智能视觉物联网在工业自动化中的应用研究

林盛鑫 黄丁香 钟惠球

（1.东莞理工学院 电子工程学院，广东东莞 523808；2.东莞理工学院 学报编辑部，广东东莞 523808；3.东莞理工学院 资产后勤管理处，广东东莞 523808）

智能视觉物联网在工业自动化中的应用研究

林盛鑫1黄丁香2钟惠球3

（1.东莞理工学院 电子工程学院，广东东莞 523808；2.东莞理工学院 学报编辑部，广东东莞 523808；3.东莞理工学院 资产后勤管理处，广东东莞 523808）

为推进传统制造业企业转型升级，实现节约成本、扩大生产、提高竞争力，工业自动化是企业的发展趋势，通过在物联网的基础层上采用视觉传感器来实现信息的采集，采用光学字符识别技术对信息进行图像处理，再经过信息传输、智能分析，形成基于机器视觉检测技术的物联网结构，结合B/S架构与数据库技术，研究一种新的工业自动化领域应用模式iVWOT（Intelligent VisualWeb of Things），进一步融合视觉物联网技术与自动检测技术在工业自动化中的应用。

机器视觉；工业自动化；智能视觉物联网；光学字符识别；图像处理

受全球经济低迷，原材料价格上涨，国内劳动力成本逐步上升和高级技工严重缺乏等诸多问题的影响，以劳动密集型为基础的东莞制造业，政府实施科技东莞工程，推进传统制造业企业转型升级，相关企业已经改变以往依赖人工来高产能、降低成本的思想，越来越多的电子制造企业开始注重高效率、快节奏的生产模式，希望通过工业自动化来降低人力成本，同时提高生产效率，以快速抵消购买自动化设备的成本。工业自动化趋势使得机器视觉和物联网［1］应用在生产线以及各种制造中占据越来越重要的地位。随着科学技术的不断创新，智能视觉物联网正是机器视觉与物联网相结合的产物，再以WEB的形式［2］与互联网关联，在工业自动化中的应用，将会为传统制造业企业转型升级的提供一种新的发展模式。

1 总体方案设计

本研究的总体设计方案结合了机器视觉检测技术［3］、物联网技术与数据库技术，在工业自动化生产线上的系统架构如图1所示。每条生产线是一个基于机器视觉的移动标签检测系统，广泛应用于包装业和半导体业等行业，通过多条生产线组成物联网，再与B/S架构WEB服务器连接，实现生产数据网络化的过程，完成工业自动化的应用。从生产角度，采用机器视觉代替人眼识别，提高生产效率，节省劳动力成本。从管理角度，信息网络化，资源合理分配，提高管理效率，节省经营成本。

2 移动标签检测系统研究

移动标签检测系统是每条生产线上的检测系统，属于整个系统架构中的子系统，是物联网中的一个单元，主要分为硬件部分和软件部分。硬件部分主要是光路系统与控制生产线的传感部分，即光路成像设计，主要考虑检测特征与背景的对比度，对比度是图像识别过程中的一个重要的影响因数，光路成像设计相当于图像的预处理，为后续图像处理作准备。软件部分主要是数字图像处理与数据库设计，数字图像解决光学字符识别问题，特别是识别移动中标签问题，需要进行一系列消除其运动模糊［4］，保证图像识别质量的研究。数据库设计部分，为智能视觉物联网增加的一个新元素，对物联网作进一步的扩充，增强对数据的处理能力与智能分析，并使用B/S架构，形成了智能实时数据输入端+服务器端+客户端的应用模式，如图2所示。

2.1 光路系统研究

光路系统设计，需要的设备为拍摄图像所必需的CCD及光学镜头，应对不同环境及检测内容所搭配的LED光源。根据需求确定的工作距离、分辨率、景深、视场等指标，确定摄像头与镜头类型以及选择匹配的光源颜色与放置方法，为背景与需要检测的特征形成强烈对比。

