機器視覺與計算機視覺的區(qū)別?| TWINNHOW科技觀察
【 TWINNHOW科技觀察】:簡單來說,計算機視覺學(xué)術(shù)一些,更偏軟件;機器視覺軟硬件都包括(采集設(shè)備,光源,鏡頭,控制,機構(gòu),算法等),指的是系統(tǒng),更偏實際應(yīng)用。因此更多的是把機器視覺,叫做機器視覺系統(tǒng)。工業(yè)級機器視覺和消費級機器視覺有本質(zhì)的區(qū)別,在應(yīng)用側(cè)重點、結(jié)構(gòu)上有著明顯的差別,但是工業(yè)機器視覺和消費級機器視覺都源自人工智能的技術(shù),感知和算法是核心技術(shù),也就意味著產(chǎn)品和技術(shù)在各個領(lǐng)域的可延展性是比較強的。機器視覺是比較通用的底層技術(shù),可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域,對當前制造業(yè)的改造和升級,起到了至關(guān)重要的作用。機器視覺,以其可靠性和經(jīng)濟性正在廣泛應(yīng)用各個工業(yè)制造場景,未來的增長前景廣泛。
機器視覺與計算機視覺的區(qū)別?
簡單來說,計算機視覺學(xué)術(shù)一些,更偏軟件;機器視覺軟硬件都包括(采集設(shè)備,光源,鏡頭,控制,機構(gòu),算法等),指的是系統(tǒng),更偏實際應(yīng)用。因此更多的是把機器視覺,叫做機器視覺系統(tǒng)。
簡單區(qū)分:
學(xué)科:
機器視覺作為一門系統(tǒng)工程"學(xué)科",有別于計算機視覺,是計算機科學(xué)基礎(chǔ)的一種形式;
計算機視覺屬于計算機"科學(xué)",涉及到從圖像中提取信息的人工系統(tǒng)背后的理論,她跨學(xué)科。
領(lǐng)域:
機器視覺是計算機視覺在工廠自動化中的應(yīng)用,傳統(tǒng)的機器視覺主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,計算機視覺不限于工業(yè)領(lǐng)域。
從狹義的視覺系統(tǒng)角度出發(fā),計算機視覺屬于機器視覺系統(tǒng)的一部分。
信息處理程度:
機器視覺主要是提取信息,計算機視覺提取并理解信息(定義區(qū)分)
軟硬件
機器視覺系統(tǒng)中一定包含硬件。
計算機視覺系統(tǒng)中不一定包含硬件,偏算法。
詳細:
機器視覺與計算機視覺這兩個名字,感覺差不多,都是視覺。很多人都有這種相同的想法,但其實它們之間是不同的學(xué)科。
一. 定義
A.機器視覺:Machine vision(MV)
維基百科:“機器視覺一詞的定義各不相同,但都包括用于自動從圖像中提取信息的技術(shù)和方法。”
它與圖像處理相反,圖像處理的輸出是另一幅圖像。提取的信息可以是簡單的好部分/壞部分信號,也可以是一組復(fù)雜的數(shù)據(jù),比如圖像中每個對象的id、位置和方向。該信息可用于工業(yè)上的自動檢測、機器人和過程制導(dǎo)、安全監(jiān)控和車輛制導(dǎo)等應(yīng)用。這一領(lǐng)域包括大量的技術(shù)、軟件和硬件產(chǎn)品、綜合系統(tǒng)、行動、方法和專門知識。在工業(yè)自動化應(yīng)用中,機器視覺實際上是這些功能的唯一術(shù)語;
B.計算機視覺:Computer vision(CV)
維基百科:”計算機視覺是指從一張圖像或一系列圖像中自動提取、分析和理解有用信息。它涉及到理論和算法基礎(chǔ)的發(fā)展,以實現(xiàn)自動視覺理解。“
它是一個跨學(xué)科的科學(xué)領(lǐng)域,研究如何使計算機從數(shù)字圖像或視頻中獲得高層次的理解。從工程學(xué)的角度來看,它試圖自動化人類視覺系統(tǒng)能夠完成的任務(wù)。
⑴ 首先我們從定義上來看。
