機器視覺作為工業自動化系統的重要組成之一，其技術與應用也随着自動化行業的發展而日益成熟。具體展現在：圖像處理能力和速度不斷增強、光電器件性能的提高、各類标準的逐漸統一以及價格的相對降低。據AIA(自動成像協會)的市場研究調查報告，2006年全球機器視覺市場規模已經超過了70億美元，并預測在今後五年内仍将保持持續的增長勢頭。然而，随着供應商和內建商不斷的把機器視覺應用推向各個領域，機器視覺這一相對獨立的功能如何無縫的融入各行業各類自動化裝備遇到了前所未有的挑戰。
機器視覺的應用及挑戰
機器視覺應用主要可分為兩類：
一類是用于大規模或者高測試要求的生産線上，如包裝、印刷、分揀等，或者在野外、核電等不适合人員工作的環境中，利用機器視覺方式代替傳統人工測量或檢試，同時實作人工條件下無法達到的可靠性、精确度及自動化程度。
另一類應用是必須用到高性能、精密機器視覺元件的專業裝置制造，典型代表是最早帶動整個機器視覺行業崛起的半導體制造裝置。從上遊晶圓加工制造的分類切割，到末端電路闆印刷、貼片，這類裝置都依賴于高精度的視覺測量以對運動部件進行導引與定位。例如，如果錫膏印刷工序存在定位偏差，且該問題直到晶片貼裝後的線上測試才被發現，那麼返修的成本将會是原成本的100倍以上。
然而，在上述應用中，機器視覺功能很少作為孤立的系統，而是以整個自動化系統或者裝置的有機組成部分之一出現，也往往在配合邏輯控制，運動控制，資料采集，通信網絡以及企業資料庫管理等其它功能時，才能真正發揮出其優勢。建構機器視覺系統，除了完成從光源調配到圖像處理軟體開發系列過程外，更是面臨着與上述種種複雜的自動化系統功能內建所帶來的挑戰。單一的視覺開發軟硬體方案，往往使得自動化系統整體的開發周期、成本和不确定性風險都要由制造方或者內建商來承擔。機器視覺與自動化系統內建的困難，很大程度上阻礙了其在相對保守的工業自動化領域的應用。
基于NI LabVIEW和機器視覺系統的解決方案
面對上述挑戰，NI LabVIEW軟體平台及其機器視覺系統給出了很好的解決方案。
讓我們先從軟體的角度看機器視覺的開發與內建過程：首先借助高效便捷的配置軟體VBAI(應用于自動檢測的機器視覺生成器)和全面的視覺子產品(涵蓋了對所有制式和标準的相機的支援，提供模式比對、OCR、顆粒分析、二維條形碼識别等數百種圖像處理功能)，使用者可以在互動式的開發環境中驗證不同的相機和光源設定、采集方式與圖像處理算法，然後再将确認的步驟自動生成對應于LabVIEW的可執行程式。LabVIEW軟體平台具有直覺的圖形化開發特性，使工程師把更多的精力集中在功能開發而不是代碼撰寫上。在整體系統開發和內建過程中，工程師可直接利用對應的LabVIEW工具包和子產品，在統一的平台下以相同的方式完成運動控制、資料采集、工業通信和人機界面等功能，實作與各種PAC(可程式設計自動化控制器)、PLC、工業裝置、OPC用戶端及企業資料庫的連接配接與通信。對于這種開發模式，無論是經驗豐富的內建商還初級開發者，都得以從不同裝置所對應的專用甚至私有開發方式與平台、驅動與協定、裝置間互間的實體通信與同步這些困境中解放出來，大幅降低了系統內建的難度和成本。
從硬體體系架構來看，基于PC的機器視覺系統由于其開放性和靈活性，在提供強大的處理能力的同時，也較容易實作與其它功能的內建，但是PC的架構由于可靠性和體積等原因，并不能完全滿足工業應用的需求。另一種方式是嵌入式架構，使用簡單，可靠性高，但是功能相對單一，可內建度較差。為了解決這些沖突，NI在其緊湊型的機器視覺系統(CVS)中，通過內建LabVIEW實時、FPGA技術，前所未有的實作了在同一嵌入式硬體平台下完成I/O與通信協定的靈活定制以及運動，可同時采集、處理3路圖像信号，并保證系統的堅固性和可靠性，達到工業現場惡劣環境下的應用要求(圖1)。
圖.1 FIG.1 NI 緊湊型的機器視覺系統
下面我們通過兩個執行個體分析，具體探讨如何利用開放靈活的軟硬體平台內建機器視覺和多域功能應用，實作系統內建複雜度降低及開發周期的縮短。
基于LabVIEW及同步的機器視覺、運動控制、資料采集的自動化半導體晶圓分類系統
