第1章绪论

1.1 关于视觉检测

1.1.1 视觉检测技术

视觉检测技术作为一种非接触柔性检测手段，具有对光谱的敏感范围广，感知信息丰富，便于利用现代信息理论和技术进行精细分析，完成既定任务的定性和定量检测等优势，日益成为提升和保障现代工业产品质量的重要技术手段。

在信息化促进工业化的今天，对检测的速度和精度提出了更高的要求，检测技术、方法、精度和效率在一定程度上标志着企业的市场竞争力，甚至标志着一个国家、部门或行业的科技水平。传统的检测大多依靠大量手工测量和人眼检测来完成，这种人工检测手段主观性强、一致性差，且存在安全隐患，而且由于人眼容易疲劳，无法持续、稳健地完成带有高重复性的质量检测工作，也受到检测精度、速度的限制，有些特殊环境下的检测任务根本无法由人工来完成，一种能够替代人工检测的技术——视觉检测技术，以其高效、高精度、灵活、高速、非接触式、获取信息丰富等优点，日益成为了一种具有广泛应用潜力的检测技术，涉及光学技术、传感技术、图像处理和分析技术、人工智能、机器学习、自然计算、模式识别、智能科学、认知科学等多学科，通常结合机器人技术，广泛应用在现代制造业产品制造过程中[1]，[2]。

视觉检测技术广泛应用于产品生产过程中的质量控制与质量检测，特别是各种在线或离线产品表面质量的定性、定量检测等，其应用领域涉及钢铁工业、电子工业、汽车工业、木材工业、纺织工业、食品加工业、包装工业、航空工业等[2]。如何提高和改善视觉检测系统的实时性、可靠性和精度成为了一个备受关注的问题。

在国外，视觉检测技术已相对成熟，并得到了广泛应用。而国内，视觉检测系统应用于钢铁工业、电子工业、汽车工业、木材工业、纺织工业、食品加工业、包装工业、航空工业等行业，主要通过引进国外的成套设备，或者采用合作开发的方式，国内厂商只承担低端的二次开发和机械结构设计，而视觉检测系统的整体方案、传感部件、光源技术、图像处理和分析算法被国外厂商所控制。此外，设备引进成本高、维护不便且价格昂贵，其软件风格和操作习惯不适合本土操作人员，因此，视觉检测产品对大多数国内生产厂商来说可望而不可及，极大制约了视觉检测系统在生产领域的推广应用。因此，研究具有自主知识产权的视觉检测系统涉及的理论、方法及核心图像处理算法具有相当的迫切性和战略性，是打破国外相关技术垄断和封锁的主要手段，对于提高企业信息化水平，改善生产工艺，提高劳动生产效率，降低原材料消耗和减轻劳动强度，提高产品市场竞争力都有重要的意义。

1.1.2 仿生视觉检测

视觉是人类感知环境信息的主要手段，在人类所感知的外界信息中，大约80%都来源于视觉[3]，自然成为了目前相关科学研究和工程应用研究主要的客观依据。人类通过眼睛和大脑来获取、处理与理解视觉信息，周围环境中的物体在可见光照射下，在人眼的视网膜上形成图像，由感光细胞将其转换成神经脉冲信号，并经神经纤维传入大脑皮层进行处理与理解。所以，视觉不仅包括对光信号的感受，还包括对视觉信息的获取、处理及理解的过程。视觉检测技术作为一种处于高速发展中的技术，在理论和实践上取得了一些可喜的成果，部分成果已在工业生产领域得到了应用。但是关于人类和动物的视觉机理至今没有完全破解，这在一定程度上限制了视觉理论的发展，从而限制了视觉检测技术的发展，如人类视觉能够检测和辨识信噪比极低的图像中的弱目标，而且能够瞬间完成视觉信息的获取、处理与理解的全过程，是目前的视觉检测技术无法比拟的。因此，探索和研究基于视觉仿生机理的视觉检测技术将是一项有意义的研究内容，也是目前目标检测和识别的热点和难点。

人眼视网膜中的感受单元以及节细胞的分布是非均匀的，周边稀疏而窝区高度密集，同时视网膜与皮层间的映射也呈现出非均匀性，使得视觉信息的处理也具有非均匀性，人类视网膜对图像的非均匀采样是视觉选择注意机制的生物基础。