“機器視覺”是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。簡單來說,就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置,分cmos和ccd兩種)把圖像抓取到,然后將該圖像傳送至處理單元,通過數(shù)字化處理,根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,來進行尺寸、形狀、顏色等的判別,進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。目前它被廣泛應(yīng)用于食品和飲料、化妝品、建材和化工、金屬加工、電子制造、包裝、汽車制造等行業(yè)。
“計算機視覺”則是指用計算機實現(xiàn)人的視覺功能,對客觀世界的三維場景的感知、識別和理解。計算機視覺是一個處于指示前沿的領(lǐng)域,與研究人類或動物的視覺是不同的,它在透徹理解攝像機性能與物理成像過程的基礎(chǔ)上,對每個像素進行簡單的推理,將在多幅圖像中可能得到的信息綜合成和諧的整體,確定像素集之間的聯(lián)系以便將它們彼此分割開,或推斷一些形狀信息,使用幾何信息或概率統(tǒng)計技術(shù)來識別物體。
⑵ 其次,從實際應(yīng)用上看。機器視覺更多注重廣義圖像信號(激光,攝像頭)與自動化控制(生產(chǎn)線)方面的應(yīng)用,而計算機視覺更多注重(2D, 3D)圖像信號本身的研究以及和圖像相關(guān)的交叉學(xué)科研究(圖像分析)。
⑶ 最后,雖然兩者的核心都涉及到視覺處理算法,但機器視覺是偏硬的視覺處理技術(shù),主要用于工業(yè)機器人方面;而計算機視覺是偏軟的視覺處理技術(shù),主要用于識別方面。這樣說,你可能就明白了吧。
二.應(yīng)用
機器視覺
1. 半導(dǎo)體
機器視覺系統(tǒng)在半導(dǎo)體器件制造中有著廣泛的應(yīng)用;事實上,如果沒有機器視覺,計算機芯片的產(chǎn)量將會顯著降低。機器視覺系統(tǒng)檢查硅片、處理器芯片以及電阻和電容等子組件。
2. 汽車工業(yè)
機器視覺系統(tǒng)用于引導(dǎo)工業(yè)機器人,測量沖壓金屬部件的配合程度,并檢查涂漆車輛的表面是否有缺陷。
3. 軍事
雖然機器視覺技術(shù)是針對可見光譜開發(fā)的,但同樣的處理技術(shù)也可應(yīng)用于使用對其他形式的光(如紅外線)敏感的成像儀拍攝的圖像。
計算機視覺
計算機視覺包括場景重建、事件檢測、視頻跟蹤、目標識別、三維姿態(tài)估計、運動估計和圖像恢復(fù)。
二.視覺系統(tǒng)的指標
任何視覺系統(tǒng)(計算機視覺或者機器視覺)的兩個重要指標:
靈敏度:是機器在昏暗光線下觀察的能力,或在不可見波長下探測微弱脈沖的能力。
分辨率:是機器區(qū)分物體的程度。一般來說,分辨率越高,視野范圍就越狹窄。
當在其他因素保持不變的情況下,它們的關(guān)系是,增加靈敏度降低分辨率,提高分辨率降低靈敏度。
三.視覺系統(tǒng)
a.機器視覺系統(tǒng)的組件
簡單的機器視覺系統(tǒng)包含以下組件:
一個光學(xué)傳感器
黑白相機
照明(確保圖像清晰)
幀捕獲器(計算機攝像頭接口卡)
圖像處理的計算機軟件(用于圖像的分析和處理,根據(jù)所分析圖像的性質(zhì),可以使用模式匹配或其他算法)
數(shù)字信號硬件或用于報告結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)連接
光學(xué)傳感器一旦確定物體在傳送帶上移動到了待檢查位置,它就觸發(fā)相機對該物體拍照,機器視覺系統(tǒng)中的照明設(shè)計是用于物體高亮顯示感興趣的特征,并使不感興趣的特征的外觀變得模糊或最小化。相機的圖像由幀捕捉器捕捉。幀捕獲器是一種計算機卡,它將攝像機的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式,并將圖像存儲在計算機內(nèi)存中,以便機器視覺軟件對其進行處理。該軟件通常會采取幾個步驟來處理圖像。通常首先對圖像進行處理,減少噪聲或?qū)⒒叶葓D轉(zhuǎn)換為二值圖。在最初的簡化之后,軟件將對圖像中的對象計數(shù)、測量和/或識別圖像中的對象。作為最后一步,軟件根據(jù)編程標準來判斷物體是否通過。如果某個物體出現(xiàn)故障,軟件會向機器人發(fā)出信號,讓其拒絕接受該物體;另外,系統(tǒng)會提示人工修復(fù)導(dǎo)致故障的生產(chǎn)問題。
