“機器視覺”（Machine Vision）又稱圖像檢測技術，它是將被測對象的圖像作為信息的載體，從中提取有用的信息來達到測量的目的。具有非接觸、高速度、測量范圍大、獲得的信息豐富等優點。通過CCD（Charge Coupled Device）攝像頭與光學系統、數字處理系統的結合，可實現不同的檢測要求。CCD元件可理解為一個由感光像素組成的點陣。因此，面陣CCD的每個像素都一一對應了被測對象的二維圖像特征，即通過對像素點成像結果的分析可以間接分析對象的圖像特征。

“機器視覺”的用途很多，隨著上世紀九十年代以來光電、自動化和計算機圖象處理技術的迅速發展，機器視覺已在包括汽車制造業在內的很多工業部門得到越來越廣泛的應用。作為一種新穎而又實用的傳感技術，圖像檢測單元近年已實現產品化，一些知名的廠商，如日本的松下公司、德國的西門子公司等都推出了品種規格齊全的系列化產品，包括光源、攝像頭、處理器等，這對圖像檢測技術的推廣應用創造了很有利的條件。與此同時，所頒布的相關標準，不但規范了生產，而且為用戶在不同情形下選用合適的檢測單元，以及更快、更好地進行系統設計提供了依據。國內在這方面尚處于起步階段，即使在近20年獲得迅速發展的汽車制造業，機器視覺的應用也相當有限。但通過以下應用實例，可以清楚地看出這項新技術的應用前景。

圖像檢測技術在精密測量中的應用

精密測量是機器視覺的一個重要應用領域，其對被測對象進行測量的原理如下：檢測系統主要由光學系統、CCD攝像頭和計算機處理系統等組成。由光源發出的平行光束照射到被測對象的檢測部位上，其邊緣輪廓經過顯微光學鏡組成像在攝像機的面陣CCD像面上，經計算機進行圖像處理后獲得被測對象邊緣輪廓的位置。如果使被測對象產生位移，再次測量其邊緣輪廓位置，則兩次位置之差便是位移量。顯然，若被測對象的兩條平行的邊緣輪廓能處于同一幅圖像內，則其二者位置之差即為相應尺寸。

上述系統極為適合對大批量生產情況下工件的在線檢測，尤其是當被測對象尺寸較小、形狀比較簡單時，更能顯示其優越性。電子接插件（包括汽車電子產品中的接插件）就是典型例子，它們的生產效率和成品尺寸精度都較高，前者可達到每分鐘數百件，而后者多數為0.01mm的數量級。一般情況下，工件質量缺陷包括插腳的變形或扭曲、多余的金屬粘附（金屬碎屑）等，均反映為外形尺寸的誤差。當系統進行測量時，零件（插腳）所形成的圖像由于與其明亮背景之間的強烈對比，而具有清晰的剪影效果。這樣的理想圖像為準確測量被檢對象的尺寸和輪廓（形狀）特征創造了條件。例如，一部分沖壓成形的插腳隨著金屬輸送帶通過檢測工位時產生典型的背光圖像。其中，插腳A發生了扭曲，插腳B上粘附著多余的金屬，插腳C斷面尺寸（寬）不合格——這些都屬于常見的質量缺陷。

需要指出的是，盡管采用的是對零件圖像的邊緣檢測，但根據工件的不同情況，具體做法上仍有差別。如對上例零件（插腳）的圖像上可以設置三條（L1、L2、L3）或多條檢測線，分別采用簡單的閾值法或單/雙峰法檢測出零件的邊緣信息。由于三條檢測線之間保持著相互垂直交叉的關系，因此可以通過聯立三線（或多線）的邊緣檢測點確定插腳相對于圖像平面的位置（X、Y）和轉角（θ）。這些目標零件的位置信息（邊緣坐標和起始轉角）將傳送給計算機處理系統，以做出相應的評價。

圖像檢測技術用于精密測量的另一個實例是在刀具預調測量中的應用。眾所周知，承擔現代汽車發動機生產的主體是數控機床、加工中心，它們所用的刀具必須經測量預調，故各類刀具預調測量儀在生產過程中的應用越來越普遍。傳統的檢測方式是光學投影和光柵數顯表相結合，前者用于瞄準定位，而后者用于測量、讀數。整個過程需較多的人工參與，對操作人員的要求高，效率卻較低。幾年前誕生的新穎刀具預調測量儀把機器視覺、光柵技術、計算機軟硬件、自動控制技術等有機結合，使傳統的工作方式發生了根本變化，無論在測量精度、操作方便和工作效率上都有了極大的提高。而主要原因就是以機器視覺替代了傳統的光學投影，從而徹底改變了原有的工作模式。

在這種新穎儀器中，作為運動導軌的Z軸、X軸和C（回轉）軸內，分別裝有直線光柵和圓光柵。被測刀具沿轉臺中心線，即C軸安裝。機器視覺傳感器位于叉形支架兩側，也就是跨越轉臺的中心線。支架的一端安放光源，而另一端是攝像頭，被測刀具的圖像由攝像頭讀取。

機器視覺用于工件表面缺陷檢測

工件表面缺陷，如連桿大小頭結合面的破口缺損是在制造過程中形成的，對表面缺陷的探測在批量生產的汽車、摩托車、內燃機等行業，迄今基本都采用人工目測方法。這樣的方法不但效率低，勞動強度大，且對工藝標準中規定的定量評定要求往往難以準確執行，從而影響對產品質量的有效監控。以連桿結合面爆口為例，其評定標準的具體要求如下：①破口面積小于3mm2；②破口任一方向的線性長度小于2.5mm。只要符合上述一個條件，就將判定不合格而被剔除。

必須指出，與以上精密測量中機器視覺系統采用的透射方式（又稱“背光”方式）不同，用于表面缺陷探測時，需采取反射方式。系統通過一個方形框式LED漫反射光源照亮待檢測工件的破口區域，光線照射到對象表面后，反射到攝像頭內的光電耦合CCD元件上，即轉化成對應的電量信號，圖像處理系統根據電量信號對得到的圖像進行分析和計算，最終得到所需的數據。如前所述，CCD元件可理解為一個由感光像素組成的點陣。其每一個像素都一一對應了對象的二維圖像特征，即通過對像素點成像結果的分析可以間接分析對象的圖像特征。比如通過對二值化圖像中的成像像素個數的計算，可以得到相應對象的長度值和面積值。

系統將得到的圖像進行二值化處理后，把二值圖像作為對象進行進一步的計算分析。對于灰度的二值化閾值和光源的設定采用比對的方法實現，具體方法為：用已知的樣件作為標定的參照物。把已知的參照物測量值除以參照物對應的像素值，即可得到像素與實際值之間的對應比例值。通過調整光源亮度以及系統的二值化閾值，對灰度的二值化閾值進行優化，保證系統對對象邊界具有相對較高的分辨率，即優化后的二值化閾值和光源可以使邊界的變化產生盡量大的像素值變化。

根據被測對象的特征（工件形狀、被測部位）和要求，參照視覺系統產品的有關標準，并按照所完成的設計，將能方便地選取合適的圖像檢測單元（器件），組成相應的檢測系統。以連桿結合面爆口為例，其系統的檢測要求為分別檢測互為15°夾角的A-B-C三個（連桿側面的）破口面，最終以三個檢測結果中的最大值作為破口的真實值，進行判斷后輸出結果。該系統由以下部件組成：