機器視覺概念精選(九篇)
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第1篇：機器視覺概念范文
[關(guān)鍵詞]機器視覺技術(shù)；機械制造自動化；應(yīng)用
中圖分類號：T01文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-914X（2017）28-0061-01
機器視覺技術(shù)是科學(xué)技術(shù)在機械設(shè)備上的一種應(yīng)用，其從擬人角度入手，通過模仿人類思維形成機械思維過程，以人工智能的方式來實現(xiàn)與“人眼”相同的功能，進(jìn)而在人類無法適應(yīng)的惡劣環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。如果說機械臂是模仿人類外部器官所制成的機械設(shè)備，那么機器視覺則是模仿人眼所操縱的智能攝像機、照相機設(shè)備，目前，機器視覺技術(shù)在機械制造自動化領(lǐng)域可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與信息判斷的目標(biāo)，對推動機械生產(chǎn)自動化有著非常重要的意義。
一、何為機器視覺技術(shù)
所謂機器視覺技術(shù)，是利用機械來模擬人眼以獲取圖像信息，在攝取圖像后，機械會借助其內(nèi)部設(shè)置的計算機進(jìn)行讀圖，對圖像中含有的信息進(jìn)行判斷。目前，攝取圖像的技術(shù)有很多，攝取難度也不大，電子攝像器材更是種類繁多且價格便宜，對于機器視覺技術(shù)而言，難點在于對圖像的判斷與解析。大部分圖像都具有線條、顏色等基本元素，人眼可以通過大腦來分析與判斷上述基本元素，而機器視覺技術(shù)雖然可以與人眼一樣攝取圖像，在一定程度上模仿人類的思維，但是其思維原理依然與人類有所不同，就工作原理而言，機器視覺技術(shù)是將收集而來的圖片信息進(jìn)行處理，將其整理后使其變?yōu)楹喕瘓D，再將簡化圖中含有的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，計算機基于模型將特定的片段篩選識別出來，再轉(zhuǎn)化為人類所能理解的信息。單純看筆者的描述，機器視覺技術(shù)的處理過程具有很大的負(fù)載，而在實際指向時僅需要不到0.1s的反應(yīng)時間。而在機械制造自動化領(lǐng)域，機器視覺系統(tǒng)僅需要處理少量信息，因此具有極高的效率，其較高的靈敏度與穩(wěn)定的工作狀態(tài)使得其在機械制造領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用效果。
二、機器視覺技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用
（一）應(yīng)用方向之一——質(zhì)量檢測
機器視覺技術(shù)可以安裝在檢測裝置之上，用于檢測產(chǎn)品外觀是否存在瑕疵甚至是故障。對于輪船、飛機、汽車的制造而言，在制造大型機械零件時雖然可以依靠人工進(jìn)行流水線生產(chǎn)的質(zhì)量檢測，但是人的精力有限，可能因精力不足而出現(xiàn)注意力不集中的狀況，這時很容易導(dǎo)致外觀問題被忽略。而使用機器視覺技術(shù)便可以避免這類問題的出現(xiàn)，機器并不存在困倦和注意力不集中的問題，只要供給其足夠的能量便可以一直工作，借助高精度的攝像、照相設(shè)備，可以清晰識別零件表面存在的缺陷。再以曲軸的彎曲度為例，這類部件對于參數(shù)的精度有很高的要求，正所謂“差之毫厘，謬以千里”，即使曲軸的彎曲度有一絲不合格，也有可能導(dǎo)致部件無法安裝的結(jié)果，而人眼很難清晰辨別出這種細(xì)微的“偏差”，而機器視覺技術(shù)可以清晰辨別出來，通過機器視覺技術(shù)的高細(xì)節(jié)檢測，即使零件的誤差只有幾毫米甚至幾微米，也可以被清晰查出?？梢哉f，在機器視覺的精細(xì)檢測下，可以實現(xiàn)零件的完美篩選結(jié)果，不合格產(chǎn)品退出了生產(chǎn)線，不會流入市場，間接避免了安全事故的發(fā)生。
（二）應(yīng)用方向之二——精密測量
1.精密測量零件尺寸
機器視覺系統(tǒng)由圖像采集系統(tǒng)與圖像識別系統(tǒng)兩部分組成，檢測系統(tǒng)包括CCD攝像頭、光學(xué)系統(tǒng)以及計算機處理系統(tǒng)。由光源向被檢測零件發(fā)射平行光束，被檢測部位在光線的照射下反射、折射出光芒，借助內(nèi)置于攝像機中的CCD攝像頭，由顯微光學(xué)鏡進(jìn)行成像，再由計算機系統(tǒng)進(jìn)行圖像的處理，以獲得零件的相關(guān)信息。若是被檢測零件移位，則可以重復(fù)測量2次零件的邊緣輪廓，兩次測量結(jié)果相減即為位移量?；谏鲜鲈砜梢詾樾螤詈唵巍⒊叽巛^小的在線工件進(jìn)行精密測量。例如，電子接插件的生產(chǎn)速度至少為300件/分鐘，使用機器視覺技術(shù)可以實現(xiàn)0.01mm級別的精密測量。
2.逆向工程
如果說測量零件尺寸、減少誤差值、避免不達(dá)標(biāo)零件流入市場是機器視覺技術(shù)的正向應(yīng)用，那么機器視覺技術(shù)還能應(yīng)用于機械制造的逆向工程，即通過攝像頭測得標(biāo)準(zhǔn)價的輪廓坐標(biāo)值，構(gòu)建曲面并轉(zhuǎn)換為圖形，經(jīng)由只能系統(tǒng)輸送到加工機器中進(jìn)行產(chǎn)品的制作。簡而言之，其實就是借助機器視覺技術(shù)的測量系統(tǒng)測得標(biāo)準(zhǔn)件的三維尺寸與各個位置的精確數(shù)據(jù)，給予曲面處理并最終加工成型。目前，CCD光電器件發(fā)展非常迅速，可以基于三角法對零件表面輪廓進(jìn)行快速的視覺測量，由激光穿過而產(chǎn)生的條紋結(jié)構(gòu)光輝投射到零件表面，基于零件表面因深度、曲率不同而形成的條紋，由CCD攝像機來獲得條紋的變化，計算機將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，再將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，最后將信號還原至圖像處理系統(tǒng)中，獲得三維輪廓圖像。
（三）應(yīng)用方向之三——自動焊接機器人
自動焊接機器人是機械制造自動化發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，在機器人身上安裝紅外攝像儀與CCD攝像機可以使其具有視覺功能，機器人內(nèi)部安裝有模擬工人生產(chǎn)行為模式的人工智能，再加上視覺感知功能，可以在搶弧光與飛濺條件下完成人工無法進(jìn)行的焊接操作。當(dāng)然，這一方向的應(yīng)用在我國目前較為少見，受技術(shù)所限，我國在焊接精度上依然難以得到保證。
結(jié)語
本文首先介紹了機器視覺技術(shù)的概念與特點，隨后介紹了機器視覺技術(shù)在機械制造自動化領(lǐng)域的三大應(yīng)用方向，旨在點明機器視覺技術(shù)的美好發(fā)展前景，使機器視覺技術(shù)得以在機械制造自動化領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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第2篇：機器視覺概念范文
關(guān)鍵詞 學(xué)科交叉教學(xué) 應(yīng)用數(shù)學(xué) 機器視覺
中圖分類號：G643.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.12.016
Abstract Interdisciplinary teaching is teaching model advocated by most schools， graduate students for cultivating compound talents can promote. In this paper， "Applied Mathematics" teaching in machine vision applications courses for example， by building cross-disciplinary courseware and experimental platform to build， will dull mathematical theory and practical application together. In theory study， to enhance engineering practice ability， innovation ability of students.
Key words interdisciplinary teaching； applied mathematics； machine vision
0 前言
21世紀(jì)是世界經(jīng)濟(jì)、文化、科技迅猛發(fā)展的時期，由此派生了一系列復(fù)雜的問題，所以需要的人才也是復(fù)合型的人才。交叉學(xué)科教學(xué)是教育部提出的深化研究生教育改革的意見，鼓勵多學(xué)科交叉培養(yǎng)可以拓寬學(xué)術(shù)視野，激發(fā)創(chuàng)新思維。
國內(nèi)的國防科技大學(xué)，以“微機電系統(tǒng)分析與設(shè)計”課程為例，分析了交叉學(xué)科研究生課程的特點，并從基礎(chǔ)知識教學(xué)、專題研討和實踐能力等進(jìn)行了教學(xué)方法的探索與實踐。①南京航空航天大學(xué)開展了交叉學(xué)科課程教學(xué)方法的研究，積極引導(dǎo)研究生探索和主動學(xué)習(xí)，促進(jìn)其思維發(fā)散。②美國政府頒布了新修訂的學(xué)科目錄，交叉學(xué)科的數(shù)量從1985年的9個增至2000年的21個，反映出美國增設(shè)交叉學(xué)科專業(yè)，加大學(xué)科交叉人才培養(yǎng)力度的趨勢。③
機器視覺是一門多學(xué)科交叉的課程，涉及到應(yīng)用數(shù)學(xué)、光學(xué)、圖像處理等相關(guān)內(nèi)容。這門課程中的數(shù)學(xué)應(yīng)用頗多，并且涉及到的算法抽象，概念較多，學(xué)習(xí)后并不具備實際的應(yīng)用能力。由于大多數(shù)應(yīng)用數(shù)學(xué)的算法可以以圖像處理的形式表現(xiàn)出來，為此，研究了一種基于機器視覺設(shè)備的計算機應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)試驗教學(xué)方法，將枯燥的數(shù)學(xué)理論與實踐應(yīng)用結(jié)合起來，使得學(xué)生可以在理論學(xué)習(xí)過程中，了解每個數(shù)學(xué)理論的實際應(yīng)用效果，應(yīng)用到研究生的創(chuàng)新實驗中，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。
1 教學(xué)課件的主要構(gòu)成
該系統(tǒng)教學(xué)課件是根據(jù)作者前期國家自然科學(xué)基金研究成果和多年教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)的軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，④軟件主要包括：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課件模塊，曲線繪圖構(gòu)件，程序開發(fā)環(huán)境。硬件主要包括：計算機、圖像采集與光源，運動控制機構(gòu)。
1.1 硬件系統(tǒng)組成
1.1.1 工業(yè)攝像機和投射光源
