，而智能圖像處理是機(jī)器視覺(jué)的核心技術(shù)雳犹，隨著圖像處理水平的不斷提高满傍，一定會(huì)有力地推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)的迅速發(fā)展。