四.圖像處理技術(shù)
商業(yè)和開源的機器視覺系統(tǒng)包通常包括許多不同的圖像處理技術(shù),如: - 像素計數(shù):計算亮像素或暗像素的數(shù)量 - 閾值化:將灰度圖像轉(zhuǎn)換為黑白圖像 - 連通性和分割:通過區(qū)分像素的亮連接區(qū)域和暗連接區(qū)域來定位和/或計數(shù)部件 - 條碼讀取:機器讀取或掃描一維和二維條碼的解碼 - 光學(xué)字符識別:自動讀取文本 - 測量:測量物體的尺寸 - 邊緣檢測:尋找目標邊緣 - 模板匹配:查找、匹配和/或計數(shù)特定的模式 - 魯棒模式識別:對象的位置,可以旋轉(zhuǎn),被另一個對象臨時遮擋,或改變大小
在大多數(shù)情況下,機器視覺系統(tǒng)將使用這些處理技術(shù)的組合來執(zhí)行完整的檢查。
五.區(qū)別
機器視覺不同于計算機視覺,計算機視覺是一個“學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域”,通常被歸為人工智能的子領(lǐng)域。
計算機視覺擴展到與機器人和人類視覺的機器表示相關(guān)主題。機器視覺是指在工廠、裝配廠和其他工業(yè)環(huán)境中使用的自動化成像“系統(tǒng)”。機器視覺系統(tǒng)是一種基于數(shù)字圖像分析做出決策的計算機。正如在裝配線上工作的檢驗人員通過目視檢查零件來判斷工藝質(zhì)量一樣,機器視覺系統(tǒng)也使用數(shù)碼相機和圖像處理軟件進行類似的檢查。
如果我們把機器視覺看作一個系統(tǒng)的主體,那么計算機視覺就是視網(wǎng)膜、視神經(jīng)、大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。機器視覺系統(tǒng)使用攝像機來查看圖像,然后計算機視覺算法對圖像進行處理和解釋,然后指示系統(tǒng)中的其他組件對這些數(shù)據(jù)采取行動。
計算機視覺可以單獨使用,而不需要成為大型機器系統(tǒng)的一部分。但是一個機器視覺系統(tǒng)如果沒有計算機和其核心的特定軟件是無法工作的。這遠遠超出了圖像處理。在計算機視覺(CV)術(shù)語中,圖像甚至不必是照片或視頻;它可能是來自熱或紅外傳感器、運動探測器或其他來源的“圖像”。
六、工業(yè)級視覺技術(shù)應(yīng)用與消費級視覺技術(shù)的對比
除了以機器視覺為代表的視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制作外,在消費級領(lǐng)域,隨著數(shù)據(jù)量上漲、運算力提升和深度學(xué)習(xí)算法的發(fā)展,計算機視覺技術(shù)越來越多地被應(yīng)用在各類消費級應(yīng)用場景中,典型的如人臉識別服務(wù),具體包括人臉檢測、人臉關(guān)鍵特征點、人臉對比、人臉搜索、人臉屬性、人臉聚類、人力活體檢測等。計算機視覺是指用計算機實現(xiàn)人的視覺功能,對客觀世界的三維場景的感知、識別和理解。計算機視覺與研究人類或動物的視覺不同,它借助于幾何、物理和學(xué)習(xí)技術(shù)來構(gòu)筑模型,從而用統(tǒng)計的方法來處理數(shù)據(jù)。
從學(xué)科上,機器視覺(Machine Vision, MV)與計算機視覺(Computer Vision, CV)都被認為是人工智能的下屬科目。兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。首先,機器視覺與計算機視覺有很多相似之處,在架構(gòu)上都是基礎(chǔ)層+技術(shù)層+應(yīng)用層;并且兩者的基本理論框架、底層理論、算法等是相似的,因此機器視覺與計算機視覺在技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域上會有一定重疊。
