機器視覺技術 (電子書)

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陳兵旗
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具体描述

  本書分上下兩篇介紹機器視覺的構成、圖像處理方法以及應用實例。
 
  上篇「機器視覺理論與演算法」包括:機器視覺、圖像處理、目標提取、邊緣檢測、圖像平滑處理、幾何參數檢測、Hough變換、幾何變換、單目視覺測量、雙目視覺測量、運動圖像處理、傅立葉變換、小波變換、模式識别、神經網路、深度學習、遺傳演算法。
 
  下篇「機器視覺應用系統」包括:通用圖像處理系統ImageSys、二維運動圖像測量分析系統MIAS、三維運動測量分析系統MIAS 3D、車輛視覺導航系統。
 
  本書匯集了圖像處理絕大多數現有流行演算法,以淺顯的圖文並茂的方法講解複雜的理論演算法,每個演算法都給出了實際處理案例。
 
  書中所講案例均來自生產實踐,都得到了實際應用的檢驗。
 
  本書不僅適用於機器視覺和圖像處理專業理論結合實踐的教學,對於本科系及相關科系的課題研究人員和專業技術人員也具有重要的參考價值。
现代工业自动化与智能制造:迈向工业4.0的基石 图书简介 在全球制造业向数字化、智能化转型的浪潮中,工业自动化与智能制造已成为驱动经济增长和提升国家竞争力的核心动力。本书《现代工业自动化与智能制造》旨在系统、深入地探讨支撑现代工厂高效、柔性、自适应运行的关键技术体系、设计理念与前沿应用。本书面向工业工程、自动化控制、机器人技术、信息技术等领域的工程师、研究人员、技术管理者以及相关专业的高年级本科生和研究生,提供了一套全面而实用的理论框架与实践指导。 第一部分:工业自动化与信息化的基础架构 本部分着重于构建现代智能工厂的信息与控制基础。我们首先深入剖析了工业控制系统的演进,从早期的继电器控制到当前的DCS(分布式控制系统)、PLC(可编程逻辑控制器)和PAC(可编程自动化控制器)的架构差异与应用场景。重点讲解了如何根据生产线的复杂度和实时性要求选择合适的控制平台,并详细阐述了最新的工业网络协议,如EtherCAT、PROFINET和TSN(时间敏感网络)在确保高速、确定性通信中的关键作用。 随后,本书将焦点转向数据采集与监控技术(SCADA)。这部分内容详细介绍了SCADA系统的层次结构、数据冗余设计、可视化界面开发标准,以及如何实现对跨地域、大规模生产设施的集中监控与调度。我们不仅探讨了传统SCADA的实践,更着重于如何将SCADA系统与上层的制造执行系统(MES)进行无缝集成,为上层决策提供可靠的实时数据源。 第二部分:智能制造的核心技术支柱 智能制造的实现依赖于一系列前沿技术的深度融合。本部分将核心技术拆解,逐一进行详尽阐述。 1. 制造执行系统(MES)与企业资源规划(ERP)的集成: 我们详细分析了MES在连接车间层(控制层)和企业层(管理层)中的关键作用。MES如何实现生产调度优化、质量追溯管理、设备综合效率(OEE)实时计算、以及物料流的精确控制。