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隨著智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，視覺(jué)檢測(cè)機(jī)器正迸發(fā)出更加強(qiáng)勁的活力。
#01
什么是視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備
視覺(jué)檢測(cè)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。
隨著人工智能技術(shù)的快速落地，智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，視覺(jué)檢測(cè)機(jī)器正迸發(fā)出更加強(qiáng)勁的活力。
視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)的典型結(jié)構(gòu)主要包括五個(gè)部分組成，分別是：照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
#02
視覺(jué)檢測(cè)類項(xiàng)目經(jīng)歷哪些測(cè)試階段
1.軟件測(cè)試
聚焦功能實(shí)現(xiàn)是否與客戶需求一致，保證軟件流程的正確性，以及正確的應(yīng)用邏輯關(guān)系。
通過(guò)對(duì)軟件的輸入進(jìn)行控制，從而達(dá)到不同的測(cè)試結(jié)果，通過(guò)輸入輸出的差異比較測(cè)試是否正確和準(zhǔn)確，從而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的漏洞，展開(kāi)研發(fā)修改與測(cè)試驗(yàn)證的循環(huán)過(guò)程。
2.硬件測(cè)試
針對(duì)硬件本身以及環(huán)境開(kāi)展硬件可靠性測(cè)試，比如老化測(cè)試、兼容性測(cè)試、故障率測(cè)試等。
需要對(duì)常見(jiàn)的硬件配置進(jìn)行測(cè)試，從而確定軟件能夠在多種硬件配置環(huán)境下運(yùn)行，例如：與整機(jī)、板卡和外設(shè)的兼容性測(cè)試。
3.聯(lián)調(diào)測(cè)試
主要對(duì)軟硬件聯(lián)調(diào)功能展開(kāi)測(cè)試：驗(yàn)證電氣與軟件信號(hào)通訊邏輯、光源、相機(jī)等硬件觸發(fā)拍照、掃描等功能的正確性及檢出情況的統(tǒng)計(jì)等。
如遇外系統(tǒng)對(duì)接，則需要檢查各系統(tǒng)間模塊基本功能、算法檢出能力與節(jié)拍等內(nèi)容是否符合客戶預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。
4.模型測(cè)試
針對(duì)模型測(cè)試，重點(diǎn)關(guān)注模型的功能測(cè)試、性能測(cè)試、模型指標(biāo)的評(píng)估及指標(biāo)結(jié)果分析。
采取方法：采取A/B測(cè)試、魯棒性測(cè)試、離線測(cè)試、在線測(cè)試等手段，評(píng)估模型的可靠性及穩(wěn)定性。
離線測(cè)試/在線測(cè)試：歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線環(huán)境訓(xùn)練與測(cè)試評(píng)估，生成離線模型版本。為確保模型服務(wù)穩(wěn)定性，需要對(duì)模型進(jìn)行線上線下一致性驗(yàn)證、模型線上穩(wěn)定性驗(yàn)證測(cè)試。
一致性測(cè)試：使用同一批樣本分別在離線與在線環(huán)境下請(qǐng)求模型服務(wù)，系統(tǒng)對(duì)模型服務(wù)決策結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
穩(wěn)定性測(cè)試：采用線上新樣本請(qǐng)求模型，根據(jù)模型的決策結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。模型評(píng)估指標(biāo)參考：KS、ROC等。
A/B測(cè)試：算法模型在確保穩(wěn)定性時(shí)會(huì)迭代產(chǎn)生多個(gè)版，在線服務(wù)如使用模型A進(jìn)行決策，當(dāng)要進(jìn)行模型版本迭代時(shí)，需要在離線環(huán)境下訓(xùn)練出模型B，然后將其部署到線上環(huán)境，分析在線與離線的A/B測(cè)試結(jié)果，通過(guò)轉(zhuǎn)化率等方式輔助決策使用哪個(gè)版本。