但兩者確實是相互區(qū)別的,機器視覺與計算機視覺是兩個不同的概念,并且側(cè)重點不同。計算機視覺是采用圖像處理、模式識別、人工智能技術(shù)相結(jié)合的手段,著重于一幅或多幅圖像的計算機分析。圖像可以由單個或者多個傳感器獲取,也可以是單個傳感器在不同時刻獲取的圖像序列。
機器視覺則偏重于計算機視覺技術(shù)工程化,能夠自動獲取和分析特定的圖像,以控制相應(yīng)的行為。具體的說,計算機視覺為機器視覺提供圖像和景物分析的理論和算法基礎(chǔ),機器視覺為計算機視覺的實現(xiàn)提供傳感器模型、系統(tǒng)構(gòu)造和實現(xiàn)手段。二者共用一套理論系統(tǒng),只是發(fā)展的方向不同,機器視覺側(cè)重于在工業(yè)領(lǐng)域的實際應(yīng)用,而計算機視覺側(cè)重理論算法的研究。
從應(yīng)用領(lǐng)域上,機器視覺大多應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域上,具體應(yīng)用包括計量與檢測、智能制造等;除了在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用外,在消費領(lǐng)域的眾多場景中,多是計算機視覺的具體應(yīng)用。由于理論的研究發(fā)展速度往往快于實踐應(yīng)用,即計算機視覺的發(fā)展遠遠超過了其時間實踐。目前掌握的具體計算機視覺任務(wù)的方法,也僅僅適用于狹隘的人臉識別、指紋識別等簡單任務(wù),無法廣泛的應(yīng)用于不同場合。
從組成上看,機器視覺系統(tǒng)包含硬件和軟件諸多元素,除了算法與軟件是系統(tǒng)核心內(nèi)容外,如傳感器、控制器等也是核心組成部分。以天準科技為例,其成本90%以上是原材料,而原材料中,傳感器類(鏡頭、相機、傳感器)、機械類成本分別占41.5%、37.1%。在機器視覺產(chǎn)業(yè)鏈中,除了視覺系統(tǒng)、傳感器、光源、鏡頭等零部件廠商外,中游還包括具備核心技術(shù)的裝備制造商、以及其他眾多的系統(tǒng)集成商。
而在消費級領(lǐng)域的應(yīng)用,企業(yè)多提供解決方案,其中以算法與軟件為核心,硬件成本不高。
由于機器視覺側(cè)重工程的應(yīng)用,因而強調(diào)實時性、高精度和高速度,以及算法的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從技術(shù)變革趨勢來看,3D視覺、多光譜成像、高速成像與處理、深度學(xué)習(xí)是機器視覺持續(xù)改善性能的重要方向。當前機器視覺輸入的圖像仍以2D信息為主,后續(xù)結(jié)合新型傳感器的3D視覺技術(shù)有望大幅提升機器視覺的應(yīng)用范圍。其次,高光譜和多光譜成像能夠同時處理多個不同品類的產(chǎn)品檢測,也是未來機器視覺演進的重要方向。另外,以線掃描為代表的高速成像技術(shù)能夠提升成像速度,進而提升檢測效率。最后,深度學(xué)習(xí)+機器視覺能夠不斷優(yōu)化檢測參數(shù)、增加檢測靈活性,也是后續(xù)機器視覺創(chuàng)新的重要方向。
總結(jié):工業(yè)級機器視覺和消費級機器視覺有本質(zhì)的區(qū)別,在應(yīng)用側(cè)重點、結(jié)構(gòu)上有著明顯的差別,但是工業(yè)機器視覺和消費級機器視覺都源自人工智能的技術(shù),感知和算法是核心技術(shù),也就意味著產(chǎn)品和技術(shù)在各個領(lǐng)域的可延展性是比較強的。機器視覺是比較通用的底層技術(shù),可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域,對當前制造業(yè)的改造和升級,起到了至關(guān)重要的作用。機器視覺,以其可靠性和經(jīng)濟性正在廣泛應(yīng)用各個工業(yè)制造場景,未來的增長前景廣泛。
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