為了進(jìn)行更好的圖像采集，系統(tǒng)采用了畸變率較小的工業(yè)攝像機和工業(yè)鏡頭。工業(yè)攝像機采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，通過TCP/IP 技術(shù)完成圖像的傳輸和采集。 攝像機的驅(qū)動開發(fā)成可以直接使用的課件模塊，可以直接進(jìn)行數(shù)字圖像采集。以雙目攝像機為中心建立了一個世界坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的參數(shù)已經(jīng)經(jīng)過系統(tǒng)自動標(biāo)定。
數(shù)字圖像采用1280？024 pixel的分辨率，在這種分辨率下，圖像可以將比較復(fù)雜的函數(shù)離散化表示出來。
投影光源采用DLP技術(shù)的LED投影光源，該光源可以通過程序設(shè)計投射出彩色圖像和黑白圖像，投射圖像可以投射出預(yù)訂的光強變化函數(shù)，如圖1所示。
1.1.2 運動控制系統(tǒng)
運動控制結(jié)構(gòu)包括平移臺和轉(zhuǎn)臺，主要用于提供坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、平移和坐標(biāo)變換。系統(tǒng)通過步進(jìn)電機和脈沖發(fā)生控制來完成，上位機通過RS-232與控制器進(jìn)行連接。
1.2軟件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的軟件由以下幾個部分構(gòu)成：
操作系統(tǒng)：Windows操作系統(tǒng)
程序開發(fā)環(huán)境：VISUAL STUDIO 2008
三維顯示與接口：基于OPENGL開發(fā)的三維顯示接口控件。
教學(xué)基本課件：自行開發(fā)的基本插值方法、向量空間演示、矩陣運算等基本課件。
應(yīng)用開放接口：圖像處理中的最常用二值化、閾值分割、邊緣提取、特征匹配等，還包括攝像機的自標(biāo)定、采集、光源投射等。
根據(jù)以上軟件的開放接口，利用已經(jīng)設(shè)計好的程序和算法，可完成對圖像的初步處理作業(yè)。
2教學(xué)課件的搭建
根據(jù)搭建的教學(xué)平臺可以組成多種教學(xué)課件，根據(jù)我們常用的實驗方式，完成幾種常用的應(yīng)用數(shù)學(xué)課程的教學(xué)：
2.1應(yīng)用機器視覺進(jìn)行矩陣運算教學(xué)
矩陣運算在機器視覺中應(yīng)用最為廣泛，較為典型的就是攝像機的標(biāo)定的旋轉(zhuǎn)平移矩陣，物空間到像空間的變換矩陣和坐標(biāo)變換矩陣。
在矩陣運算中，基本的物空間到像空間旋轉(zhuǎn)平移矩陣如公式（1）所示：
= + （1）
旋轉(zhuǎn)矩陣R為一個3？的矩陣，平移矩陣T為3？的向量，通過對簡單的旋轉(zhuǎn)平移矩陣的計算，驗證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。利用攝像機的三自由度調(diào)節(jié)云臺，在三個方向上給出已知的旋轉(zhuǎn)角度，求出實際的旋轉(zhuǎn)平移矩陣。經(jīng)過這個教學(xué)，同學(xué)們理解了矩陣運算的應(yīng)用領(lǐng)域，也對矩陣運算有了深刻的印象。
2.2賦范線性空間的教學(xué)
應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)中最為枯燥的就是賦范線性空間，而圖像處理和三維點陣的處理可以為賦范線性空間提供一個非常好的實例。
如圖2所示，由教師在機器視覺系統(tǒng)中給出一個含有帶有空間坐標(biāo)信息的三維點陣，這個三維點陣是實測的一位教師的手指尖的三維點云圖。該點陣的每一個點都帶有的三維坐標(biāo)以及灰度信息。另外，三維點陣還存在一些測量的噪聲，一些較小的孤立點集。
這個教學(xué)課件主要通過學(xué)習(xí)如何去除點云的噪聲來學(xué)習(xí)賦范線性空間。教師首先通過設(shè)計好的軟件來顯示距離、范數(shù)、度量、開集、收斂等一系列概念，由同學(xué)們根據(jù)點云之間的性質(zhì)，判斷出開集、閉集，從而通過編寫程序判斷出噪聲點和孤立點群并加以去除，理解有界賦范線性空間等概念。
3 結(jié)論
通過機器視覺這門課程的教學(xué)，很好的將應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)中枯燥的概念轉(zhuǎn)換為生動的實例，并具有較強的程序?qū)崿F(xiàn)性。較之傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，提高了學(xué)生的興趣。此教學(xué)方法理論與實踐相結(jié)合，是響應(yīng)國家“卓越計劃”的教學(xué)改革新方法。不但可應(yīng)用于本科生、研究生的教學(xué)過程中，也可應(yīng)用到教師的科學(xué)實驗中。
基金項目：國家自然科學(xué)基金《單目高精度大型物體彩色三維數(shù)字化測量原理研究》（編號：60808020）和《基于視覺的織物疵點三維檢測和三維識別原理研究》（編號：61078041）
注釋
① 肖定邦，辛華，吳學(xué)忠等.交叉學(xué)科研究生課程教學(xué)的探索與實踐[J].高等教育研究學(xué)報，2012.3：115-117.
② 李修建，孔迪，劉菊，等.注重學(xué)科交叉融合 實現(xiàn)個性化教學(xué)[J].學(xué)位與研究生教育，2014.5：24-27.
第3篇：機器視覺概念范文
關(guān)鍵字：計算機視覺；作物病害診斷；進(jìn)展；模式識別
中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：2095-2163（2015）02-
The Research Development of Computer Vision in the Plant Disease Diagnosis
PU Yongxian
（Computer Science Dept .Dehong Teachers'college， Dehong Yunnan 678400， China）
Abstract： according to the statistics， crop yield loss caused by disease in more than 12% on average， disease occurs not only affect the production， also decreased the quality of the product. Research by computer vision technology realizes fast and accurate diagnosis of crop disease， and provides scientific basis for disease prevention and control， which is the urgent demand of agricultural informatization development. Articles on computer vision technology is applied to the crop disease diagnosis has carried on the detailed analysis and research， in order to get these new technologies in the current situation of crop disease diagnosis each link， points out the shortages of computer vision in the diagnosis of crop diseases and research direction. The study on the development of crop disease intelligent detection technology will play an important role.
Key words：Computer Vision； Crop Disease Diagnosis； Progress； Pattern Recognition
0引言
在作物生產(chǎn)中，病害是制約作物質(zhì)與量的重要因素。病害發(fā)生，往往致使作物的使用價值降低，甚至還會導(dǎo)致大面積減產(chǎn)，乃至絕收，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在作物生長過程中，病害防治是個關(guān)鍵的問題之一。因各種原因植保人員匱乏，而種植戶個體素質(zhì)差異及受一些主觀人為因素的影響，對作物病害診斷存在主觀性、局限性、模糊性等，不能對作物病害的類型及受害程度做出客觀、定量的分析與判斷，結(jié)果要么是藥量不對、要么是藥不對癥，嚴(yán)重影響了作物的質(zhì)與量。
計算機視覺也稱為機器視覺，是研究如何用計算機來模擬和再現(xiàn)人類視覺功能的科學(xué)，也被稱為圖像理解和圖像分析，是人工智能領(lǐng)域的一個重要分支。隨著計算機技術(shù)、圖像處理和人工智能等學(xué)科的發(fā)展，以及數(shù)碼相機、手機等攝像工具像素的提高，將機器視覺用于作物病害診斷，實現(xiàn)作物病害的無損檢測、快速診斷提供了新的途徑和方法[1]。報道最早的是在1989年穗波信雄等人[2]對采集的缺乏鈣、鐵、鎂營養(yǎng)元素的茨菇葉片圖像進(jìn)行研究，在RGB模型中，利用直方圖分析了正常和病態(tài)的顏色特征。為適應(yīng)農(nóng)業(yè)信息化的迫切需求，國內(nèi)外學(xué)者對機器視覺用于作物病害診斷進(jìn)行了研究和實踐，而取得進(jìn)展主要集中在近10年，涉及的作物有水稻、玉米、小麥、葡萄、黃瓜、甘蔗、蔬菜等病害[3-14]，這些研究針對不同作物，從不同側(cè)面為作物病害實現(xiàn)自動化診斷提供了理論和實踐基礎(chǔ)。因機器視覺比人眼能更早發(fā)現(xiàn)作物因病蟲危害所表現(xiàn)的顏色、紋理、形狀等細(xì)微變化，所以利用這種技術(shù)病害病害與人工方式相比，提高了診斷的效率和精準(zhǔn)度，為作物保護(hù)智能化、變量噴藥等提供了科學(xué)依據(jù)。
本文綜述和歸納了機器視覺診斷作物病害的主要技術(shù)：病害圖像采集、增強處理、病斑分割、特征提取、特征優(yōu)化、病害識別等各環(huán)節(jié)的方法及現(xiàn)狀，指出了機器視覺診斷作物病害存在的不足和研究方向。該研究對實現(xiàn)作物病害的機器視覺診斷技術(shù)的發(fā)展將起到重要的推動作用。
1機器視覺識別作物病害的技術(shù)路線與進(jìn)展
作物病害因其病原物種類不同會產(chǎn)生形狀、顏色、紋理等不同的病斑，通常專業(yè)植保技術(shù)人員就是根據(jù)這些特征判斷病害的。機器視覺診斷作物病害是通過無損采集病害圖像，利用圖像處理技術(shù)對圖像增強處理、分割病斑，提取病斑特征、優(yōu)化特征，用模式識別技術(shù)診斷病害類別及危害程度，從而為病害的防治提供科學(xué)依據(jù)。圖1為機器視覺診斷作物病害的技術(shù)路線圖。
圖1機器視覺識別作物病害技術(shù)路線圖
Fig 1 Technology roadmap of machine vision recognition crop diseases
1.1病害圖像采集與增強處理
