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。
Uz]=`F8 0Q
cJ Ek 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。
j*1MnP3/8Y mOLz(0 V ;~\ +@ 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：
-h8Z@r~a/ u`!Dp$P bV#j@MJ~0 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
yRQNmR;Uy >f|0# * 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
Hbu
:HFJ! 2G3 Hi;q18 'S#^ 70kt 当每个啤酒瓶移动经过检测
传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉
软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
Ru);wzky :."+&gb 机器人视觉引导玩偶定位应用：
:kjs: 6f] Ou
f \%E< - | =) 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
##1/{9ywy ;2sP3!* 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
m-cw5lW jpMMnEVj6P 视觉检测在电子元件的应用：
*Rc?rMF ! E?Qg'|+_ k6\&[BQs 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。
{?3i^Q=V _,p/2m-Pj 该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及
光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
TA#pA(k zMO xJ 机器视觉的应用领域:
*ck'vV'@ [DtMT6 F3 •识别
=xb/zu( ?dCJv_w 标准一维码、二维码的解码
#wh[F"zX 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
0p\Kf(|E*6 m YhDi {OS[0LB •检测
lr
-+|>M) 色彩和瑕疵检测
_skE\7&>X 零件或部件的有无检测
|n(b>.X 目标位置和方向检测
PevT `\> 4v#s!W •测量
!4YmaijeN A\.{(,;kp 尺寸和容量检测
ykGA.wo7/P 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
/ <o?T{z<- W{ZJ^QAq/ ^Q!A4 qOQ •机械手引导
7!6v4ZA %F:; A 输出空间坐标引导机械手精确定位
oS_YQOoD = >GGeEL b.)jJLWv@ 机器视觉系统的分类
Jl$
X3wE 5R1? jl m •智能相机
zq|N ltK •基于嵌入式
w3ZO CWJS •基于PC
e&Z ?I2J OgCNq W
d- Nfmr5MU_ 机器视觉系统的组成
b$`/f:_ wiM4, •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
[Z!oVSCZD% •图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
?rdWhF] •判决执行：电传单元、机械单元
5tY/ d=\k 58o&Dv6? uME_/S uO 光源---光路原理
D28> e w@a|_? 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
xb&,9Lxd| o 9OCgP`Y 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 [ -R[rF 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
)6px5Vwz 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
~/2 OK!M q 'uGB fE. | j cIn[)= •光源---作用和要求
&(|x-OT Lo=n)cV 1, 在机器视觉中的作用
yFTN/MFt 照亮目标，提高亮度
iaRCV 6cl 形成有利于图像处理的效果
*mW 2vJ/B 克服环境光照影响，保证图像稳定性
TW 1#'G_# 用作测量的工具或参照
l}D /1~d 良好的光场设计要求
gYmO4/c,
对比度明显，目标与背景的边界清晰
d$n<^ ~Z 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
g) IW9q2 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
C)% qs] 0 *AXd=)"* s$^2Qp •光源---光场构造
D|'[ [= A}_pJH 明场： 光线反射进入照相机
cV4Y=
& 暗场：光线反射离开照相机
8K&=]:( &/g^J\ 0M) f#gV>.P;h\ •光源---构造光源
y'O<*~C(X @\a~5CLN dKa2 _|k' 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：
8wn{W_5a ff00s+ pfFHuS~ •相机
3kVN[0 ,}wFQ9*|W 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
kX+98?h-C 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
o3h >) 4 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
7&w | 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
#WAX&< m (] zi; gq="& •相机--按照图像传感器区分
g1Osd7\o $ k_6 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。
6-+ wfrN2 y>^0q/=]?O 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。
rU 1Ri 1Afy$It /{ •相机--按照输出图像颜色区分：
K \.tR f85~[3
J 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
~Bi%8 G 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
32`Z3- pX1Us+% •相机--按输出信号区分
(/X ]9 XC O8A\ 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。
u^W!$OfZpp :@- .whj 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
kU.@HJ[@j .bj:tmz •相机--按照传感器类型区分
&2I8!I a {u J"% 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。
Ty7)j]b"zl l+X\>, 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。
s^Xs*T@~h Z$zX%w •相机--CMOS VS CCD
r`< x@, 0f_A"K CCD
f>3)}9?xc} CMOS
|I{3~+E h 串行处理
$9:
@M. 并行处理
D|^N9lDaQ 光线灵敏度高，图像对比度高
> 7~,w1t 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
eBY/Y6 R 低噪声
k"%sdYkb! 存在固定模式噪音
k;)mc+ ~+ 集成度较低
h0I5zQZm 高集成度，芯片上集成了很多功能
Bx6,U4o* 取图速度慢，帧率低
*B9xL[} 取图速度块，帧率高
'( g;nU< 功耗一般
Z'Pe%}3 功耗较低
Ex
skd} 成本较高
?Mn~XN4F_ 成本低
9}Ge@a<j hMUUnr"8;i •相机--传感器的尺寸
H({m1v ~R KVUu b'k 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
LXPO@2QF 0j 8`M"6 Q{an[9To~P •相机--像素
GSd:Plc% W1Ye+vg/s 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
B]E c oXN(S:ZF 5)5yH bS •相机--分辨率
&xGpbJG V`HnFAW 由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。
RzzU+r 7S=,# •相机--帧率和行频
4jZB%tH N
Z ,} v3 由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。
yK$aVK" OhlK;hvdB* •相机--快门速度（Shutter Speed）
fNfa.0 s R0LWuE%eD 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。
_*b`; {3 ]cVDXLj$ 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。
2)T;N`tNw He}?\C
Bo 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。
o=K9\ l LsaX
HI/?b •相机--智能相机
'cQ,;y c\ &;Xr 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。
v~jm<{={g
Gv}Q/v *c&OAL] •镜头---主要
参数 z(
}w| y,6kL2DM 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。
&K(y%ieIJ dUl"w`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
)Q>A o. 5\w *W6y sUK|*y 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
|5X59!
JL Aq$1 #1J 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
cMnN} ' dqo-.,= )N6 07 Fa- 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。
dNF_ T?E\ q-uzu ! 9=}[~V n •镜头---分类
z8]@Gh+
( ,S(s CCTV镜头
gA }<Y 专业摄影镜头
-.ZP<,?@F 远心镜头
s S#/JLDx] ZkQ6~cM ,4 _H{+M 9c }qVf-i •镜头---远心镜头
%*wEzvt * ~J> ;l
s1 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。