同时,探讨了如何利用API和中间件技术实现ERP(如SAP、Oracle)与MES之间的数据双向流动,确保计划与执行的一致性。 2. 工业物联网(IIoT)与边缘计算: 这是实现万物互联的关键。本书系统介绍了IIoT的五大核心要素——传感器、连接性、数据处理、安全和应用。我们详细分析了低功耗广域网(LPWAN)、5G技术在工厂环境中的应用优势,特别是5G的超低延迟特性对高精度协同操作的赋能。更进一步,深入探讨了边缘计算在本地化、高实时性数据预处理中的不可替代性,论述了边缘智能如何减轻云端压力并保障关键业务的连续性。 3. 机器人技术与人机协作(Cobots): 本章全面覆盖了工业机器人的类型(如关节型、SCARA、Delta)、运动学与动力学原理、路径规划算法。重点关注协作机器人(Cobots)的设计哲学、安全标准(ISO/TS 15066)、以及如何在柔性装配线上实现人机共享工作空间的高效协作模式。此外,还引入了基于视觉的机器人引导技术,展示如何提高机器人的适应性和快速换型能力。 第三部分:数据驱动的决策与质量保障 在高度自动化的环境中,数据的价值被前所未有地放大。本部分专注于如何利用数据分析和先进算法来优化生产过程和保障产品质量。 1. 工业大数据分析与预测性维护(PdM): 我们区分了描述性分析、诊断性分析、预测性分析和规范性分析在制造业中的应用。重点讲解了预测性维护的实现流程,包括故障特征的提取、机器学习模型(如LSTM、随机森林)的选择与训练,以及如何将维护预测结果自动反馈至维护管理系统(CMMS)。 2. 工业人工智能与优化算法: 本章探讨了如何利用AI技术解决复杂的生产调度和资源分配问题。内容涵盖遗传算法、模拟退火法在排程优化中的应用,以及深度学习在复杂缺陷检测、工艺参数自适应调整中的前沿探索。 3. 数字孪生(Digital Twin)技术: 数字孪生被视为连接物理世界和虚拟世界的桥梁。本书详细阐述了数字孪生的构建流程,包括高保真建模(基于CAD/CAE数据)、实时数据映射、以及仿真与反馈机制。通过具体的案例分析,展示了数字孪生如何在产品设计验证、生产线虚拟调试、以及工厂运营优化中发挥核心作用。 第四部分:工业安全与可持续发展 随着互联互通程度的加深,工业网络安全成为保障生产连续性的生命线。 1. 工业控制系统(ICS)网络安全: 本部分系统梳理了ICS面临的主要安全威胁,如勒索软件、供应链攻击和内部威胁。深入分析了IEC 62443标准框架,并提供了分层防御策略,包括网络分段、白名单机制、安全补丁管理以及安全事件的快速响应与恢复流程。 2. 绿色制造与能源效率管理: 面对日益严格的环保要求,本书探讨了如何通过自动化和智能化手段实现可持续发展目标。内容涉及能源管理系统(EMS)的架构,实时能耗监测与分析,以及如何利用AI优化设备运行策略,降低单位产值的能耗和碳排放。 结论:工业4.0的未来展望 最后,本书对未来工业技术的发展趋势进行了展望,包括柔性化制造单元的构建、自主运营系统的发展方向,以及人机深度融合带来的工作模式的变革。本书力求为读者提供一个全面、前沿且实用的智能制造技术地图,助力企业在数字化转型中抢占先机。