（1）病害圖像采集方法。圖像采集是病害識別的第一步，采集的質(zhì)量會直接影響識別結(jié)果。常用采集設(shè)備有數(shù)碼攝像機、掃描儀、數(shù)碼相機、手機等。其中，數(shù)碼相機便于攜帶，能滿足圖像清晰度要求，符合野外作業(yè)等特點，因此病害圖像采集中用得較多。依據(jù)采集環(huán)境氛圍分為室內(nèi)采集和室外（田間）采集兩種。室內(nèi)采集是將田間采摘到的病害標(biāo)本經(jīng)密封保濕后使用CCD攝像機或數(shù)碼相機在室內(nèi)攝取病害的標(biāo)本圖像。在田間采集圖像中，有學(xué)者為了采集到高質(zhì)量的圖像，采取了一系列措施以減少外界因素的影響。如陳佳娟[5]采用便攜式掃描儀采集圖像，以減少自然光照對圖像質(zhì)量的影響。徐貴力等人[6]設(shè)計了活體采光箱，使照射光變成反射光，從而避免了陰影，以減少誤差。這種規(guī)范圖像采集方式雖簡化了后期圖像處理和識別的難度，但基層生產(chǎn)單位可能缺乏配套的技術(shù)設(shè)備，且會使病害識別過度依賴圖像。為擴展應(yīng)用范圍和通用性，有學(xué)者對在田間自然光照射下直接獲取的病害圖像，用圖像處理和模式識別技術(shù)診斷病害進(jìn)行了研究，如李宗儒[7]用手機拍攝了蘋果的圓斑病、花葉病等5種病害圖像，對病害圖像增強處理、分割病斑，提取病斑特征，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別病害，獲得了較好效果。姜武[8]用Canon EOS 50D相機在陽光充足的早晨拍攝山茶葉片圖像，進(jìn)行顏色分形和RGB強度值提取，用支持向量機對山茶分類識別，取得了較好效果。
（2）圖像增強方法。在采集圖像過程中，因受設(shè)備、環(huán)境等因素影響，往往使采集到的圖像含有噪聲，若不對其增強處理會影響到病害的正確識別率。病害圖像增強是為病斑分割，特征提取做準(zhǔn)備，所以應(yīng)確保在去除噪聲的同時，保證病斑邊緣不模糊。圖像增強處理根據(jù)其處理的空間不同，分為空域法和頻域法?？沼蚍ㄊ菍D像本身直接進(jìn)行濾波操作，而頻域法是對圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化到頻率域中去噪處理，之后再還原到圖像的空間域。圖像增強處理常用方法有：直方圖均衡化、對比度增強、均值濾波、中值濾波、高斯濾波、銳化等。王靜[9]利用數(shù)碼相機采集了赤星病與野火病兩種病害圖像80幅，采用灰度圖像直方圖均衡化及中值濾波兩種方法對圖像增強處理，實驗表明，中值濾波去噪效果最好，在保留圖像病斑邊緣信息的同時，使病斑輪廓與細(xì)節(jié)更加清晰，便于后期病斑分割及特征提取。劉芝京[10]采集黃瓜早、中、晚期的角斑病病害圖像，分別用均值濾波、中值濾波、高斯濾波等對圖像處理，實驗表明這些去噪方法中，高斯濾波效果最好。
1.2病斑特征獲取
（1）病斑分割
計算機視覺主要是依據(jù)病斑的特征信息診斷病害類別及危害程度的。因此，彩色病斑的準(zhǔn)確分割，是后期提取病斑特征，病害類別的客觀、準(zhǔn)確診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。當(dāng)前針對作物病害圖像分割算法有閾值分割、空間聚類、區(qū)域分割、邊緣檢測分割、計算智能方法等。由于作物病害圖像存在背景復(fù)雜、病斑區(qū)域排列無序、顏色、紋理分布不均、病斑邊界模糊、葉片表面紋理噪聲等干擾，因此尚無一種魯棒性好，且簡單適用的通用方法，也還沒有一種判斷分割是否成功的客觀標(biāo)準(zhǔn)。近年來學(xué)者們對作物病害圖像的分割進(jìn)行了大量研究，試圖尋找一種更具潛力的分割算法，以期獲得更完美，通用的分割方法。趙進(jìn)輝等人[11]分析了甘蔗病害圖像的顏色與形狀特征，采用面積閾值及鏈碼分割赤腐病和環(huán)斑病病斑，收到了較好的效果。管澤鑫等人[12]提取水稻病斑與斑點外輪廓顏色，用最大類間方差法（Otsu[13]）分割病斑，取得了較好的效果。邵慶等人[14]以小麥條銹病為例，對獲取的小麥病害圖像采用迭代閾值分割和微分邊緣檢測分割病斑。溫長吉等人[15].用改進(jìn)蜂群算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)玉米病害圖像分割。祁廣云等[16]采用改進(jìn)的遺傳算法及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對大豆葉片病斑分割，能有效提取病斑區(qū)域。毛罕平等人[17-18]利用模糊C均值聚類對棉花、玉米病害圖像的病斑進(jìn)行分割。張飛云[19]采用K-means硬聚類算法對玉米葉部病害圖像分割，得到彩色病斑。張芳、仁玉剛[20-21]用采分水嶺算法分割黃瓜病害圖像，正確率均在90%以上。劉立波[22]對水稻葉部病害圖像的分割進(jìn)行研究，結(jié)果證明，模糊C均值聚類法的分割效果較好，但速度欠佳，Otsu法分割效果略差，但速度較快。濮永仙[23]利用支持向量機檢測煙草病斑邊緣，以分割彩色病斑。石鳳梅等人[24]利用支持向量機分割水稻稻瘟病彩色圖像病斑，其分割效果優(yōu)于Otsu法。
（2）病斑特征提取
計算機視覺識別作物病害用到的特征主要有顏色、紋理、形狀等特征。顏色是區(qū)分病害類別的重要特征，有RGB、HSI、Lab、YUV等7種顏色空間模型，可得到顏色特征值和顏色特征差異，而模型的選擇會影響到病害識別效果。紋理是指圖像中反復(fù)出現(xiàn)的局部模式及排列規(guī)則。作物病害圖像正常與病變部分的紋理在粗細(xì)、走向上有較大差異。紋理特征有基于灰度直方圖的統(tǒng)計測度，基于灰度共生矩陣的紋理特征和基于游程的紋理描述特征。提取紋理特征的方法有分形維數(shù)、小波變換、Gabor小波變換、局域二值模式，以及Gabor分塊局域二值模式方法等。形狀常與目標(biāo)聯(lián)系在一起，形狀特征可以看作是比顏色和紋理更高層的特征，它能直觀描述目標(biāo)和背景之間的區(qū)別，不同病害的病斑在尺寸大小、似圓性、長短軸等方面有不同特性，對旋轉(zhuǎn)、平移有很強的穩(wěn)定性。提取病斑形狀特征的方法有弗里曼鏈碼法，傅里葉描述子，多尺度曲率空間方法等。王美麗等人[25] 在HSV顏色空間提取小麥白粉病和銹病病害圖像的顏色和形狀特征，對病害進(jìn)行識別，識別率達(dá)96%以上。蔡清等人[26]對蟲食菜葉圖像處理后，提取其形狀的圓形度、復(fù)雜度、球形度等7個特征，用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別病害。王克如[27]提取玉米病害圖像中紋理特征的能量、熵及慣性矩作為識別病害的特征，實驗得出，以單個特征識別正確識別率達(dá)90%，綜合應(yīng)用三個紋理特征，識別率達(dá)100%。田有文等人[28]提取葡萄葉部病斑的顏色、紋理、形狀特征，用支持向量機識別，實驗表明，綜合應(yīng)用三種特征的識別率比只用單一特征的識別高。李旺[29]以黃瓜葉部3種常見病害圖像為研究對象，提取病斑顏色、紋理和形態(tài)特征總共14個特征，用支持向量機識別，實驗表明，分別以顏色、紋理、形狀特征識別，識別率分別為72.23%、90.70%、90.24%，綜合3種特征識別率為96.00%。
（3）特征優(yōu)化
特征優(yōu)化是指在特征提取完成后，將特征因子中對識別病害貢獻(xiàn)低的因子丟棄，以確保在降低特征維度的同時，能提高病害的識別率。常用的特征優(yōu)化方法有：逐步判別法、主成分分析法、遺傳算法等。實踐證明，優(yōu)化后的特征能更好的表征病害，能在特征減少的情況下提高診斷的正確率。管澤鑫等人[12]提取水稻3種常見病害圖像的形態(tài)、顏色、紋理共63個特征，用逐步判別法對特征優(yōu)化，用貝葉斯判別法識別病害，可使特征數(shù)減少到原來的35.2%，而病害準(zhǔn)確識別率達(dá)97.2%。柴洋等人[30]提取了番茄早疫病、晚疫病等4種葉部病害圖像的顏色、紋理和形狀共18個特征，用逐步判別法優(yōu)化，最終選取12個特征，用主成分優(yōu)化后綜合成2個新變量，分別用貝葉斯判別法和用費歇爾判別函數(shù)識別病害，均取得了較好的效果。陳麗等人[31]提取了玉米5種葉部病害圖像病斑特征，用遺傳算法優(yōu)化特征，用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別病害，識別率為90.4%。彭占武[32]提取了黃瓜6種常見病害圖像的顏色、紋理、形狀特征14個，用遺傳算法優(yōu)化得到8個特征，用模糊識別模式識別病害，其識別率達(dá)93.3%。濮永仙[33]提取了煙草常見病害圖像的顏色、紋理及形態(tài)共26個特征，用雙編碼遺傳算法與支持向量機結(jié)合優(yōu)化特征，最后得到16個特征，該方法與沒有采用遺傳算法的支持向量機識別相比，在同等條件下，特征向量減少了38%，正確率提高了6.29%。所謂雙編碼遺傳算法，即二進(jìn)制編碼和實數(shù)編碼結(jié)合，支持向量機作為底層分類器，分類精度作為遺傳算法的適應(yīng)度對個體進(jìn)行評估，在去除冗余特征的同時為保留的特征賦予權(quán)重，如圖2所示。韓瑞珍[34]提取了害蟲的顏色、紋理特征共35個，用蟻群算法對特征優(yōu)化，將35個特征降低到29個，識別準(zhǔn)確率從87.4%提高到89.5%。
圖2雙編碼遺傳算法中的個體
Fig 2 Individual in the double coding genetic algorithm
1.3病害模式識別
模式識別也叫模式分類，指依據(jù)輸入的原始數(shù)據(jù)，判斷其類別并采取相應(yīng)的行為[35]。病害模式識別的任務(wù)是依據(jù)特征數(shù)據(jù)由分類器完成分類的，分類器設(shè)計和特征描述共同決定了模式識別系統(tǒng)的性能。用于病害識別的模式可分為統(tǒng)計模式、句法結(jié)構(gòu)模式、模糊模式和機器學(xué)習(xí)方法四類。其中，統(tǒng)計模式識別是用概率統(tǒng)計原理，獲取滿足某種已知分布的特征向量，然后通過決策函數(shù)來分類，不同的決策函數(shù)能夠產(chǎn)生不同的分類方法。常見的統(tǒng)計模式識別方法有兩種：一是由Neyman決策和貝葉斯決策等構(gòu)成的基于似然函數(shù)的分類方法，另一種是基于距離函數(shù)的分類識別方法。模糊模式識別是基于模糊理論利用模糊信息進(jìn)行模糊分類的，主要方法有最大隸屬原則識別法、接近原則識別法和模糊聚類分析法三種。機器學(xué)習(xí)指計算機模擬或者實現(xiàn)人類的某些行為，它的應(yīng)用已涉及很多領(lǐng)域。目前常用于作物病害識別的機器學(xué)習(xí)方法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機（SVM）、移動中心超球分類器等。其中，支持向量機分類器是目前機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究熱點之一，它能夠較好地解決小樣本、非線性、高維數(shù)的分類問題，且具有良好的推廣和泛化能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于經(jīng)驗風(fēng)險最小化原則，以訓(xùn)練誤差最小化為優(yōu)化目標(biāo)，而SVM以訓(xùn)練誤差作為優(yōu)化問題的約束條件，以置信范圍最小化為優(yōu)化目標(biāo)，所以SVM的解具有唯一性，也是全局最優(yōu)[36]。移動中心超球分類器是近年來新提出的一種分類器，它是一種對參考樣本進(jìn)行壓縮的方法，可以節(jié)省空間，但其識別率不如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高。以下是在作物病害診斷中較成功的幾種識別模式及技術(shù)進(jìn)展。
1.3.1 貝葉斯判斷法
貝葉斯判別法是一種典型的基于統(tǒng)計方法的分類器。它的基本原理是將代表模式的特征向量X分到m個類別（C1，C2，…，Cm）中的某一類。操作步驟為：
（1）設(shè)樣本有n個屬性（W1，W2，…Wn），每個樣本可看作是n維空間的一個點X=（x1，x2，…，xn）；
