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。
j,/t<@S> #Qp.O@e 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。
)c$)am\I{ IN%04~= H +2+wNFU 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
)bG d++2 |ozlaj 9k@`{+wmZ 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
hj.Du+1 9w! G 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
=_L sC .R. I2wT]L UV 当每个啤酒瓶移动经过检测
传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉
软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
!F|iL ;|Ja|@82 机器人视觉引导玩偶定位应用：
j> 0~"A 7o4 vf~ 42m}c1R 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
>5j Hgs# (Q$]X5L 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。
.ZxH#l _ H? =D, 视觉检测在电子元件的应用：
oEWx9c{~$ %T&#JF+; (Rc 0 l; 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。
CKTD27}) (qP !x 2j 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。
B43o_H|s d%istFL) 机器视觉的应用领域:
>)N}V'9 diLjUC`69 •识别
Lu~e^Ul
"Jp6EL% 标准一维码、二维码的解码
Hf/2KYZ 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
iK"j@1 | h ,@x5q>g A*h)p@3t< •检测
/rNY;qXM 色彩和瑕疵检测
$Q:5KNF+p 零件或部件的有无检测
y^ C; ?B< 目标位置和方向检测
_OF 8D *TuoC5 •测量
w? AE8n$8 Oh:SH|=]# 尺寸和容量检测
>NE]TZ.F 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
'Ph4( Yg
KG#|Cq @ %z5]w •机械手引导
f (
`.q )`rC"N) 输出空间坐标引导机械手精确定位
-}UC daQ3 Iw"?%k\U \]J" e% 机器视觉系统的分类
-X4`,0y%{O @D"1}CW •智能相机
|y%pP/;&! •基于嵌入式
#% e`OA (b •基于PC
:;" 3k64 !00%z T 6H"ER$ 机器视觉系统的组成
- T{~m6 [u RsB5 •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
&F#X0h/m= •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。
@F7QQs3 •判决执行：电传单元、机械单元
j7-#">YL xDr
*|d 7<.f &1MgI 光源---光路原理
+N4h
Q" kd\yHI9A 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。
`hl yN]L ur# "f'|- 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 _k+Bj.L 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
0t4i'?? 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
A)7'\JK7b f\(K ou$ "Pys3=h •光源---作用和要求
?qK:P q>omCk%h 在机器视觉中的作用
y6j TT% 照亮目标，提高亮度
9J]LV'f7 形成有利于图像处理的效果
h}`< pq 克服环境光照影响，保证图像稳定性
xD lC]loi7 用作测量的工具或参照
{{DW P-v4 良好的光场设计要求
hrAI@.Bo 对比度明显，目标与背景的边界清晰
eB]ZnJ2^ = 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
mU& J,C 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
rWvJ{ -% A`r&"i OKA < g %xo" •光源---光场构造
Y0hL_46> L, kF] 明场： 光线反射进入照相机
ng 6G<hi 暗场：光线反射离开照相机
uPp(l4(+ Ns 9g> ~ q{_buTARq •光源---构造光源
RZ.5:v6 OIWo*
% /n _HUY 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：
gh
0\ 9;h l/I W"A $Y4
Ao-@ •相机
[wOO)FjT ?QMs< 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
! 9N%=6\ 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
9%dNktt 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
#e0+;kBh 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
[,e_2< @)0g Xg ,#m\ W8j •相机--按照图像传感器区分
7:;V [/ O ,; SA CCD相机：使用CCD感光芯片为图像传感器的相机,集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
Cv=0&S. qj/P4 *6E CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图像传感器的相机 ,将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
e'?(`yW> +*!! •相机--按照输出图像颜色区分：
=Vv{ td ~lL ($rE 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
>]`x~cE.5 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
/za, &7s f s6
^JgdW •相机--按输出信号区分
k{# :O= ?:2Xh/8- 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。
.KD07 aD:+, MZ 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
["7}u^z@<+ R3<+z •相机--按照传感器类型区分
*5NffiA}- &V ;a: 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。
n- Xj> Z~R i%XG 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。
N f~<x K
e?7paJ •相机--CMOS VS CCD
$OO[C={v[ nk{1z\D{ CCD
l%IOdco# CMOS
(/M c$V 串行处理
;Cy@TzO/| 并行处理
Mc6y 'w 光线灵敏度高，图像对比度高
jL8zH 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
4j*}|@x 低噪声
I5~D C 存在固定模式噪音
Q&J,"Vxw 集成度较低
y/ FisX 高集成度，芯片上集成了很多功能
s6$3[9Vh&9 取图速度慢，帧率低
`#]\Wnp~y 取图速度块，帧率高
Vh<`MS0X 功耗一般
s5pY) 6) 功耗较低
ymzm x$o= 成本较高
:U 9R
1^}A 成本低
|); >wV" =
` ^jz} •相机--传感器的尺寸
t'J
fiGM @FTi*$Ix 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
g U?) |h 7v}Y ~JXHBX •相机--像素
a PC!M4# E;qwoTmul 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
_=8+_OEk w# e'K-= _(hwU>. •相机--分辨率
c;^ J!e {ZcZ\ Q;6 由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。
z)% 1 i
zC Hr •相机--帧率和行频
B /W$RcV F MVmH!E 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。
$c}0 L0 ]c)SVn$6 •相机--快门速度（Shutter Speed）
o > Lk`\ Xo`1#6xsE CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
gNwXOd u 9z J`;1 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
Iqsk\2W]a3 K +~v<F 全局快门（Global Shutter）：CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。
R*X2Z{n / >C~a]} •相机--智能相机
guv@t&;t0 2An`{') 智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
7m M;Q vrzX%' !)O$Q}'\ •镜头---主要
参数 9HX+ sB
M rHlF& ET 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。
x1wxB
1)2 S F>D:$a 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
c* dww sh ;uKzQ >K
:"[? 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
oui!fTy u7?juI #Cl 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
!9,
pX >|) 0Amt Ug21 d42Z4 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。
U[b;#Y1X }&DB5M QIK73^ •镜头---分类
"ILWIzf.] `fZD%o3l CCTV镜头
"Vq]|j,B/c 专业摄影镜头
A+I&.\QAR 远心镜头
C8E C ?fSQ f_ztnRw N-`;\ 1>w^ q`P •镜头---远心镜头
b`W*vduf aMQjoamz 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。
