YH3D-6002系列动态四轮定位仪技术解析(四)

文/文东

(3)数字图像与机器视觉技术概述

正常情况下，人类获取信息的80%以上来自视觉。通过人眼来感知外部世界能够获取更多的信息，视觉在人脑中产生的直观映像更便于大脑接受和理解，正所谓“百闻不如一见”，也说明了人眼是人类获取信息、适应环境、改造世界的主要器官之一。然而，面对纷繁复杂的大千世界，人眼的感知能力也是非常有限的。如果用成像器件的某些指标去分析人眼，我们会发现一些有趣的结论：人眼的分辨率约为1600万像素左右，帧速率约为20fps动态范围有14～16bit左右，光谱响应范围为400～700nm。正是由于人类自身的感觉器官存在各种极限，人们才会发明各种仪器设备、设计实验手段去拓展我们认知的范围，以便我们能更好的认识和改造世界。

(4)数字图像与机器视觉技术的发展历程

一直以来，人们都在努力寻找能够替代人眼和弥补人眼先天不足的产品，以便拓展人类的视野，增强我们认识世界和改造世界的能力。固体成像器件（CCD/CMOS等成像器件）的发明和发展使人们的这一美好愿望得以实现。从1969年贝尔实验室发明第一片CCD成像器件以来，人们对固体成像器件的研究和应用已取得了丰硕的成果，同时引发了对图像和机器视觉技术研究和应用的热潮。经过三十多年的发展，固体成像器件已成为很多工业生产、科学研究及人们日常生活中不可或缺的部分，已经且必将对我们的生活产生深远的影响。图像与机器视觉技术之所以能够快速的被广泛应用到各个领域，是与成像器件及硬件处理器件的快速发展分不开的，二者都得益于半导体工业的不断进步。成像器件在分辨率上，目前的单CCD芯片已能轻易获得2200万像素以上的分辨率，加拿大DALSA公司已经为美国军方生产出了1.11亿像素的CCD芯片，如果利用多芯片拼接技术甚至可以达到更高的分辨率。这些高分辨率的器件在天文、航天、国防等领域都得到了用，尤其是在对天观测和对地观测方面发挥着重要作用。

在光谱响应上，在可见光谱两端的红外和紫外谱段，都有器件能做到清晰成像。在紫外谱段，目前可做到对100nm进行感光；在红外谱段，可对12μm的红外波段清晰成像。紫外成像可用于国防、刑侦等安防领域及凝胶分析、电力等一般工业。红外成像的应用范围就更广泛一些，如夜视、测温、制导、工业检测等。随着相关技术的进步，成像器件必将继续在可见光谱两端不断延伸。

成像器件在响应速度方面更是大大突破了人眼的限制，取得了惊人的进步。高速摄影已经作为图像技术的一个分支被应用到各个领域，能够对各种瞬态过程进行记录和研究，如爆炸过程、碰撞过程、高速加工过程等。目前普通的高速摄像系统在1k×1k分辨率下也能达到至少500帧/秒的拍摄速度，超高速的CMOS器件已能实现每秒1亿帧的拍摄。

此外，在x光成像等应用领域，相机的动态范围是一项关键指标.目前已有多个厂家能生产出16Bit的芯片和相机，更高动态范围的相机也正在研发之中。在天文观测、国防工业及科学研究中，需要用到超高灵敏度的探测器和相机，一般通过采用背照CCD器件或采用相机致冷技术来实现。

一批国际领先的公司对CCD/CMOS传感器和相机的发展做出了重要项献，这其中有Sony、Kodak、DALSA、Atmel、Cypress、E2V等芯片生产商及DALSA、JAI、Adimec、Basler等相机制造商，当然市场规模的不断发展也使它们在商业上取得了不错的业绩。

集成电路处理能力的不断突破在客观上也促进了图像和机器视觉应用的发展。成像技术与计算机技术的结合大大促进了数字图像技术的应用和发展。在上世纪七十年代末，图像技术开始被大量的应用到工业生产中，我们今天的机器视觉技术就是从那时候开始发展起来的。传统的图像技术侧重于通过各种手段获取研究对象的影像，然后主要通过人结合相关的行业经验对影像进行分析，就像医生看X光胶片一样。而机器视觉更侧重于对获取的影像利用计算机技术进行自动分析处理，以得到一个可供机器识别和利用的结果，也就是不但要有“视”的过程，更重要的是还要有“觉”的结果，二者都是通过计算机的控制自动实现的，类似于将人眼与人脑的功能结合起来，实现生产过程的自动化和智能化。

机器视觉技术的诞生为数字图像技术开辟了一片广阔的应用天地，相对于人工检测，机器视觉系统具有可二十四小时连续工作不疲劳、可适应恶劣的工作环境、判断标准客观、速度和效率高、容易实现整线的自动化、容易集成到生产设备中等优点。在短短的几年间，机器视觉技术就迅速的从电子半导体领域扩展到了其他工业应用领域，被越来越多的工业生产企业和设备制造商所采用，成为工业生产自动化中的一项重要技术。

机器视觉技术的快速发展也带动了一批专业公司的兴起，如COGNEX、CCS、Navitar.Coreco（现被DALSA收购）、Euresys、Matrox、Orbotech、lsaran等，他们都是机器视觉系统部件供应商及设备制造商。