5.性能測(cè)試
硬件開(kāi)展連續(xù)采圖，驗(yàn)證程序的穩(wěn)定性、信號(hào)通訊穩(wěn)定性、存圖邏輯正確性。
軟硬件聯(lián)調(diào)穩(wěn)定性測(cè)試：基于客戶生產(chǎn)環(huán)境部署場(chǎng)景，實(shí)施一定時(shí)長(zhǎng)的負(fù)載運(yùn)行，監(jiān)控分析檢測(cè)節(jié)拍及性能指標(biāo)是否符合客戶預(yù)期。
#03
如何開(kāi)展視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試工作？
1.產(chǎn)品需求分析
需求分析是開(kāi)始測(cè)試工作的第一步，根據(jù)項(xiàng)目本身的需求資料輸入，測(cè)試人員需提煉出該項(xiàng)目的測(cè)試范圍、 功能點(diǎn)、業(yè)務(wù)流程、預(yù)期輸出、異常流程以及所需的時(shí)間和資源。
測(cè)試用例是一組由前提條件、測(cè)試輸入、執(zhí)行條件以及預(yù)期結(jié)果等組成，以完成對(duì)某個(gè)特定需求或者目標(biāo)測(cè)試的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)測(cè)試方案、方法、技術(shù)和策略的文檔。
測(cè)試工程師需要針對(duì)具體項(xiàng)目的需求，從機(jī)械、電氣、軟件、算法等方面展開(kāi)思考，設(shè)計(jì)測(cè)試用例。
3.測(cè)試執(zhí)行與缺陷管理
區(qū)分測(cè)試階段：分別執(zhí)行測(cè)試用例，運(yùn)用測(cè)試工具輔助進(jìn)行測(cè)試，提升測(cè)試效率，例如：相機(jī)調(diào)試工具、PLC調(diào)試軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)工具、接口、性能測(cè)試工具等。
缺陷的定義：
（1）未達(dá)到合同或技術(shù)協(xié)議中約定的功能要求；
（2）出現(xiàn)了產(chǎn)品說(shuō)明書指明不會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤 ；
（3）功能超出產(chǎn)品說(shuō)明書范圍 ；
（4）未達(dá)到產(chǎn)品說(shuō)明書雖未指出但應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)；
（5）被認(rèn)為難以理解、不易操作、運(yùn)行速度慢或最終用戶認(rèn)為不好。測(cè)試工程師需要明確缺陷的類型、優(yōu)先級(jí)與嚴(yán)重程度，運(yùn)用缺陷管理工具或缺陷清單的方式進(jìn)行缺陷的記錄、反饋、驗(yàn)證等工作。
4、重要檢查項(xiàng)的驗(yàn)證
發(fā)貨前的驗(yàn)證，需要關(guān)注以下幾點(diǎn)：
線路的安全檢查：必須先安裝地線。
視覺(jué)檢查設(shè)備工作時(shí)，存在高電壓，為了避免安全事故，在頻繁使用視覺(jué)檢查裝置的時(shí)間上，通過(guò)設(shè)置接地線，安全對(duì)策會(huì)大幅提高。
電壓的穩(wěn)定性檢查：一般工業(yè)設(shè)備工作時(shí)的電壓為220V，其中也有380V。
電壓不對(duì)稱容易對(duì)人們的工業(yè)設(shè)備造成比較嚴(yán)重的傷害，降低機(jī)械設(shè)備的使用期限。
接口檢查：例如數(shù)字量輸入和輸出，用于觸發(fā)的啟動(dòng)器，與PLC的通信，機(jī)器人，線性軸，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。
調(diào)試驗(yàn)證：使用少量的工件變量進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作的系統(tǒng)測(cè)試。
結(jié)果記錄：應(yīng)詳細(xì)記錄好壞圖像以及對(duì)測(cè)試結(jié)果的評(píng)估。
#04
一套高品質(zhì)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)必須具備的條件
1.高品質(zhì)的成像系統(tǒng)
成像系統(tǒng)被稱為視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備的“眼睛”，因此“眼睛”識(shí)別能力的好壞是評(píng)價(jià)成像系統(tǒng)的最關(guān)鍵指標(biāo)。通常，成像系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