2.2 光学字符识别研究

由于系统是应用在生产线上的，因此贴在产品上的标签具有一定的运动速度，同时标签有一定的位置偏移和旋转要达到对标签的准确识别，首先需要消除其运动模糊，保证识别图像质量。其次要根据图像的情况、环境的变化决定特征的提取，对图像进行标定、阈值、梯度、图像增强、降噪等一系列图像预处理方法［5］，对图像数据中有效部分的搜索、定位及选择适当的图像处理算法［6］，最后作出论断，如图3所示。

图3 中文字图形为被检测物上的文字，虚框中的内容为OCR装置，包括CCD与RC机，光电转换由CCD完成，预处理分成两个方面，第一是在光路设计时作出的调整，第二是在软件上对图像进行处理，预处理过程目的是为特征提取提供良好的可操作环境，识别判断通过查询字符对应表［7］，作出判断，最后显示对应字符。

2.3 B/S架构WEB信息系统研究

通过物联网技术，组建生产线群局域网络，建立关系型数据库［8］，实现自动、准确、及时收集生产过程的生产参数，对数据进行合理分析、统计，把获取各个生产线上生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息，上传至服务器，结合ERR等管理系统，决策者和管理者通过浏览器即可得到实时、准确、全面、系统的数据，有效地提高设备的管理效率与生产效率。

3 结语

纵观自动化行业发展，通过物联网技术、机器视觉技术和信息管理技术相结合的革新，是一种新的工业自动化发展模式，进一步提高制造系统的自动化程度和稳定性，实现节约成本、扩大生产、提高竞争力，实现产业结构由劳动密集型为主向资本密集型为主的转变，实现制造业企业成功转型升级，向“智慧工厂”的方向发展具有重要实践意义。

［1］ 孙其博，刘杰，黎舞，等.物联网：概念、架构与关键技术研宄综述［J］.北京邮电大学学报，2010，33（3）：1-9.

［2］ Guinard Dominique.AWeb of things application architecture［M］.Integrating the real-world into theWeb by Dominique Guinard，2011.

［3］ 阳佳，吴久峰，邓志刚.基于机器视觉工业实时测量技术研究［J］.制造业自动化，2003，25（2）：10-13.

［4］ 王勇.基于统计方法的运动目标检测与跟踪技术研究［D］.武汉：华中科技大学，2009.

［5］ 桂志国，薄瑞峰，韩焱.基于投影特征的图像匹配的快速算法［J］.华北工学院测试技术学报，2000，14（1）：18-20.

［6］ 孙远，周刚慧，赵立初.灰度图像匹配的快速算法［J］.上海交通大学学报，2000，34（5）：702-704.

［7］ 金昊.基于虚拟仪器的计算机视觉系统的研究［J］.测控技术，2000，19（1）：30-32.

［8］ 马汉达，马秋华.基于Web的信息系统开发的几个关键技术［J］.中国管理信息化，2008（11）：63-66.

Application and Research of IVIOT in Indus trial Automation

LIN Sheng-xin1HUANG Ding-xiang2ZHONG Hui-qiu3
（1.College of Electronic Engineering，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China；2.Editorial Department of Journal，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China；3.Logistics and Management Division，Dongguan University of Technology，Dongguan 523808，China）

Upgrade to promote the traditionalmanufacturing enterprise transformation，achieve cost savings，increase production，improve competitiveness，industrial automation is the development trend of enterprises，through the base layer in the Internet of things using the vision sensor to realize the information collection，information for image processing using optical character recognition technology，through the information transmission，intelligent analysis，formation network ofmachine vision detection technology based on the structure ofmatter，the combination of B/Sarchitecture and database technology，a new application of industrial automation field iVWOT（Intelligent VisualWeb of Things），application of further integration of visual networking technology and automatic technology in industrial automation.

machine vision；industrial automation；intelligent vision of things；OCR；image processing

TN77

：A

：1009-0312（2014）05-0020-03

2014-09-10

林盛鑫（1979—），男，广东潮阳人，工程师，主要从事机器视觉、计算机网络研究。