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    [分享]机器视觉入门基础知识介绍 [复制链接]

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    离线ttb2016
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2016-08-26
    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 Xh`Oin}<  
    }Z% j=c"d  
    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。 yeN(_t2.  
    {)& b6}2h  
    B[[1=  
    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: 'o-J)+oa  
    Hu$JCB-%  
    WmZ,c_  
    为了更好地理解机器视觉,下面,我们来介绍在具体应用中的几种案例。 }xytV5a^  
    "oT]_WHqo  
    啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明:  Rlx  
    !24g_R[3"  
    ^tl&FWF  
    当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时,检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光,拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后,视觉软件将会处理或分析该图像,并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位,即未通过检测,视觉系统将会向转向器发出信号,将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。 _H$Z }2g<z  
    ph@2[rUp  
    机器人视觉引导玩偶定位应用: UymhBh  
    {fu[&@XV  
    bk4G+wGw  
    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。 anFl:=  
    *ZF:LOnU  
    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。 mp17d$R-  
    @1)C3(=A  
    视觉检测在电子元件的应用: l ?gh7m_ej  
    5 OF*PBZ  
    kud2O>>  
    此产品为电子产品的按钮部件,产品来料为料带模式,料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后,使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值,来判断此区域有无缺胶情况。 u 9%AK g}~  
    d$v{oC }  
    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。 73(5.'F  
    6>- Gi  
    机器视觉的应用领域: =N{-lyr)  
    K${CHKFf  
    •识别 LQ4F/[1}  
    rcG-V f@  
    标准一维码、二维码的解码 I}1<epd ,  
    光学字符识别(OCR)和确认(OCV) mNr<=Z%b  
    a1A3uP  
    UJGmaE  
    •检测   dV+GWJNNE  
    色彩和瑕疵检测 JL&ni]m  
    零件或部件的有无检测 3G-f+HN^E  
    目标位置和方向检测 K@;ls  
    &}vc^io  
    •测量 cUZ^,)8 Z  
    d15E$?ZLH  
    尺寸和容量检测 r;OE6}L>  
    预设标记的测量,如孔位到孔位的距离 u3_AZ2-;  
    cUM#|K#6  
    _D."KU|  
    •机械手引导 0 +"P 1/  
    3|.KEJC"  
    输出空间坐标引导机械手精确定位 u"M^qRhD  
    wfc+E9E  
    _JXb|FIp  
    机器视觉系统的分类 ($:JI3e[;  
    5 }F6s  
    •智能相机 PVUNi: h  
    •基于嵌入式 C$fQ[@  
    •基于PC m4kUA"n5  
    sK`pV8&xq  
    Q OP8{~O  
    机器视觉系统的组成 6'vt '9  
    AJ-~F>gn  
    •图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 #ui7YUR=2  
    •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。 }8&L?B;90  
    •判决执行:电传单元、机械单元 t!}?nw%$  
    ]; G$~[  
    YfOO]{x,X  
    光源---光路原理 jYJfo<  
    OL)M`eVQ'  
    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。 b-,]21  
    &y=~:1&f  
    镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线 B|n<{g[-cM  
    漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线 'Z(4Wuwb  
    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  <IL$8a  
    FR@## i$  
    YC0FXNV  
    •光源---作用和要求 *ocbV`  
    6sp?'GO`~  
    在机器视觉中的作用 "Crm\UI6  
    照亮目标,提高亮度 Qr l>A*  
    形成有利于图像处理的效果 eA(c{  
    克服环境光照影响,保证图像稳定性 gAgP("  
    用作测量的工具或参照 "Hw%@  
    良好的光场设计要求 d6hso  
    对比度明显,目标与背景的边界清晰 #s'  
    背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理 _K"X  
    与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝; jNA^ (|:  
    S\O6B1<:  
    p6'wg#15  
    •光源---光场构造 /K]<7  
    Q.G6 y,KR  
    明场: 光线反射进入照相机 sS|N.2*  
    暗场:光线反射离开照相机 &Kgl\;}  
    *T'>-nm]  
    saaN$tU7  
    •光源---构造光源 !xxu~j^T  
    e.IKmH]z  
    W!BIz&SY:-  
    使用不同照明技术对被测目标会产生不同的影响,以滚珠轴承为例: ndIU0kq3  
    ]h$,=Qf hD  
    cQMb+Q2Yw  
    •相机 icPg<>TQ  
    g np\z/'>  
    种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS Sy<s/x^`  
    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 s~(iB{-  
    工作模式:Free run、Trigger(多种)、长时间曝光等 Ya)s_Zr7  