（2）設(shè)有m個不同的類（C1，C2，…，Cm），X是一個未知類別的樣本，預(yù)測X的類別為后驗概率最大的那個類別；3）用貝葉斯后驗概率公式計算，并進(jìn)行比較，依據(jù)后驗概率可將樣本X歸到Ci類中，當(dāng)且僅當(dāng)>，成立。貝葉斯分類器因其結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展等特點，被廣泛用于作物病害診斷。楊昕薇等人[37]對3種寒地水稻常見病害圖像處理、提取特征，用貝葉斯判別法識別病害，其識別率達(dá)97.5%。趙玉霞等人[38]提取玉米銹病、灰斑病等5種病斑圖像的特征，利用樸素貝葉斯分類器識別，其識別精度在83%以上。柴阿麗等人[39]提取了番茄早疫病、晚疫病等4種葉部病害圖像病斑的顏色、紋理和形狀特征，優(yōu)化特征后，用貝葉斯判別法識別病害，其識別率達(dá)94.71%。
1.3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前廣泛使用的一種機器學(xué)習(xí)方法，其研究工作始于19世紀(jì)末20世紀(jì)初[40]，因具有并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、魯棒容錯性等優(yōu)點，以及采用數(shù)據(jù)驅(qū)動模式，故在模式識別領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷作物病害的基本步驟是：構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別模型，將已提取并優(yōu)化好的病害圖像特征數(shù)據(jù)作為分類器的輸入特征矢量對模型訓(xùn)練，經(jīng)過訓(xùn)練后的模型可實現(xiàn)作物病害的分類識別。目前應(yīng)用于作物病害識別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要有：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)，并衍生出模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較好的自學(xué)習(xí)性、自適應(yīng)性、魯棒性和泛化性。概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是徑向基網(wǎng)絡(luò)的一個重要分支，其分類器是一種有監(jiān)督的網(wǎng)絡(luò)分類器，在識別過程中隨著訓(xùn)練病害種類的增加[41]，其運算速度會減慢。自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)分類器是于1981年提出的一種由全連接的神經(jīng)元陣列組成的自組織自學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)[42]，可以直接或間接地完成數(shù)據(jù)壓縮、概念表示和分類的任務(wù)，多項實驗表明它的病害圖像識別率都在90%以上。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模糊理論同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物，它匯集了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊理論的優(yōu)點，集學(xué)習(xí)、聯(lián)想、識別、信息處理于一體。量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是量子計算理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的產(chǎn)物，并集成了兩者的優(yōu)點。王軍英[43]以葡萄發(fā)病部位、病斑形狀、病斑顏色和主要癥狀為特征，用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別病害，識別率達(dá)95.36%。譚克竹等人[44]用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別大豆的灰斑病、霜霉病和斑點病的特征與病害的關(guān)系，其輕度病害的識別精度為87.19%，中度病害的識別精度為90.31%，重度病害的識別精度為93.13%。魏清鳳等人[45]利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型以診斷蔬菜病害，其病害識別率達(dá)85.5%。張飛云[19]提取了玉米灰斑病、銹病和小斑病病害圖像的顏色、紋理、形狀特征，用量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行病害識別，其平均識別率達(dá)94.5%。陳麗等人[31]對田間采集的玉米葉部病害圖像，對圖像分割、特征提取，利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別病害，其識別率為90.4%，同樣條件下高于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
1.3.3 支持向量機識別法
支持向量機[46]（Support Vector Machine，簡稱SVM）是Vapnik等人提出的一款新型的機器學(xué)習(xí)方法。SVM有線性可分和線性不可分兩種情況，采用不同的核函數(shù)會有不同的SVM 算法。常用的核函數(shù)有：線性核函數(shù)、多項式核函數(shù)、徑向基核函數(shù)、Sigmoid核函數(shù)等。SVM在基于數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，它兼顧訓(xùn)練誤差和泛化能力，在解決小樣本、非線性、高維數(shù)、局部極小值等模式識別問題中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢[47-48]，在基于圖像診斷作物病害領(lǐng)域應(yīng)用越來越多。宋凱等人[49]提取了玉米葉部病害圖像特征，選擇基于SVM的不同的核函數(shù)識別病害，其中徑向基核函數(shù)的正確識別率為89.6%，多項式核函數(shù)為79.2%，Sigmoid核函數(shù)的識別性能最差。劉鵬[50]提取甜柿病害圖像的紋理特征和顏色特征采用SVM識別病害，結(jié)果表明，當(dāng)SVM類型為nu-SVR，核函數(shù)為Sigmoid，參數(shù)C=26、ξ=24時識別效果最好。田有文等人[51]用支持向量機識別黃瓜病害，實驗表明，SVM方法在處理小樣本問題中具有良好的分類效果，線性核函數(shù)和徑向基核函數(shù)的SVM分類方法在黃瓜病害的識別方面優(yōu)于其他類型核函數(shù)的SVM。越鮮梅[52]提取了向日葵葉部的葉斑病、黑斑病、霜霉病3種病害圖像的顏色矩、紋理特征共9個特征，采用一對一投票決策的SVM多分類模型識別病害，取得了較好的效果。劉立波[22]提取了水稻常見葉部病害圖像的顏色、紋理、形狀等特征，對特征優(yōu)化后，分別用最近鄰域、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和SVM方法識別病害，其中識別率最高的是SVM，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)居中，最近鄰域法最差，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練速度最慢。
2機器視覺識別作物病害存在的問題與進(jìn)一步研究重點
將計算機視覺用于作物病害診斷，以改變傳統(tǒng)的診斷方式，為種植戶準(zhǔn)確診斷病害，以及變量施藥提供了決策支持。目前，計算機視覺診斷作物病害雖然取得了一定的進(jìn)展，但從研究的深度、應(yīng)用的范圍和實用化角度看，還存在許多不足，還需進(jìn)一步深入研究。
2.1機器視覺診斷作物病害存在的問題
筆者查閱了大量文獻(xiàn)，對目前常用的機器視覺識別作物病害的技術(shù)進(jìn)行了研讀，目前機器視覺識別作物病害的技術(shù)還不夠成熟，存在以下問題：
（1）在實驗室條件下計算機視覺診斷作物病害正確率高，但應(yīng)用到田間，難度較大，主要原因是大多研究是在簡單背景下、對少數(shù)幾種病害圖像診斷，而對大田復(fù)雜背景下診斷多種病害的研究還比較少。
（2）病害圖像分割背景簡單，對于自然狀態(tài)和復(fù)雜背景下的病害圖像分割有待進(jìn)一步的研究。
（3）因作物病斑的大小、顏色等圖像特征在不同時期有差異，對于某一發(fā)病時期建立的作物病害診斷系統(tǒng)，用于不同發(fā)病時期診斷識別率會有所不同。
（4）許多分類算法和分類器都存在各自的優(yōu)缺點，不能適合所有作物病害識別，沒有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，難以實現(xiàn)各診斷系統(tǒng)之間的客觀比較。
（5）不同研究者使用的病害圖像各不相同，難以比較不同。
（6）機器視覺診斷作物病還是少數(shù)專家對某類作物在局部范圍內(nèi)的研究，很難滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的多種作物、不同區(qū)域同時診斷的要求。
2.2進(jìn)一步研究重點
根據(jù)以上存在的問題，今后的研究方向和重點為：
（1）機器視覺識別作物病害技術(shù)從實驗室向大田擴展時，需綜合考慮所提取的病害圖像特征在復(fù)雜背景下的可獲取性、穩(wěn)定性、可操作性等。
（2）機器視覺診斷作物病害系統(tǒng)應(yīng)充分考慮不同發(fā)病時期，識別特征的變化規(guī)律。
（3）研究適合多種作物在復(fù)雜背景下實現(xiàn)病斑分割、特征提取等高效的圖像處理算法，在模式識別方面要側(cè)重于模糊數(shù)學(xué)、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、組合優(yōu)化等理論與技術(shù)的研究。
（4）建立規(guī)范統(tǒng)一的作物病害圖像數(shù)據(jù)庫，圖像可普遍獲取，建立合理完善的病害分割、特征提取、病害種類識別等系統(tǒng)，以及病害評價標(biāo)準(zhǔn)。
（5）模式識別病害中的算法需進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，建立統(tǒng)一的評判標(biāo)準(zhǔn)，評價方法適合所有的識別算法和各應(yīng)用領(lǐng)域，采用定量和客觀評價準(zhǔn)則，可精確描述算法性能，評判應(yīng)擺脫人為因素。
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1 項目基金：云南省科學(xué)研究基金子課題（2013Y571）。
作者簡介：濮永仙（ 1976-），女，云南騰沖人，碩士，副教授，主要研究方向：機器視覺診斷作物病害，智能農(nóng)業(yè)方面的研究。
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第4篇：機器視覺概念范文
美國研究機構(gòu)Gartner日前《2015新興技術(shù)炒作周期報告》（Hype Cycle for Emerging Technologies， 2015）。報告評估了112個領(lǐng)域超過2000項新興技術(shù)的市場類型、成熟度和商業(yè)價值。跟去年一樣，今年的報告依然以通往數(shù)字化企業(yè)之路作為報告的主題，不過今年新引入了一個概念：數(shù)字化人本主義（Digital Humanism），即人是數(shù)字化商業(yè)與工作場所的關(guān)注焦點。
無人駕駛車和物聯(lián)網(wǎng)最熱門