在半導體制造業，晶圓切割前必須根據其厚度(THK)、全厚度誤差(TTV)、彎曲度(BOW)、翹曲度(WARP)等電氣及實體參數進行細緻分類，以達到嚴格的容差要求。為保證測量精度，傳統采用單點測量方式，需消耗大量的測試時間。為此，美國Gigamat Technologies公司研發出新一代的全掃描自動分類裝置(圖2)，以提高吞吐率并要求能達到單點測試下的精度和重複性要求，這在技術上是相當大的挑戰。
圖.2自動化半導體晶圓分類系統
新全自動晶圓分類系統充分利用了LabVIEW平台及其配套工具包，該系統分為晶圓對準和測量兩個工作步驟。對準過程使用線掃描圖像采集方式和3軸運動控制，通過同步圖像采集與底盤旋轉速率，在1秒内完成整張晶片6百萬象素的圖像采集，利用LabVIEW視覺算法判斷晶片中心位置、平坦度和其它特性，據此調整晶圓位置實作其與參數測量平台完全比對。測量步驟要求對上下表面間距測量的分辨率小于0.0001mm，其解決辦法是在LabVIEW平台下應用NI運動控制工具生成平滑的圓弧及螺旋軌迹組合，精确控制旋轉中的晶片位置，使用NI資料采集卡完成多通道同步進行的探針高速、高密度測量，實時記錄對應位置，據此進行相關計算處理，擷取各項參數資訊，最終得出分類的結果。
除了以上的核心步驟外，該系統還包括了：觸摸屏人機界面;基于RS-485通信的晶圓升降機
控制;用于光源、機器功率和真空裝置的數字I/O控制;以及與Microsoft Access資料庫連接配接以實作加工過程數字化加工。而這些功能，都是在LabVIEW平台下統一開發完成，Gigmat的經理這樣評論“如果沒有LabVIEW以及NI機器視覺，運動控制和資料采集産品的同步，這個項目就不可能達到經濟可行”。
NI緊湊型機器視覺系統幫助汽車火花塞檢測達到6Sigma的重複性标準
汽車火花塞的偏心度和電極間距是決定其性能的關鍵名額。過去某領先的汽車火花塞制造商一直通過人工的方式對其進行測量，因為測量精度低，必須采用過于嚴格的産品的公差帶限制，導緻不必要的生産要求提高和産量減少。為了保證可靠的品質控制，更快的檢測速度和産量的提高，該制造商決定建立基于機器視覺的全掃描尺寸定量系統。
系統由IEEE 1394相機、環形光源、堅固的NI CVS嵌入式機器視覺系統以及LabVIEW軟體開發平台構成。采集的火花塞圖像通過火線傳入CVS，在其上運作實時的圓形邊緣檢測等特殊算法，而通過對欠采樣的控制找到精度與處理時間的平衡點，測量精度達到0.01mm，完全滿足6Sigma标準。随後，CVS通過其數字端口與生産線上的PLC和繼電器等裝置通信，完成不合格品的自動剔除工作，免去了人工幹預。整個系統接入工廠以太網，可以進行遠端的參數配置，校準以及産品資訊的記錄。由于測試精度的提高，放寬了公差範圍，大幅提高了産量和效率。
結論
機器視覺應用正由起步時單純的圖像采集、處理分析、結果判斷輸出，發展成為自動化系統重要元件之一。但是，相對人工檢測的方式機器視覺也存在着特殊性，一定程度上展現在其靈活性和應變能力的限制。處理的不合适的話，即使一個看似很小的新功能引入，都有可能導緻系統的重新設計。面對機器視覺內建度與靈活性與難題時，理想的工業軟體開發環境LabVIEW成為使用者開發平台的非常好的選擇。利用其中機器視覺子產品包含的豐富分析與處理算法，使用者可以根據其具體需求定制開發或者簡單更新相應的視覺功能，更可以這種統一的圖像化開發方式實作對運動控制，可程式設計自動化控制器，資料采集等裝置與功能的開發，以及與三方的PLC，工業裝置和資料庫軟體的無縫連接配接，進而完成涵蓋機器視覺功能在内的自動化系統的開發與內建。得益于這種系統構架，制造商能夠更友善的将機器視覺功能引入到其生産線，降低了其裝置制造的技術難度，符合機器視覺向着自動化系統一體化發展的趨勢。
深圳辰視智能科技有限公司是一家集機器視覺、工業智能化于一體的高新技術企業，是由一支中國科學院機器視覺技術研究的精英團隊在深圳創立。
辰視智能擁有基于深度學習的三維視覺引導、機器人運動控制、視覺檢測、三維模組化等方面的核心技術，并研發了機器人三維視覺引導系統 、機器人二維視覺引導系統、三維檢測系統、産品外觀檢測系統等可根據客戶需求定制化的智能産品。以高效·低成本·子產品化的方式為自動化內建商、自動化裝置廠商、機器人廠家提供機器視覺的相關解決方案。