著者信息

图书目录

上篇 機器視覺理論與算法

第1章 機器視覺
1.1機器視覺的作用
1.2機器視覺的硬體構成
1.2.1電腦
1.2.2圖像採集設備
1.3機器視覺的軟體及編程工具
1.4機器視覺、機器人和智慧裝備
1.5機器視覺的功能與精度

第2章 圖像處理
2.1圖像處理的發展過程
2.2數位圖像的採樣與量化
2.3彩色圖像與灰階圖像
2.4圖像文件及視頻文件格式
2.5數位圖像的電腦表述
2.6常用圖像處理算法及其通用性問題
參考文獻

第3章 目標提取
3.1如何提取目標物體
3.2基於閾值的目標提取
3.2.1二值化處理
3.2.2閾值的確定
3.3基於顔色的目標提取
3.3.1色相、亮度、飽和度及其他
3.3.2顔色分量及其組合處理
3.4基於差分的目標提取
3.4.1幀間差分
3.4.2背景差分
參考文獻

第4章 邊緣檢測
4.1邊緣與圖像處理
4.2基於微分的邊緣檢測
4.3基於模板匹配的邊緣檢測
4.4邊緣圖像的二值化處理
4.5細線化處理
4.6Canny 算法
參考文獻

第5章 圖像平滑處理
5.1圖像噪聲及常用平滑方式
5.2移動平均
5.3中值濾波
5.4高斯濾波
5.5模糊圖像的清晰化處理
5.5.1對比度增強
5.5.2自動對比度增強
5.5.3直方圖均衡化
5.5.4暗通道先驗法去霧處理
5.6二值圖像的平滑處理
參考文獻
 
第6章 幾何參數檢測
6.1基於圖像特徵的自動識别
6.2二值圖像的特徵參數
6.3區域標記
6.4基於特徵參數提取物體
6.5基於特徵參數消除噪聲
參考文獻

第7章 Hough 變換
7.1傳統Hough 變換的直線檢測
7.2過已知點Hough 變換的直線檢測
7.3Hough 變換的曲線檢測
參考文獻

第8章 幾何變換
8.1關於幾何變換
8.2放大縮小
8.3平移
8.4旋轉
8.5複雜變形
8.6齊次坐標表示
參考文獻

第9章 單目視覺測量
9.1硬體構成
9.2攝影機模型
9.2.1參考坐標係
9.2.2攝影機模型分析
9.3攝影機標定
9.4標定尺檢測
9.4.1定位追踪起始點
9.4.2藍黄邊界檢測
9.4.3確定角點坐標
9.4.4單應矩陣計算
9.5標定結果分析
9.6標識點自動檢測
9.7手動選取目標
9.8距離測量分析
9.8.1透視畸變對測距精度的影響
9.8.2目標點與標定點的距離對測距精度的影響
9.9面積測量算法
9.9.1獲取待測區域輪廓點集
9.9.2最小凸多邊形擬合
9.9.3多邊形面積計算
9.9.4測量實例
參考文獻

第10章 雙目視覺測量
10.1雙目視覺系統的結構
10.1.1平行式立體視覺模型
10.1.2匯聚式立體視覺模型
10.2攝影機標定
10.2.1直接線性標定法
10.2.2張正友標定法
10.2.3攝影機參數與投影矩陣的轉換
10.3標定測量試驗
10.3.1直接線性標定法試驗
10.3.2張正友標定法試驗
10.3.3三維測量試驗
參考文獻

第11章 運動圖像處理
11.1光流法
11.1.1光流法的基本概念
11.1.2光流法用於目標追蹤的原理
11.2模板匹配
11.3運動圖像處理實例
11.3.1羽毛球技戰術實時圖像檢測
11.3.2蜜蜂舞蹈行為分析
參考文獻

第12章 傅立葉變換
12.1頻率的世界
12.2頻率變換
12.3離散傅立葉變換
12.4圖像的二維傅立葉變換
12.5濾波處理
參考文獻

第13章 小波變換
13.1小波變換概述
13.2小波與小波變換
13.3離散小波變換
13.4小波族
13.5信號的分解與重構
13.6圖像處理中的小波變換
13.6.1二維離散小波變換
13.6.2圖像的小波變換編程
參考文獻

第14章 模式識别
14.1模式識别與圖像識别的概念
14.2圖像識别系統的組成
14.3圖像識别與圖像處理和圖像理解的關係
14.4圖像識别方法
14.4.1模板匹配方法
14.4.2統計模式識别
14.4.3新的模式識别方法
14.5人臉圖像識别系統
參考文獻

第15章 神經網路
15.1人工神經網路
15.1.1人工神經網路的生物學基礎
15.1.2人工神經元
15.1.3人工神經元的學習
15.1.4人工神經元的激活函數
15.1.5人工神經網路的特點
15.2BP 神經網路
15.2.1BP 神經網路簡介
15.2.2BP 神經網路的訓練學習
15.2.3改進型BP 神經網路
15.3BP 神經網路在數位字符識别中的應用
15.3.1BP 神經網路數位字符識别系統原理
15.3.2網路模型的建立
15.3.3數位字符識别演示
參考文獻