炒作周期又名技術(shù)成熟度曲線，是Gartner發(fā)明用來對眾多行業(yè)發(fā)展周期進(jìn)行預(yù)測和判斷的一種手段，它描述了一項技術(shù)從誕生到成熟的過程，并將現(xiàn)有各種技術(shù)所處的發(fā)展階段標(biāo)注在圖上，為一些行業(yè)的發(fā)展做出很好的預(yù)測。Gartner認(rèn)為，任何一項技術(shù)的發(fā)展通常都會經(jīng)歷上升期、快速發(fā)展期、下降期、爬坡期、穩(wěn)定應(yīng)用期等幾個階段，技術(shù)的成熟度會逐步增加，而受關(guān)注程度則會經(jīng)歷迅速走上巔峰，然后又迅速被遺忘，再到隨著應(yīng)用推廣而逐步再受關(guān)注的變化。
今年最受期望的技術(shù)是無人駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)。隨著Google、蘋果等技術(shù)巨頭相繼推進(jìn)自己的無人駕駛汽車計劃，以及眾多汽車廠商將之納入自己的近期路線圖，去年處在巔峰前期的無人駕駛汽車今年被炒作到了頂峰。類似的，在層出不窮的智能家居解決方案的推動下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也進(jìn)入到了炒作的高峰。
企業(yè)數(shù)字化之路
Gartner認(rèn)為，企業(yè)走向數(shù)字化之路一般要經(jīng)歷6個階段：模擬、Web、電子商務(wù)、數(shù)字化營銷、數(shù)字化企業(yè)以及自治。其中新興技術(shù)主要集中在后三個階段。
數(shù)字化營銷（Digital Marketing）階段強調(diào)力量的連結(jié)（移動、社交、云、信息），聚焦于以新的更復(fù)雜的方式抵達(dá)消費者。今年值得關(guān)注的技術(shù)包括手勢控制、混合云計算、物聯(lián)網(wǎng)、機器學(xué)習(xí)、理解人（People-Literate）的技術(shù)、語音翻譯。
數(shù)字化企業(yè)（Digital Business）階段的焦點將轉(zhuǎn)移到人、企業(yè)與事物的融合，物聯(lián)網(wǎng)以及顯示與虛擬邊界的模糊是該階段的強烈特征。物理資產(chǎn)實現(xiàn)數(shù)字化，成為企業(yè)價值鏈中與既有數(shù)字化內(nèi)容如系統(tǒng)、應(yīng)用等并列的內(nèi)容。值得關(guān)注的技術(shù)包括3D生物打印、人類技能增強、情感計算、增強現(xiàn)實、生物聲學(xué)感應(yīng)、生物芯片、腦機接口、居民數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)字家庭一體化、加密貨幣與交換、數(shù)字安全、智能機器人、智能顧問、手勢控制、物聯(lián)網(wǎng)、機器學(xué)習(xí)、微數(shù)據(jù)中心、自然語言問答、量子計算、軟件定義安全、虛擬現(xiàn)實、可穿戴技術(shù)等。
自治（Autonomous）階段是后關(guān)系時代的最高級階段。該階段的企業(yè)將利用技術(shù)提供類人或替代人類的能力。使用無人駕駛汽車運送人或物品，使用認(rèn)知系統(tǒng)答復(fù)郵件、顧客問題，都是這一階段的典型案例。值得關(guān)注的技術(shù)包括自動汽車、生物聲學(xué)感應(yīng)、腦機接口、人類技能增強、機器學(xué)習(xí)、理解人技術(shù)、量子計算、智能顧問、智能微塵、智能機器人、虛擬個人助理、虛擬現(xiàn)實、全息顯示等。
資本市場的關(guān)注方向
Gartner炒作周期展示了各創(chuàng)新技術(shù)的行業(yè)認(rèn)知和發(fā)展趨勢，也為一級和二級市場的投資方向和階段指出道路。
技術(shù)周期逐漸在縮短，相對于2014年，2015年炒作周期幻滅期和爬坡期的技術(shù)數(shù)量大幅減少。在過去的一年，不僅是A股市場對于TMT產(chǎn)業(yè)尤其是電子產(chǎn)業(yè)的迷茫期，也是全球?qū)τ赥MT行業(yè)走向的重新思考，如機器間通訊、移動健康監(jiān)測、NFC已經(jīng)快速實現(xiàn)，從幻滅期中消除。3D掃描技術(shù)也不再屬于爬坡期。技術(shù)研究進(jìn)步速度越來越快，導(dǎo)致技術(shù)周期也逐漸在縮短，證實證偽也可能在一年內(nèi)發(fā)生。
第5篇：機器視覺概念范文
關(guān)鍵詞:視覺概念 圖像集 檢測技術(shù)
中圖分類號:TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0027-01
近年來,隨著圖像檢索技術(shù)的快速發(fā)展,圖像視覺內(nèi)容信息作為一種直觀形象、完整復(fù)現(xiàn)場景的信息表達(dá)形式產(chǎn)生著越來越重要的影響,可以說機器視覺的應(yīng)用范圍幾乎涵蓋了國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè),主要包括:工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安等。
面對如此大規(guī)模的圖像視覺內(nèi)容信息量,如何實現(xiàn)合理有效地組織、表達(dá)及搜索,已成為現(xiàn)階段信息檢索領(lǐng)域研究的熱點問題。視覺概念檢測技術(shù)是一種對大量圖像進(jìn)行自動檢測、管理及分類的有效方法,它通過合理的算法對獲取的圖像進(jìn)行檢測、識別、分類,從而達(dá)到用機器代替人來做圖像測量和判斷的目的。若要使圖像檢測及分類準(zhǔn)確性高,就需要使用高質(zhì)量的圖像集作為訓(xùn)練集,來驗證算法的可行性及精確性。
1 理想的圖像測試集應(yīng)具備的特性[1]
1.1 圖像集應(yīng)在圖像檢索領(lǐng)域具有代表性及整體性
過去,研究人員使用的圖像集常常是分散的,甚至可能自己的私人圖像收藏,這樣的測試集難免會具有片面性,理想情況是測試集包含許多不同的樣本點,能夠涵蓋圖像源的整個頻譜,圖像足夠多到能夠代表整個領(lǐng)域。
1.2 圖像集應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)化的測試基準(zhǔn),以便執(zhí)行客觀的評價
在目前的文獻(xiàn)中,經(jīng)常發(fā)生不同的研究人員在同一個圖像集下執(zhí)行不同的性能測試,這就使得無法執(zhí)行比較基準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化的測試基準(zhǔn)應(yīng)該至少包括典型的搜索概念、統(tǒng)一的圖像信息,以及統(tǒng)一的績效測量和報告的詳細(xì)指引。
1.3 圖像集應(yīng)該便于用戶訪問及使用,而不必?fù)?dān)心版權(quán)等問題
有些圖像集,如MPEG7測試集,被科學(xué)界使用已經(jīng)有一些年了,但是現(xiàn)在卻基本找不到,并且也不能隨意的了。對使用者來說,能夠容易的訪問并且在需要的時候可以再發(fā)表是必不可少的。
2 MIR FLICKR圖像集[2]
在基于內(nèi)容的圖像檢索里,MIR Flickr提供的圖像集是一個被廣泛應(yīng)用,且評價較高的測試集。2008年,圖像集包含25000個圖像,到2010年,圖像集已經(jīng)擴展到了1百萬個圖像,這些圖像具有很高的品質(zhì),且在相應(yīng)領(lǐng)域上具有代表性和較高的關(guān)注度。如果僅是用于研究目的的話,用戶可以自由使用這些圖片而無需顧慮版權(quán)的問題。
Flickr還為用戶提供基于圖像標(biāo)記的搜索和共享照片,以及兩種形式的圖像標(biāo)簽:圖像的原始形式和由FLICKR清理了原始數(shù)據(jù)的處理形式,這個過程包括例如消除大寫,空間,和各種各樣的特殊字符等,每幅圖像的標(biāo)簽的平均數(shù)為8.94。這些標(biāo)簽有的是明確描述圖像的,能直接關(guān)系到圖像的視覺內(nèi)容,例如雪地、日落、建筑物、聚會等,有的標(biāo)簽表述的是一些抽象的概念,例如愛情、旅行、陳舊、可愛等。
此外,圖像集還提供了圖像的EXIF(可交換圖像文件格式)元數(shù)據(jù),并將其轉(zhuǎn)換成易于訪問的文本文件。EXIF元數(shù)據(jù)代表的數(shù)碼相機在拍照時的屬性和設(shè)置,包括相機的品牌、相機的設(shè)置參數(shù)(曝光,光圈,焦距,ISO感光度等)和圖像的設(shè)置(方向,分辨率,日期等),Flickr從圖像中分離出來EXIF元數(shù)據(jù),而不再是嵌入在圖像文件的信息。最近的一些文獻(xiàn)已經(jīng)研究了這些用于圖像分類和檢索的元數(shù)據(jù)的有用性,如文獻(xiàn)[3],[4]中所示,通過考慮一個圖片中所帶有的元數(shù)據(jù)信息,可以使圖像檢測性能有明顯的改善。
利用圖像集對檢測算法進(jìn)行訓(xùn)練之后,使用者可以得出算法的準(zhǔn)確性及可行性,達(dá)到對圖像進(jìn)行分類及檢測的目的。
3 結(jié)語
從目前的調(diào)查來看,在世界范圍內(nèi),雖然許多機構(gòu)提供了相對成熟的圖像集,但還沒有發(fā)現(xiàn)哪個是完全滿足理想圖像集的特性的,希望通過圖像提供者的無私幫助及組織機構(gòu)的不懈努力,能夠克服以前測試集的局限性,在圖像質(zhì)量、代表性、主題、標(biāo)簽信息等方面有進(jìn)一步的發(fā)展。
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第6篇：機器視覺概念范文
關(guān)鍵詞:四元數(shù)小波變換;多分形;紋理分類;機器視覺;紋理圖像
中圖分類號: TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Texture classification based on
quaternion wavelet transform and multifractal characteristics
GAO Zhi1*, ZHU Zhihao2, XU Yonghong1, HONG Wenxue1
(
1.Institute of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China;
2.Qinhuangdao Tianye Tolian Heavy Industry Company Limited, Qinhuangdao Hebei 066004, China
)
Abstract:
The paper incorporated the multifractal analysis method into the idea of Quaternion Wavelet Transform (QWT), which took advantage of the rotationinvariant properties and multifractal properties of texture image, and could make up for the lacks of ability to decompose input image into multiple orientation in texture classification when using wavelet transform. The experiment of texture classification using the images from UIUC shows the method has higher classification accuracy and the average correct classification rate is 96.69%. It proves this texture classification method is reasonable and effective.
