随着工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉入门学习
资料。
Ve/"9 ?Y_ tF:'Y ~3 p 机器视觉是一门学科技术，广泛应用于生产制造检测等工业领域，用来保证产品质量，控制生产流程，感知环境等。机器视觉系统是将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
Q2^~^'Y k VjZ_L_U} 9iM Qq40 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
f1eY2Ut WQ JtB"Dh oL?[9aww 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
[h"#Gwb=; kk`BwRh)d; 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
1-z*'Ghys G` !ff 'Na \9b ( 当每个啤酒瓶移动经过检测
传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉
软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
44s
K2
r 5$ ( 机器人视觉引导玩偶定位应用：
[,GXA)j c k~g B 5fh@nR 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
i E DZ\\, ]U :1N C " 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
>{ DHW1kF? >v4k _JX 视觉检测在电子元件的应用：
Ef fp^7 3 P1P P#>E-2 , N : 'Z 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。
]mU,y$IQ >.R6\ >N% 该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及
光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
4SG22$7 W !U02>X 机器视觉的应用领域:
)B d`N^k+ ,v"/3Ff{, •识别
^V^In-[!y: W Y@x2bBi 标准一维码、二维码的解码
vFfvvRda4x 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
S}"?#=Q.%O DdI7%?hK qZ!1>` B •检测
r#{r]q_E* 色彩和瑕疵检测
T[$Sbz` 零件或部件的有无检测
(xU+Y1*g"% 目标位置和方向检测
D\Y)E#%, (vIrXF5Dnj •测量
l<<G". ? 2|k*rv}l 尺寸和容量检测
c$f|a$$b 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
'-#6;_ i< V:42\b7x H*QN/{|RU •机械手引导
YY I Q^Ln` zMe 输出空间坐标引导机械手精确定位
A!v-[AI[ (PYUfiOf X$JO<@x 机器视觉系统的分类
,8( % J3J syh0E= If_ •智能相机
z(<
E % •基于嵌入式
)Jx!VJ^Y •基于PC
VGcl)fIqw? #e%.z+7I rL URP2~ 机器视觉系统的组成
PiB)p UYj *f8,R"]-g •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
+ N[dYm •图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
|D^Q}uT •判决执行：电传单元、机械单元
^&uWAQohL yZ:|wxVY SX}GKu 光源---光路原理
whNRU OK: EpGe'S 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
,Ucb)8a pb%#`2" 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 `n-e.{O(( 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
i/x PO 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
X_
>B7(k d$r JW m5H 5*buRYck0 •光源---作用和要求
Ao96[2U6 wri[#D { 在机器视觉中的作用
af{;4Cr 照亮目标，提高亮度
xSb/9 8; 形成有利于图像处理的效果
uMsKF %m 克服环境光照影响，保证图像稳定性
S=aXmz< 用作测量的工具或参照
`@.YyPxX\ 良好的光场设计要求
`M>{43dj 对比度明显，目标与背景的边界清晰
P[P!WLr"" 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
q\#3 G 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
q){]fp.,@ !^axO \g4\a?i •光源---光场构造
cD s#5, -I=}SZ 明场： 光线反射进入照相机
`?JrC3 暗场：光线反射离开照相机
3UC8iq* >^J!Z~;L) x6DH0*[. •光源---构造光源
L&3=5Bf9 \f66ipZK* y6*i/3 使用不同
照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：
62(WZX%b nBiSc* ,A6*EJ\w •相机
[F/x U l"*>>/U k 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
Wq{' ZN 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
Kg]( kP 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
b!.# `. 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
/@#)j(
eY/ 2:DpnLU5 r LfS9H •相机--按照图像传感器区分
=D[h0U E"G. _<3J8 CCD相机：使用CCD感光芯片为图像传感器的相机,集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
5 h{Hf]A &tRnI $D CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图像传感器的相机 ,将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
<K\F/`c 8=nm`7(] •相机--按照输出图像颜色区分：
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.wd df J7Dhn 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
^d=Z/d[ 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
S'@"a%EV Y#t"..mc' •相机--按输出信号区分
>8AtT=}w Cz a)s 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。
Og*1pvN< rLKDeB 数字信号相机：信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。数字相机又包含1394相机、USB相机、Gige相机、CameraLink相机等
i'5bPW c//W# V2Q •相机--按照传感器类型区分
8c/Ii"1 8v6rS-iHP 面扫描相机：传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。
un9o ~3SF< e5XikL u 线扫描相机：传感器上呈线状（一行或三行）分布的相机，其所成图像为一维“线”图像。
ah<f&2f #&5\1Qu •相机--CMOS VS CCD
x)U; '+QgZ>q" CCD
v*^2[pf CMOS
L"-&B$B: 串行处理
ut,"[+ J 并行处理
U92hv~\ 光线灵敏度高，图像对比度高
6?iP z?5 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
.z4FuG,R 低噪声
*oWz H _ 存在固定模式噪音
Ce)Wvuh 集成度较低
v}mmY>M% 高集成度，芯片上集成了很多功能
Qv= Z 取图速度慢，帧率低
vSL{W T]m 取图速度块，帧率高
a|53E<5X 功耗一般
Z"^@ B2v 功耗较低
!'MD8 成本较高
A&7jE:Ew 成本低
0`thND)?O 3//v{ce1] •相机--传感器的尺寸
CyU>S}t f:0n-me 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
;C<A } CKur$$B %jf gncW •相机--像素
'ng/A4 od fu7P_ 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
_L72 Ae(_ igL^k`&5^" qprOxP
r •相机--分辨率
gA|j\T{ c O g npzN 由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。
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m •相机--帧率和行频
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5~F0'tb|} 由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。
b #U%aPH c 1GP3 •相机--快门速度（Shutter Speed）
A~>= l= Oe!&Jma*> CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
T}TP.!0E $gTPW,~ s[ 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
]>o2P cb; @ $ R a 全局快门（Global Shutter）：CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。
[ub\DL l a40BisrD~6 •相机--智能相机
jg8P4s M2S|$6t: 智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
I2T2'_I U XJl;M b t} M3F-NZ •镜头---主要
参数 : \OvVS/ $C/Gn~k 5 工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对
透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。
S@)bl ||HIp9(3 参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口
zJ`(LnV buXG32; 1 %`:8 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
QR'g*Bro pH [lj8S 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
MvmP["%J4_ O2dgdtm ^ym{DSx 畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。
;I'/.gW;{ 3(&F.&C$$ tW>R 16zq •镜头---分类
du,-]fF !X 8R CCTV镜头
`qz5rPyZ 专业摄影镜头
eb\`)MI/ 远心镜头
bicL %I2h [#Vr)\n |lwN!KVQ, I+t38 un% •镜头---远心镜头
,?6m"ov4( ""^BW Re D 在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样也会产生测量误差。采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。