第16章 深度學習
16.1深度學習的發展歷程
16.2深度學習的基本思想
16.3淺層學習和深度學習
16.4深度學習與神經網路
16.5深度學習訓練過程
16.6深度學習的常用方法
16.6.1自動編碼器
16.6.2稀疏編碼
16.6.3限制波爾兹曼機
16.6.4深信度網路 
16.6.5卷積神經網路
16.7基於卷積神經網路的手寫體字識别
16.7.1手寫字識别的卷積神經網路結構
16.7.2卷積神經網路文字識别的實現
參考文獻

第17章 遺傳算法
17.1遺傳算法概述
17.2簡單遺傳算法
17.2.1遺傳表達
17.2.2遺傳算子
17.3遺傳參數
17.3.1交叉率和變異率
17.3.2其他參數
17.3.3遺傳參數的確定
17.4適應度函數
17.4.1目標函數映射為適應度函數
17.4.2適應度函數的尺度變換
17.4.3適應度函數設計對GA 的影響
17.5模式定理
17.5.1模式的幾何解釋
17.5.2模式定理
17.6遺傳算法在模式識别中的應用
17.6.1問題的設定
17.6.2GA 的應用方法
17.6.3基於GA 的雙目視覺匹配
參考文獻
 
下篇 機器視覺應用系統

第18章 通用圖像處理系統ImageSys
18.1系統簡介
18.2狀態窗
18.3圖像採集
18.3.1DirectX 直接採集
18.3.2VFW PC 相機採集
18.3.3A/D 圖像卡採集
18.4直方圖處理
18.4.1直方圖
18.4.2線剖面
18.4.33D 剖面
18.4.4累計分佈圖
18.5顔色測量
18.6顔色變換
18.6.1顔色亮度變換
18.6.2HSI 表示變換
18.6.3自由變換
18.6.4RGB 顔色變換
18.7幾何變換
18.7.1仿射變換
18.7.2透視變換
18.8頻率域變換
18.8.1小波變換
18.8.2傅立葉變換
18.9圖像間變換
18.9.1圖像間演算
18.9.2運動圖像校正
18.10濾波增強
18.10.1單模板濾波增強
18.10.2多模板濾波增強
18.10.3Canny 邊緣檢測
18.11圖像分割
18.12二值運算
18.12.1基本運算
18.12.2特殊提取
18.13二值圖像測量
18.13.1幾何參數測量
18.13.2直線參數測量
18.13.3圓形分離
18.13.4輪廓測量
18.14幀編輯
18.15畫圖
18.16查看
18.17文件
18.17.1圖像文件
18.17.2多媒體文件
18.17.3多媒體文件編輯
18.17.4添加水印
18.18系統設置
18.18.1系統幀設置
18.18.2系統語言設置
18.19系統開發平臺Sample
參考文獻

第19章 二維運動圖像測量分析系統MIAS
19.1系統概述
19.2文件
19.3運動圖像及2D 比例標定
19.4運動測量
19.4.1自動測量
19.4.2手動測量
19.4.3標識測量
19.5結果瀏覽
19.5.1結果視頻表示
19.5.2位置速率
19.5.3偏移量
19.5.42 點間距離
19.5.52 線間夾角
19.5.6連接線圖一覽
19.6結果修正
19.6.1手動修正
19.6.2平滑化
19.6.3內插補間
19.6.4幀坐標變換
19.6.5人體重心測量
19.6.6設置事項
19.7查看
19.8實時測量
19.8.1實時目標測量
19.8.2實時標識測量
19.9開發平臺MSSample
參考文獻

第20章 三維運動測量分析系統MIAS 3D
20.1MIAS 3D 系統簡介
20.2文件
20.32D 結果導入、3D 標定及測量
20.4顯示結果
20.4.1視頻表示
20.4.2點位速率
20.4.3位移量
20.4.42 點間距離
20.4.52 線間夾角
20.4.6連接線一覽圖
20.5結果修正
20.6其他功能
參考文獻
 