Key words:
Quaternion Wavelet Transform (QWT); multifractal; texture classification; machine vision;texture image
0 引言
紋理是多數(shù)圖像的基本特性,在機器視覺和模式識別中起著關(guān)鍵性的作用[1]。紋理分類包含兩個重要的基本問題：一是如何描述紋理的特征;二是如何在紋理之間定義合適的距離或相似度測量[2]。基于以上兩個問題,紋理圖像的特征必須具有旋轉(zhuǎn)不變性,同時還要在有效的內(nèi)部空間定義紋理。目前針對紋理分析的特征提取及分類方法有很多。然而,這些方法都僅限于在小鄰域的單一范圍內(nèi)的空間相互作用分析。因此,這些方法往往只適用于顯微紋理的分析,此外這些方法的單分辨率技術(shù)也導(dǎo)致了紋理分析結(jié)果并不理想。
近年來,小波變換作為一種多尺度分析工具，被應(yīng)用于紋理分析[3]、基于小波框架的紋理分類[4]等。 雖然小波變換在紋理分類中已經(jīng)取得了顯著成果,但小波變換僅僅是把給定圖像分解成0°,45°,135°方向上的水平、對角線和垂直方向上的3個定向平滑子帶。這就限制了小波變換對于旋轉(zhuǎn)不變紋理圖像的分析[5]。
由于2D實值信號可以用四元數(shù)表示,因此相對應(yīng)的四元數(shù)小波尺度函數(shù)和小波函數(shù)的構(gòu)造就成為分析2D信號的關(guān)鍵。四元數(shù)小波變換(Quaternion Wavelet Transform, QWT)理論是四元數(shù)理論和小波分析理論相結(jié)合產(chǎn)生的,可以為2D圖像提供具體的相位信息。相對于傳統(tǒng)小波變換,QWT具有旋轉(zhuǎn)不變的特性,并且能對圖像進(jìn)行局部幅值相位分析。這些都可以彌補小波變換在圖像處理中的一些不足。目前國內(nèi)外已有將QWT應(yīng)用到圖像處理上的研究。文獻(xiàn)[6]提出了基于QWT理論的圖像多分辨率視差估計方法。文獻(xiàn)[7]充分利用了QWT的平移不變性、旋轉(zhuǎn)不變性進(jìn)行圖像分析及處理。而文獻(xiàn)[8]首次將QWT應(yīng)用于紋理分類,并證明了其方法的可行性。
分形概念是數(shù)學(xué)家Mandelbort[9]于20世紀(jì)70年代為了表征復(fù)雜圖形和復(fù)雜過程率先引入自然科學(xué)領(lǐng)域的,之后得到了迅速的發(fā)展。分形又分為單分形和多分形,對于簡單分形,用一個分形維數(shù)就可以描述它的特征。但是對于許多復(fù)雜的現(xiàn)象,它們包含了多個尺度與多個層次,每個層次之間具有不同的統(tǒng)計特征。因此,多分形理論就成為研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的有力工具。多分形理論研究的對象是局部不規(guī)則而整體自相似的結(jié)構(gòu),這與紋理結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和規(guī)律性有共同之處。目前已有將多分形理論應(yīng)用到紋理圖像的分析和分類上的研究,文獻(xiàn)[10]通過實驗表明分形維數(shù)可以用來描述紋理模型,并可以作為紋理特征；文獻(xiàn)[11]提出了一種基于分形的自然紋理描述方法；文獻(xiàn)[12]應(yīng)用多分形特征進(jìn)行圖像分割。然而應(yīng)用分形理論進(jìn)行紋理分析時也有不足,比如盡管有些紋理圖像直觀上存在很大的差異但是它們的分形維數(shù)卻是基本相同的。如圖1所示的兩幅紋理圖片,這兩幅圖片顯然存在很大的差異,但是通過計算它們的分形維數(shù)(Fractal Dimension， FD)卻很接近。
第7篇：機器視覺概念范文
摘要：介紹了數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基本概念和內(nèi)容，分析了該技術(shù)在森林防火、森林蓄積特征的估計和更新、森林資源調(diào)查等方面的應(yīng)用，提出該技術(shù)可應(yīng)用于木材無損檢測及精確林業(yè)。融合機器視覺、X射線等單一傳感器技術(shù)檢測木材及木制品，可以更準(zhǔn)確地實時檢測出木材的各種缺陷；集成GPS、GIS、RS及各種實時傳感器信息，利用智能決策支持系統(tǒng)以及可變量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于自然界生物及其賴以生存的環(huán)境資源的時空變異性的客觀現(xiàn)實，建立基于信息流融合的精確林業(yè)系統(tǒng)。
多傳感器融合系統(tǒng)由于具有較高的可靠性和魯棒性，較寬的時間和空間的觀測范圍，較強的數(shù)據(jù)可信度和分辨能力，已廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、交通管制、機器人、海洋監(jiān)視和管理、目標(biāo)跟蹤和慣性導(dǎo)航等領(lǐng)域。筆者在分析數(shù)據(jù)融合技術(shù)概念和內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對該技術(shù)在林業(yè)工程中的應(yīng)用及前景進(jìn)行了綜述。
一、數(shù)據(jù)融合
1.1概念的提出
1973年，數(shù)據(jù)融合技術(shù)在美國國防部資助開發(fā)的聲納信號理解系統(tǒng)中得到了最早的體現(xiàn)。70年代末，在公開的技術(shù)文獻(xiàn)中開始出現(xiàn)基于多系統(tǒng)的信息整合意義的融合技術(shù)。1984年美國國防部數(shù)據(jù)融合小組(DFS)定義數(shù)據(jù)融合為：“對多源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行多方的關(guān)聯(lián)、相關(guān)和綜合處理，以更好地進(jìn)行定位與估計，并完全能對態(tài)勢及帶來的威脅進(jìn)行實時評估”。
1998年1月，Buchroithner和Wald重新定義了數(shù)據(jù)融合：“數(shù)據(jù)融合是一種規(guī)范框架，這個框架里人們闡明如何使用特定的手段和工具來整合來自不同渠道的數(shù)據(jù)，以獲得實際需要的信息”。
Wald定義的數(shù)據(jù)融合的概念原理中，強調(diào)以質(zhì)量作為數(shù)據(jù)融合的明確目標(biāo)，這正是很多關(guān)于數(shù)據(jù)融合的文獻(xiàn)中忽略但又是非常重要的方面。這里的“質(zhì)量”指經(jīng)過數(shù)據(jù)融合后獲得的信息對用戶而言較融合前具有更高的滿意度，如可改善分類精度，獲得更有效、更相關(guān)的信息，甚至可更好地用于開發(fā)項目的資金、人力資源等。
1.2基本內(nèi)容
信息融合是生物系統(tǒng)所具備的一個基本功能，人類本能地將各感官獲得的信息與先驗知識進(jìn)行綜合，對周圍環(huán)境和發(fā)生的事件做出估計和判斷。當(dāng)運用各種現(xiàn)代信息處理方法，通過計算機實現(xiàn)這一功能時，就形成了數(shù)據(jù)融合技術(shù)。
數(shù)據(jù)融合就是充分利用多傳感器資源，通過對這些多傳感器及觀測信息的合理支配和使用，把多傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某些準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述。數(shù)據(jù)融合的內(nèi)容主要包括：
(1)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。確定來自多傳感器的數(shù)據(jù)反映的是否是同源目標(biāo)。
(2)多傳感器ID/軌跡估計。假設(shè)多傳感器的報告反映的是同源目標(biāo)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，改進(jìn)對該目標(biāo)的估計，或?qū)φ麄€當(dāng)前或未來情況的估計。
(3)采集管理。給定傳感器環(huán)境的一種認(rèn)識狀態(tài)，通過分配多個信息捕獲和處理源，最大限度地發(fā)揮其性能，從而使其操作成本降到最低。傳感器的數(shù)據(jù)融合功能主要包括多傳感器的目標(biāo)探測、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、跟蹤與識別、情況評估和預(yù)測。
根據(jù)融合系統(tǒng)所處理的信息層次，目前常將信息融合系統(tǒng)劃分為3個層次：
(l)數(shù)據(jù)層融合。直接將各傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)后，送入融合中心，完成對被測對象的綜合評價。其優(yōu)點是保持了盡可能多的原始信號信息，但是該種融合處理的信息量大、速度慢、實時性差，通常只用于數(shù)據(jù)之間配準(zhǔn)精度較高的圖像處理。
(2)特征層融合。從原始數(shù)據(jù)中提取特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和歸一化等處理后，送入融合中心進(jìn)行分析與綜合，完成對被測對象的綜合評價。這種融合既保留了足夠數(shù)量的原始信息，又實現(xiàn)了一定的數(shù)據(jù)壓縮，有利于實時處理，而且由于在特征提取方面有許多成果可以借鑒，所以特征層融合是目前應(yīng)用較多的一種技術(shù)。但是該技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)健性和系統(tǒng)的容錯性與可靠性有待進(jìn)一步改善。
(3)決策層融合。首先每一傳感器分別獨立地完成特征提取和決策等任務(wù)，然后進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再送入融合中心處理。這種方法的實質(zhì)是根據(jù)一定的準(zhǔn)則和每個決策的可信度做出最優(yōu)的決策。其優(yōu)點是數(shù)據(jù)通訊量小、實時性好，可以處理非同步信息，能有效地融合不同類型的信息。而且在一個或幾個傳感器失效時，系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作，具有良好的容錯性，系統(tǒng)可靠性高，因此是目前信息融合研究的一個熱點。但是這種技術(shù)也有不足，如原始信息的損失、被測對象的時變特征、先驗知識的獲取困難，以及知識庫的巨量特性等。
1.3處理模型
美國數(shù)據(jù)融合工作小組提出的數(shù)據(jù)融合處理模型，當(dāng)時僅應(yīng)用于軍事方面，但該模型對人們理解數(shù)據(jù)融合的基本概念有重要意義。模型每個模塊的基本功能如下：
數(shù)據(jù)源。包括傳感器及其相關(guān)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)庫和人的先驗知識等)。
源數(shù)據(jù)預(yù)處理。進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)篩選和數(shù)據(jù)分配，以減輕融合中心的計算負(fù)擔(dān)，有時需要為融合中心提供最重要的數(shù)據(jù)。目標(biāo)評估。融合目標(biāo)的位置、速度、身份等參數(shù)，以達(dá)到對這些參數(shù)的精確表達(dá)。主要包括數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、跟蹤和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、辨識。
態(tài)勢評估。根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境推斷出檢測目標(biāo)與事件之間的關(guān)系，以判斷檢測目標(biāo)的意圖。威脅評估。結(jié)合當(dāng)前的態(tài)勢判斷對方的威脅程度和敵我雙方的攻擊能力等，這一過程應(yīng)同時考慮當(dāng)前的政治環(huán)境和對敵策略等因素，所以較為困難。
處理過程評估。監(jiān)視系統(tǒng)的性能，辨識改善性能所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)行傳感器資源的合理配置。人機接口。提供人與計算機間的交互功能，如人工操作員的指導(dǎo)和評價、多媒體功能等。