    传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 Lh5d2}tcO  
    ,??%["R  
    EO5k?k[*  
    •相机--按照图像传感器区分 &m6x*i-5\f  
    e/;chMCq  
    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。 OxraaN`  
    ~D)!zQkD  
    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。 ?>W4*8 (  
    p ft6 @ 'q  
    •相机--按照输出图像颜色区分: ~agzp`!M  
    $(6 .K-D  
    单色相机:输出图像为单色图像的相机。 6h|@Bz/A  
    彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。 'MHbXFM  
    +89s+4Jn  
    •相机--按输出信号区分 oiq7I@Y`x  
    +)Pv6Zog[  
    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。 *|RQ )  
    _/_1:ivY8  
    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 YEWHr>&Z  
    A qKl}8  
    •相机--按照传感器类型区分 l ^*GqP5  
    DVNGV   
    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。 @]#0jiS  
    JxP=[>I  
    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。 F-)lRGw  
    [*j C  
    •相机--CMOS VS CCD ? 5qo>W<7  
    M[ (mH(j  
    CCD [y73 xF   
    CMOS *@q+A1P7@  
    串行处理 d))(hk:  
    并行处理 lGI5  
    光线灵敏度高,图像对比度高 o?f7_8fG  
    光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围 xP.B,1\X  
    低噪声 +b.qzgH>r  
    存在固定模式噪音 ]Ph~-O  
    集成度较低 _,i]ra{%  
    高集成度,芯片上集成了很多功能 5O Ob(  
    取图速度慢,帧率低 p1Q[c0NMK  
    取图速度块,帧率高 iAX\F`  
    功耗一般 U n#7@8,  
    功耗较低 6rEt!v #K[  
    成本较高 @+ VvZc2Y  
    成本低 2roPZj  
    nu] k<^I5|  
    •相机--传感器的尺寸 \#[W8k<Z  
    r3l}I 6  
    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。 Z1FO.[FV  
    "3{xa;c  
    \`#;J?Y|`F  
    •相机--像素 [IVT0 i  
    Q/6T?{\U7  
    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。 _F^k>Lq&d  
    =z]&E 78Y  
    XnQd(B`M  
    •相机--分辨率 `e0U-W]kF  
    aC>r5b#:  
    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。 X6 ~y+ R  
    ]<q{0.  
    •相机--帧率和行频 @5H1Ni5/o@  
    Wxg,y{(`  
    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。 z12[vN  
    WIXzxI<)  
    •相机--快门速度(Shutter Speed) ^Ois]#py  
    lnW/T--  
    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。 `LnLd;Z  
    .b]g# Du=  
    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。 l!\C"f1o,  
    0k>NuIIP  
    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。 tnbaU%;|J  
    j3VM !/  
    •相机--智能相机 _> .TB\  
    t'4hWNR'  
    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。 !&TbE@Xk  
    yw5MlZ4P=  
    {o7ibw=E)  
    •镜头---主要参数 A6}M F  
    0\wMlV`F  
    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。 +DM+@F  
    RMDs~  
    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 ;u,%an<(  
    Z;XR%n8  
    -B$oq8)n*  
    分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。 <\?ySto  
    $Ha?:jSc  
    畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 WUAjb,eo  
    o(>!T=f  
    &qFdP'E;$  
    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。 "*#$$e53A  
    x2/|i? ZO  
    9x&,`95O  
    •镜头---分类 <(?ahO5  
    5JDqSz{  
    CCTV镜头 2Y&z}4'j  
    专业摄影镜头 oScHmGFv  
    远心镜头 ]1%H.pF  
    K8{ j oh  
    sU4(ed\gI\  
    XcaY'k#  
    •镜头---远心镜头 TF|GGY i  
    SS O$.rp  
    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。
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2016-10-30
    谢谢楼主分享
    离线神酷帅发
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    只看该作者 2楼 发表于: 2017-02-21
    不错,赞了
    离线zhang0709
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    只看该作者 3楼 发表于: 2018-02-01
    学习一下感谢分享
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    只看该作者 4楼 发表于: 2018-03-10
    非常感谢楼主的分享 做好笔记
    离线麦镇强
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    只看该作者 5楼 发表于: 2021-03-08
    非常感谢!
    离线ls0853
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    只看该作者 6楼 发表于: 2022-04-18
    很有用,感谢