第21章 車輛視覺導航系統
21.1車輛無人駕駛的發展歷程及趨勢
21.2視覺導航系統的硬體
21.3視覺導航系統的軟體
21.4導航試驗及性能測試比較

图书序言

  • ISBN:9786263321298
  • EISBN:9786263322103
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:62.0MB

图书试读

 
  智慧製造的核心内容是裝備生產和應用的資訊化與智慧化,機器視覺是實現這一目標的關鍵技術。提起「機器視覺」或者「圖像處理」(機器視覺的軟體部分),許多人並不陌生,但是没有專門學習過的人,往往會把「圖像處理」與用於圖像編輯的Photoshop軟體等同起來,其實兩者之間具有本質的區别。機器視覺中的圖像處理是由電腦對現有的圖像進行分析和判斷,然後根據分析判斷結果去控制執行其他相應的動作或處理;而Photoshop是基於人的判斷,通過人手的操作來改變圖像的顔色、形狀或者剪切與編輯。也就是説,一個是由機器分析判斷圖像並自動執行其他動作,一個是由人分析判斷圖像並手動修改圖像,這就是兩者的本質區别。本書内容就是介紹機器視覺的構成、圖像處理理論算法及應用系統。
 
  目前,市面上圖像處理方面的書比較多,一般都是着眼於講解圖像處理算法理論或者編程方法,筆者本人也編著了兩本圖像處理VC++ 編程和一本機器視覺理論及應用實例介紹方面的書,這些書的主要適用對象是圖像處理編程人員。然而,從事圖像處理編程工作的人畢竟是少數,將來越來越多的人會從事與機器人和智慧裝備相關的操作及技術服務工作,目前國内針對這個群體的機器視覺教育書籍還比較少。近年來,經常有地方理工科院校來諮詢圖像處理實驗室建設事項,他們的目的是圖像處理理論教學,而不是學習圖像處理程序編寫,給他們推薦教材和進行圖像處理實驗室配置都是很困難的事。爲了適應這個龐大群體的需要,本書以普及教學爲目的,盡量以淺顯易懂、圖文並茂的方法來説明複雜的理論算法,每個算法都給出實際處理案例,使一般學習者能够感覺到機器視覺其實並不深奥,也給將來可能從事機器視覺項目開發的人增强信心。
本書匯集了圖像處理絕大多數現有流行算法,對於專業圖像處理研究和編程人員,也具有重要的參考價值。
 
  本書在撰寫過程中得到了田浩、歐陽娣、曾寶明、王橋、楊明、喬妍、朱德利、樑習卉子、陳洪密、代賀等不同程度的幫助,也獲得了北京現代富博科技有限公司的技術支持,在此對他們表示衷心的感謝!
 
  由於筆者水平所限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者與專家批評指正。

用户评价

评分

坦白講,我對這本電子書的初步印象,是它在理論建構上的那種「咬牙切齒」的嚴謹度。我個人比較習慣看那種邊學邊實做的書,結果這本一開始就丟出了一大堆關於傅立葉轉換、特徵提取的數學推導,看得我頭有點暈。不過,仔細回想一下,如果沒有這些底層的數學基礎,很多最新的深度學習在視覺上的應用,你很難真正掌握其效能瓶頸在哪裡。這本書似乎採取了一種「先練好內功,再談招式」的教學策略。我特別留意了其中關於「非接觸式量測」的章節,它的描述非常詳盡,不只提到了傳統的立體視覺法,還深入探討了如何用投影儀來進行表面形貌分析,這部分對我目前在精密儀器校準上很有幫助。雖然閱讀過程需要時常搭配計算機或筆記本來驗證推導過程,但這種紮實感,在現在這個快速迭代的科技圈裡,反而是難能可貴的。它教會你的,是如何在面對一個前所未見的視覺難題時,有能力自己去建構一套解決方案,而不是單純複製貼上網上的範例程式碼。