二、多傳感器在林業(yè)中的應(yīng)用
2.1在森林防火中的應(yīng)用
在用MODIS(ModerateResolutionImagingSpectroradiometer)數(shù)據(jù)測定森林火點時的20、22、23波段的傳感器輻射值已達(dá)飽和狀態(tài)，用一般圖像增強處理方法探測燃燒區(qū)火點的結(jié)果不理想。余啟剛運用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，在空間分辨率為1000m的熱輻射通道的數(shù)據(jù)外加入空間分辨率為250m的可見光通道的數(shù)據(jù)，較好地進(jìn)行了不同空間分辨率信息的數(shù)據(jù)融合，大大提高了對火點位置的判斷準(zhǔn)確度。為進(jìn)一步提高衛(wèi)星光譜圖像數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性與可靠性，利用原有森林防火用的林區(qū)紅外探測器網(wǎng)，將其與衛(wèi)星光譜圖像數(shù)據(jù)融合，可以使計算機獲得GPS接收機輸出的有關(guān)信息通過與RS實現(xiàn)高效互補性融合，從而彌補衛(wèi)星圖譜不理想的缺失區(qū)數(shù)據(jù)信息，大大提高燃燒區(qū)火點信息準(zhǔn)確度和敏感性。
2.2森林蓄積特征的估計
HampusHolmstrom等在瑞典南部的試驗區(qū)將SPOT-4×S衛(wèi)星數(shù)據(jù)和CARABAS-IIVHFSAR傳感器的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合，采用KNN(knearestneighbor)方法對森林的蓄積特征(林分蓄積、樹種組成與年齡)進(jìn)行了估計。
KNN方法就是采用目標(biāo)樣地鄰近k個(k=10)最近樣地的加權(quán)來估計目標(biāo)樣地的森林特征。研究者應(yīng)用衛(wèi)星光譜數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)對試驗區(qū)的不同林分的蓄積特征進(jìn)行估計，并對三種不同的數(shù)據(jù)方法進(jìn)行誤差分析。試驗表明，融合后的數(shù)據(jù)作出的估計比單一的衛(wèi)星數(shù)據(jù)或雷達(dá)數(shù)據(jù)的精度高且穩(wěn)定性好。
2.3用非垂直航空攝像數(shù)據(jù)融合GIS信息更新調(diào)查數(shù)據(jù)
森林資源調(diào)查是掌握森林資源現(xiàn)狀與變化的調(diào)查方法，一般以地面調(diào)查的方法為主，我國5年復(fù)查一次。由于森林資源調(diào)查的工作量巨大，且要花費大量的人力、物力和資金。國內(nèi)外許多學(xué)者都在探索航空、航天的遙感調(diào)查與估計方法。
TrevorJDavis等2002年提出采用非垂直的航空攝影數(shù)據(jù)融合對應(yīng)的GIS數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)森林調(diào)查數(shù)據(jù)的快速更新，認(rèn)為對森林資源整體而言，僅某些特殊地區(qū)的資源數(shù)據(jù)需要更新。在直升飛機側(cè)面裝上可視的數(shù)字?jǐn)z像裝置，利用GPS對測點進(jìn)行定位，對特殊地區(qū)的攝像進(jìn)行拍攝，同時與對應(yīng)的GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，做出資源變化的估計或影像的修正。
試驗表明，融合后的數(shù)據(jù)可以同高分辨率矯正圖像相比，該方法花費少，精度高，能充分利用影像的可視性，應(yīng)用于偏遠(yuǎn)、地形復(fù)雜、不易操作、成本高的區(qū)域，同時可避免遙感圖像受云層遮蓋。
三、數(shù)據(jù)融合在林業(yè)中的應(yīng)用展望
3.1在木材檢測中的應(yīng)用
3.1.1木材缺陷及其影響
木材是天然生長的有機體，生長過程中不可避免地有尖削度、彎曲度、節(jié)子等生長缺陷，這些缺陷極大地影響了木材及其制品的優(yōu)良特性，以及木材的使用率、強度、外觀質(zhì)量，并限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。在傳統(tǒng)木制品生產(chǎn)過程中，主要依靠人的肉眼來識別木材缺陷，而木材板材表面缺陷在大小、形狀和色澤上都有較大的差異，且受木材紋理的影響，識別起來非常困難，勞動強度大，效率低，同時由于熟練程度、標(biāo)準(zhǔn)掌握等人為因素，可能造成較大的誤差。另外在集成材加工中，板材缺陷的非雙面識別嚴(yán)重影響了生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍。因此必須開發(fā)一種能夠?qū)Π宀碾p面缺陷進(jìn)行在線識別和自動剔除技術(shù)，以解決集成材加工中節(jié)子人工識別誤差大、難以實現(xiàn)雙面識別、剔除機械調(diào)整時間長等問題。
3.1.2單一傳感器在木材檢測中的應(yīng)用
對木材及人造板進(jìn)行無損檢測的方法很多，如超聲波、微波、射線、機械應(yīng)力、震動、沖擊應(yīng)力波、快速傅立葉變換分析等檢測方法。超聲技術(shù)在木材工業(yè)中的應(yīng)用研究主要集中在研究聲波與木材種類、木材結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系、木材結(jié)構(gòu)及缺陷分析、膠的固化過程分析等。
隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展，人們也將視覺傳感器應(yīng)用于木材檢測中。新西蘭科學(xué)家用視頻傳感器研究和測量了紙漿中的纖維橫切面的寬度、厚度、壁面積、壁厚度、腔比率、壁比率等，同時準(zhǔn)確地測量單個纖維和全部纖維的幾何尺寸及其變化趨勢，能夠區(qū)分不同紙漿類型，測定木材纖維材料加固結(jié)合力，并動態(tài)地觀察木材纖維在材料中的結(jié)合機理。
新西蘭的基于視覺傳感器的板材缺陷識別的軟件已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，該軟件利用數(shù)碼相機或激光掃描儀采集板材的圖像，自動識別板材節(jié)子和缺陷的位置，控制板材的加工。該軟件還具有進(jìn)行原木三維模型真實再現(xiàn)的計算機視覺識別功能，利用激光掃描儀自動采集原木的三維幾何數(shù)據(jù)。
美國林產(chǎn)品實驗室利用計算機視覺技術(shù)對木材刨花的尺寸大小進(jìn)行分級，確定各種刨花在板中的比例和刨花的排列方向；日本京都大學(xué)基于視覺傳感器進(jìn)行了定向刨花板內(nèi)刨花定向程度的檢測，從而可以通過調(diào)整定向鋪裝設(shè)備優(yōu)化刨花的排列方向來提高定向刨花板的強度。在制材加工過程中，利用計算機視覺技術(shù)在線實時檢測原木的形狀及尺寸，選擇最佳下鋸方法，提高原木的出材率。同時可對鋸材的質(zhì)量進(jìn)行分級，實現(xiàn)木材的優(yōu)化使用；在膠合板的生產(chǎn)過程中，利用計算機視覺技術(shù)在線實時檢測單板上的各種缺陷，實現(xiàn)單板的智能和自動剪切，并可測量在剪切過程中的單板破損率，對單板進(jìn)行分等分級，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)過程。Wengert等在綜合了大量的板材分類經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，建立了板材分級分類的計算機視覺專家系統(tǒng)。在國內(nèi)這方面的研究較少，王金滿等用計算機視覺技術(shù)對刨花板施膠效果進(jìn)行了定量分析。
X射線對木材及木質(zhì)復(fù)合材料的性能檢測已得到了廣泛的應(yīng)用，目前該技術(shù)主要應(yīng)用于對木材密度、含水率、纖維素相對結(jié)晶度和結(jié)晶區(qū)大小、纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等進(jìn)行檢測，并對木材內(nèi)部的各種缺陷進(jìn)行檢測。
3.1.3數(shù)據(jù)融合在木材檢測中的應(yīng)用展望
單一傳感器在木材工業(yè)中已得到了一定程度的應(yīng)用，但各種單項技術(shù)在應(yīng)用上存在一定的局限性。如視覺傳感器不能檢測到有些與木材具有相同顏色的節(jié)子，有時會把木板上的臟物或油脂當(dāng)成節(jié)子，造成誤判，有時也會受到木材的種類或粗糙度和濕度的影響，此外，這種技術(shù)只能檢測部分表面缺陷，而無法檢測到內(nèi)部缺陷；超聲、微波、核磁共振和X射線技術(shù)均能測量密度及內(nèi)部特征，但是它們不能測定木材的顏色和瑕疵，因為這些缺陷的密度往往同木板相同。因此，一個理想的檢測系統(tǒng)應(yīng)該集成各種傳感技術(shù)，才能準(zhǔn)確、可靠地檢測到木材的缺陷。
基于多傳感器(機器視覺及X射線等)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的木材及木制品表面缺陷檢測，可以集成多個傳統(tǒng)單項技術(shù)，更可靠、準(zhǔn)確地實時檢測出木材表面的各種缺陷，為實現(xiàn)木材分級自動化、智能化奠定基礎(chǔ)，同時為集裁除鋸、自動調(diào)整、自動裁除節(jié)子等為一身的新型視頻識別集成材雙面節(jié)子數(shù)控自動剔除成套設(shè)備提供技術(shù)支持。
3.2在精確林業(yè)中的應(yīng)用
美國華盛頓大學(xué)研究人員開展了樹形自動分析、林業(yè)作業(yè)規(guī)劃等研究工作；Auburn大學(xué)的生物系統(tǒng)工程系和USDA南方林業(yè)實驗站與有關(guān)公司合作開展用GPS和其他傳感器研究林業(yè)機器系統(tǒng)的性能和生產(chǎn)效率。
目前單項的GPS、RS、GIS正從“自動化孤島”形式應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)向集成技術(shù)轉(zhuǎn)變。林業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)作為一個多組分的復(fù)雜系統(tǒng)，是由能量流動、物質(zhì)循環(huán)、信息流動所推動的具有一定的結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合體，各組分間的關(guān)系和結(jié)合方式影響系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)和功能。因此應(yīng)該在計算機集成系統(tǒng)框架下，有效地融合GPS、GIS、RS等數(shù)據(jù)，解決這些信息在空間和時間上的質(zhì)的差異及空間數(shù)據(jù)類型的多樣性，如地理統(tǒng)計數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、點數(shù)據(jù)等。利用智能DSS(決策支持系統(tǒng))以及VRT(可變量技術(shù))等，使林業(yè)生產(chǎn)成為一個高效、柔性和開放的體系，從而實現(xiàn)林業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、開放性，建立基于信息流融合的精確林業(yè)系統(tǒng)。
南京林業(yè)大學(xué)提出了“精確林業(yè)工程系統(tǒng)”。研究包括精確林業(yè)工程系統(tǒng)的領(lǐng)域體系結(jié)構(gòu)、隨時空變化的數(shù)據(jù)采集處理與融合技術(shù)、精確控制林業(yè)生產(chǎn)的智能決策支持系統(tǒng)、可變量控制技術(shù)等，實現(xiàn)基于自然界生物及其所賴以生存的環(huán)境資源的時空變異性的客觀現(xiàn)實，以最小資源投入、最小環(huán)境危害和最大產(chǎn)出效益為目標(biāo)，建立關(guān)于林業(yè)管理系統(tǒng)戰(zhàn)略思想的精確林業(yè)微觀管理系統(tǒng)。
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[4]高德平，黃雪梅.多傳感器和數(shù)據(jù)融合(一)[J].紅外與激光工程，1999，28(1)：1-4.