（1）能否發(fā)現(xiàn)存在的缺陷
基于圖像方法進(jìn)行的檢測(cè)，所能夠依據(jù)的最原始也是唯一的資料即是所采到的圖像上的顏色（或者亮度變化），除此之外，沒(méi)有其他資料可供參考。
所以，一個(gè)高品質(zhì)的成像系統(tǒng)首先應(yīng)該是一個(gè)能充分表現(xiàn)被檢測(cè)物表面顏色變化的成像系統(tǒng)。
因此除了選擇具有高清晰度的相機(jī)與鏡頭之外，用以營(yíng)造成像環(huán)境的光照設(shè)計(jì)也顯得非常重要，有時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)為特殊缺陷專門設(shè)計(jì)的光照系統(tǒng)。
經(jīng)常所說(shuō)的100%質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)際上指的是在能夠充分表現(xiàn)各種缺陷的圖像中的100%全檢。
（2）能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷的最小尺寸
數(shù)字圖像的最小計(jì)量單位是像素（pixel），它本身并不代表被攝物實(shí)際的尺寸大小。
被攝物實(shí)際尺寸大小與像素之間的關(guān)聯(lián)是通過(guò)一個(gè)叫做分辨力的物理量來(lái)完成的。分辨力指的是每單位像素代表的實(shí)際物體尺寸。
分辨力數(shù)值越小，圖像的精細(xì)程度就越高，檢測(cè)系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷尺寸就越小，檢測(cè)精度就越高。
（3）能否足夠快地?cái)z取圖像
如同人眼看運(yùn)動(dòng)物體一樣，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的足夠快時(shí)，人眼就不能再清晰的觀察到物體的全部。
機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的“眼睛”攝像機(jī)也有一個(gè)拍攝速度上限，即相機(jī)主頻。
當(dāng)被攝物的運(yùn)行速度超出了攝像機(jī)的主頻上限時(shí)，攝像機(jī)就不能獲得清晰、完整的圖像，檢測(cè)就不能正常地繼續(xù)下去。
攝像機(jī)主頻越高，采集速度也就越快，檢測(cè)才能保持高效進(jìn)行。
因此，是否采用了足夠高主頻的攝像機(jī)也是評(píng)價(jià)一個(gè)成像系統(tǒng)是否高品質(zhì)的關(guān)鍵因素。
2.成熟的圖像處理與分析算法
圖像處理與分析算法在整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中相當(dāng)于人工檢測(cè)時(shí)人腦的判斷思維。
由于機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，評(píng)價(jià)一個(gè)算法的好壞更多的是依賴于實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證，而非考察算法中是否采用了比較先進(jìn)或高深復(fù)雜的理論。
因此一個(gè)能夠充分模擬人腦判斷過(guò)程與方法并且穩(wěn)定、高效的圖像處理與分析算法才是我們需要的，也就是所謂的成熟的處理與分析算法。
因此，在設(shè)計(jì)處理算法時(shí)，需要充分分析人的判斷過(guò)程，并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言。
3.可操作性好
可操作性好主要要求檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用操作要具備簡(jiǎn)潔、方便并易于理解的特點(diǎn)。比如系統(tǒng)有友好的人機(jī)交互界面、良好的導(dǎo)向性操作設(shè)計(jì)等。
4.穩(wěn)定的其他配套設(shè)施
其他配套設(shè)施指的是除了檢測(cè)系統(tǒng)以外的設(shè)施，如傳輸控制平臺(tái)、缺陷處理裝置（剔除、報(bào)警、標(biāo)記等）。要求是必須運(yùn)行穩(wěn)定、信號(hào)響應(yīng)及時(shí)、迅速。
審核編輯：黃飛
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