评分

從排版和閱讀體驗上來說,作為一本電子書,它的編排算是中規中矩,沒有什麼太華麗的動畫或是互動介面,這倒是符合它嚴肅的主題。不過,我注意到書中對一些關鍵術語的定義,尤其是在光學成像與數位化處理的交界處,界定得非常清晰。這對我這種需要跨領域整合的工程師來說非常重要,因為很多時候,問題出在定義不清的介面參數上。書裡提到一個觀點,就是「數位化的不確定性是如何影響最終的量化誤差」,這個論述角度很新穎,不像一般書只著重在如何降低雜訊,而是探討了「可接受的誤差範圍」的理論依據。不過,說實在話,如果你是個視覺介面設計師或單純想了解AI如何「看」東西的門外漢,這本書可能會讓你感到有點挫折,因為它幾乎沒有著墨在使用者體驗或軟體介面的呈現上,它所有的關注點都在於「如何讓電腦準確地看到物理世界」。感覺這本書比較適合那些在硬體與演算法的交叉口工作的研發人員。

评分

這本書的封面設計,嗯,很有科技感,那種藍底加上一些光學圖形的設計,一看就知道是講硬核技術的。我最近在忙一些工廠自動化的專案,正好需要補足機器視覺這塊的知識。不過,老實說,翻開書的目錄,光是看到那些密密麻麻的數學公式和演算法名稱,我就知道這本絕對不是給初學者隨便翻翻用的「入門」書。它給我的感覺是,作者對於這個領域的理解非常深入,幾乎是從底層的理論基礎開始紮根的。雖然我還沒時間仔細啃完,但光是看那些章節標題,像是「影像感測器原理與選型」、「複雜光學系統的像差校正」,就知道內容的廣度跟深度都非常驚人。這不像是那種市面上常見的、只教你怎麼操作某套軟體、快速出圖的工具書,它更像是大學研究所的教科書,或者說是業界資深工程師的參考手冊。如果你的目標是想了解機器視覺「為什麼」會這樣運作,而不是只學「怎麼」用,那這本書看來是值得投資的。我期待接下來能看到它在實際應用案例中如何巧妙地結合這些複雜的理論。

评分

整體而言,這本書給我的感覺是一種沉穩、厚重的知識積累,它不太會用時下流行的詞彙去包裝內容,也不會過度強調最新的趨勢。它像是老一輩的職人,不跟你拐彎抹角,直接就把工具的本質和原理攤開給你。雖然內容閱讀起來需要高度的專注力,但它提供的知識框架是極為穩固的。我特別喜歡它在不同章節之間建立的邏輯連結,你會發現,原來處理物件表面紋理的演算法,其背後的統計學基礎,竟然與光線傳播模型有著微妙的呼應。這本書的價值不在於「教你做什麼」,而在於「給你工具去思考如何做得更好」。對於那些已經具備一定基礎,但希望將自己的機器視覺知識體系化、理論化的專業人士來說,這本電子書無疑是一本難得的參考寶典,能幫你把散落的知識點串成一張堅實的知識網。

评分

我比較好奇的是,這本電子書在處理「即時性」與「複雜度」的平衡時,採取了什麼樣的策略。畢竟,現在很多工業應用,要求的是毫秒級的反應速度,但要達到高精度,計算量又非常龐大。書中對「邊緣運算(Edge Computing)下的視覺處理」這個主題的探討,給了我一些啟發。它不僅僅是羅列了幾種輕量化網路架構,更重要的是,它從「電源效率」和「散熱」的角度去分析了不同演算法在實際工業機箱內的適用性。這點真的非常貼近現實!很多學術論文寫得很漂亮,但在實際機台裡跑起來,因為功耗太大導致穩定性下降,最後根本無法導入。這本書顯然是經過了大量的實際場域驗證,才能提出這種「系統級」的考量。它讓我開始重新審視我們目前導入的幾套視覺系統的能源消耗問題,也許在下一次升級時,應該把能源效率也納入核心評估指標之一。

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