第8篇：機器視覺概念范文
點評：阿里巴巴集團(tuán)CEO張勇表示，數(shù)字商業(yè)和實體商業(yè)充分融合，新零售正在重構(gòu)一切商業(yè)要素，也重構(gòu)了網(wǎng)商概念。在供應(yīng)鏈、全渠道、線上線下融合、物流、金融支付等各個領(lǐng)域，今天的網(wǎng)商已經(jīng)無處不在，成為全球最大的商業(yè)群體，也是商業(yè)社會進(jìn)步的積極力量。近期包括華泰證券、東興證券、安信證券、信達(dá)證券、國金證券等在內(nèi)的12家券商累計20份研報看好無人零售主題性投資機會，后市表現(xiàn)值得期待。其中，華泰證券表示，無人零售市場空間巨大，互聯(lián)網(wǎng)巨頭加入提升行業(yè)趨勢確定性，亞馬遜和阿里將持續(xù)推進(jìn)線上線下融合，其他互聯(lián)網(wǎng)巨頭也有望跟進(jìn)。無人零售作為線上線下融合的場景之一，主題性投資機會凸顯。無人零售實體店相關(guān)的機器視覺、傳感器、自動售貨機等硬件供貨商將受益于無人零售未來推廣帶來的增量市場，建議關(guān)注大冷股份、遠(yuǎn)望谷、匯納科技等。
上－上漲概率
軌道線來看，目前中軌為3196.19，指數(shù)未能形成向上的有效突破，但中軌支撐仍在，結(jié)論：中軌線未破則行情仍為震蕩性質(zhì)。
量能上來看，成交量稍有下降，但仍保持在二千億水平。結(jié)論：進(jìn)攻量的標(biāo)準(zhǔn)得到保持，市場活躍度總體尚可。
第9篇：機器視覺概念范文
關(guān)鍵詞:雙語教學(xué);智能控制課程;教材選用;教學(xué)效率;學(xué)習(xí)興趣
由于我國高等教育,特別是工科教學(xué)過分偏重理論、脫離工程實際、內(nèi)容比較陳舊;英語語言教學(xué)也采用低效的應(yīng)試教育方式,因而教育部和科技專家都提出了在高校開設(shè)雙語專業(yè)課程[1],選用英語原版教材,甚至引進(jìn)外國專家授課的建議。從2008年起,教育部連續(xù)3年推出了雙語教學(xué)示范課程。
我國現(xiàn)階段開展大學(xué)雙語教學(xué)非常有意義,有助于學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的高等教育理念和人才培養(yǎng)理念,使教學(xué)內(nèi)容務(wù)實、結(jié)合工程實際,適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展[2];也出現(xiàn)一些問題,如效率低,學(xué)生掌握慢、興趣降低等[3],教學(xué)管理難,教學(xué)難度大,很多學(xué)校主動愿望不強,一些非頂尖的應(yīng)用型、教學(xué)型高校,一般每專業(yè)只選擇1～3門簡單的基礎(chǔ)課程進(jìn)行雙語教學(xué)。
現(xiàn)在,各層次科研、技術(shù)人員的工作與國際科學(xué)技術(shù)的交流、合作越來越密不可分[4]。因此,教師應(yīng)逐漸加強雙語課程的比例。首先是專業(yè)導(dǎo)論課,其次是發(fā)展快的新技術(shù)課程,太過寬泛的基礎(chǔ)課程反而不是首選,因為專業(yè)詞匯少、新概念少。比如對自動化專業(yè),我們的開設(shè)選擇順序是:自動化導(dǎo)論、計算機控制、智能控制技術(shù)。相反,電路分析、信號與系統(tǒng)并不適宜作為首選。
1雙語教學(xué)的問題
目前,智能控制課雙語教學(xué)中的問題表現(xiàn)在教與學(xué)兩方面:
1) 教師教學(xué)難度大、教學(xué)效率低。目前的雙語教學(xué)主體基本都是國內(nèi)老師,英語水平有限,交流能力不強。智能控制課需要理解理論,更需要掌握應(yīng)用技術(shù),內(nèi)容本身就有一定難度。同時,英語講解慢,課堂傳授的信息量減少,按原來的教學(xué)課時無法完成教學(xué)任務(wù)。表1是雙語教改前采用全雙語教學(xué)與未使用雙語教學(xué)的普通班教學(xué)效果對比。
2) 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低。學(xué)生開始學(xué)習(xí)的興趣還是很高的,但由于英語水平不夠、學(xué)習(xí)效率低、理解差,會導(dǎo)致很快失去興趣。作為專業(yè)選修課,開始選課學(xué)生人數(shù)還很多,最后堅持下來的人數(shù)少。表2是教改前學(xué)生選課人數(shù)變化對比。
從表中的數(shù)據(jù)也可以看到,采用雙語教學(xué)后,雖然學(xué)生的英語水平有提高,但專業(yè)學(xué)習(xí)反而受到影響,教學(xué)效果不好,學(xué)生意見也很大。
2教學(xué)內(nèi)容和教材選擇
結(jié)合學(xué)生情況和意見進(jìn)行分析,我們學(xué)校是地方高校,以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主,學(xué)生英語水平比較差。為此,我們在教學(xué)內(nèi)容和雙語比例上進(jìn)行了改革。
目前,國內(nèi)還找不到很滿意的雙語教學(xué)教材,而直接選用國外教材,難度太大,學(xué)習(xí)效率低。值得借鑒的是,清華大學(xué)出版社的《機器視覺算法與應(yīng)用》教材[5]直接譯自德語原著,同時雙語對照,雖然占用版面,但學(xué)生的學(xué)習(xí)效果好。
在尚未有好教材的情況下,采用教師自編講義是一個比較好的選擇。自編講義基本采用雙語對照方式,核心概念、新技術(shù)內(nèi)容完全采用國外原版教材內(nèi)容,同時介紹一些最新技術(shù)文獻(xiàn),供學(xué)生自學(xué)閱讀,介紹相關(guān)計算機軟件英語版的使用。
由于智能控制學(xué)科起源于西方,很多基本概念、理論都翻譯自國外文獻(xiàn),直接使用原文的概念定義、理論解釋、應(yīng)用舉例,對于更準(zhǔn)確地理解概念、掌握基礎(chǔ)理論是很有幫助的。
3英語講授比例掌握
在雙語教學(xué)中,英語講授比例一直是困擾雙語教師的問題。過去只強調(diào)英語教學(xué),口語、課本幾乎全是英語,教學(xué)效率低、學(xué)生興趣差,教學(xué)效果很不好。結(jié)合雙語教學(xué)的目的、學(xué)生和課程的實際情況,我們提出了“漢語入門、英語加深、雙語互助、師洋根本”的教學(xué)思想。不把英語在教學(xué)中所占的比例數(shù)據(jù)作為開設(shè)雙語課程教學(xué)的一個指標(biāo),而是根據(jù)需要采用英語教學(xué)。具體措施如下:
1) 新概念、新課程入門時先使用中文介紹,使學(xué)生有基本概念,能先入門。
2) 再學(xué)習(xí)英語材料,對關(guān)鍵概念、知識進(jìn)行加深理解和正確理解。
3) 對最新技術(shù)和發(fā)展快的技術(shù)知識,較多地使用英語材料,并側(cè)重于閱讀,使學(xué)生掌握智能控制技術(shù)的核心根本,并能靈活應(yīng)用。
4) 淡化口語、聽力教學(xué)。絕大多數(shù)學(xué)生以后主要是閱讀英語文字資料,所以雙語教學(xué)應(yīng)以專業(yè)教學(xué)為核心,英語是教學(xué)輔助,學(xué)習(xí)國際最新的先進(jìn)技術(shù)知識是根本。
4教學(xué)方法改革
智能控制課教學(xué)內(nèi)容的專業(yè)性很強;相關(guān)技術(shù)發(fā)展很快,不斷有新的研究突破和技術(shù)進(jìn)步;而且該課程的工程應(yīng)用性很強,是一門技術(shù)應(yīng)用型課程。在雙語教學(xué)實踐中,結(jié)合課程特點,我們在教學(xué)方法上進(jìn)行了改革。
4.1結(jié)合英文原著閱讀
智能控制的基本概念和基本理論是比較復(fù)雜的,照本宣科的講解不僅使學(xué)生沒有興趣,而且也難以準(zhǔn)確理解。在教學(xué)中,我通過中文介紹,使學(xué)生對基本理論先有一個簡單了解,然后直接選用著名學(xué)者的經(jīng)典原著、代表性的研究論文作為學(xué)習(xí)材料。西方學(xué)者的研究原著、科技論文是深入淺出的,而且結(jié)合理論的圖解、實例非常豐富。通過教師講授,專業(yè)詞匯學(xué)習(xí),學(xué)生可以很快看懂、理解這些英語材料,而且對專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解更準(zhǔn)確。
例如,學(xué)生對模糊集合、模糊推理等概念的理解不好,我在教學(xué)中講授了模糊邏輯創(chuàng)始人扎德教授標(biāo)志性的研究論文《Fuzzy Sets》[6]。論文中對模糊邏輯的研究背景、思想起源、概念定義、結(jié)論推導(dǎo)的翔實介紹,使學(xué)生對整個技術(shù)的起源、發(fā)展都有了了解,對概念理解和知識掌握很有幫助。
為了使教學(xué)內(nèi)容與最新技術(shù)成果聯(lián)系得更緊密,我們還從IEEE數(shù)據(jù)庫下載了很多最新研究論文,布置給學(xué)生課后閱讀,并進(jìn)行討論。
4.2知識講授結(jié)合工程設(shè)計應(yīng)用
智能控制課是技術(shù)應(yīng)用型課程,要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用開發(fā)智能控制系統(tǒng)的能力。美國Matrix公司的MATLAB軟件有專門的智能控制技術(shù)相關(guān)軟件工具箱,如模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等,而且有很好的仿真平臺,用戶可以利用該軟件開展設(shè)計和仿真實驗。在教學(xué)中,我們就是結(jié)合MATLAB專業(yè)工具箱的智能控制系統(tǒng)開展設(shè)計開發(fā)和仿真實驗。MATLAB軟件目前還是英文版,對英語專業(yè)詞匯的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生使用該軟件。
在學(xué)習(xí)了模糊控制技術(shù)后,學(xué)生可以使用MATLAB的模糊邏輯工具箱設(shè)計水箱液位模糊控制器、倒立擺模糊控制器,而且進(jìn)行仿真實驗。動態(tài)仿真顯示實驗效果、曲線顯示控制數(shù)據(jù),使教學(xué)形象生動,既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又培養(yǎng)了他們的實際工程設(shè)計應(yīng)用能力。
在學(xué)習(xí)遺傳算法工具箱時,如果不學(xué)習(xí)專業(yè)詞匯,學(xué)生根本無法看懂大量的參數(shù)設(shè)置,更無法使用該工具進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)[7]。圖1是MATLAB的遺傳算法圖形用戶界面,可見參數(shù)設(shè)置要看懂大量的專業(yè)詞匯。
5教學(xué)效果
雙語教學(xué)改革后,我們在2006級自動化專業(yè)同樣開設(shè)了雙語班和傳統(tǒng)全中文教學(xué)普通班,對表1和2的統(tǒng)計項目重新進(jìn)行了統(tǒng)計對比,如表3和表4所示。
從表中數(shù)據(jù)可以看到,經(jīng)過雙語教學(xué)改革后,學(xué)生不僅英語能力提高了,而且專業(yè)成績大大提高,學(xué)習(xí)興趣也提高了,教學(xué)效果大大改善。
6結(jié)語
由于我國在科學(xué)技術(shù)和高等教育領(lǐng)域與西方國家存在一定差距,因此雙語教學(xué)是教育改革的一項很有意義的措施。對雙語教學(xué)中的具體問題,還必須結(jié)合實際進(jìn)行教學(xué)改革,適當(dāng)掌握雙語講授比例,注意雙語教學(xué)的根本。隨著高等教育的發(fā)展,雙語教學(xué)水平會不斷提高,教學(xué)效果會更好。
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Reform on Bilingual Teaching of Intelligent Control
LUO Bing, GAN Jun-ying, ZHANG Jian-min
(School of Information Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)
