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。
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d Wh[QR-7Ew 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。
L.Y3/H_ KII{GD R] #lYyL`B+~ 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：
$%<{zWQm i! .]U@{k o`U}u qrO 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
%p C< T*f o2 /:e 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
_:x]' w% R+ * ; [ 7- B.<$uC 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。
'\:4Ijp<" i Ha?b2=) 机器人视觉引导玩偶定位应用：
o+A 7hBM^ Z%t_1t a)_ 3r]sv^ 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。
'o AmA= ]33!obM 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。
t^s&1#iC b?H"/Mu. 视觉检测在电子元件的应用：
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a+ 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。
HiCh:IP7>/ CSM"Kz` 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。
2qM iX|Y > p`, 机器视觉的应用领域:
agIqca; GkGiQf4hh •识别
I!x.bp~V! Y:^hd809 标准一维码、二维码的解码
(q)}`1d' 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
*"%TAe7?~+ 144Y. x|H`%Z •检测
<Ap_# 色彩和瑕疵检测
f|[7LIdh- 零件或部件的有无检测
6$u/N gS 目标位置和方向检测
{u'szO}k qu=~\t1[6 •测量
1w,_D.1' ]so/AdT9hA 尺寸和容量检测
%~rEJB@{ 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
oD)x\ )t8 byHc0ktI\ -y`Pm8 •机械手引导
fSo8O ]OAU&t { 输出空间坐标引导机械手精确定位
\CB^9-V3 Cbbdq%ySI 1p&.\ ^ 机器视觉系统的分类
(tK_(gO H2X_W Swm •智能相机
\GFq RRn •基于嵌入式
7 N}@zPAZ •基于PC
[2:d@=%. Yuv(4a<M% *zrT;j G 机器视觉系统的组成
A 95f !a b
74 !Zw •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
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! •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。
&RR;'wLoQT •判决执行：电传单元、机械单元
$^x=i;>aK. /b+~BvTh o&JoeKXor 光源---光路原理
1+%UZK= K ?QP>rm 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
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iZ)FW 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 pY&6p~\p 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
]TvMT 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
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* •光源---作用和要求
AD ;m[u7 )nd^@G^ 在机器视觉中的作用
7F`\Gz_2 照亮目标，提高亮度
Laj/~Ru6 形成有利于图像处理的效果
g[cnaS|? 克服环境光照影响，保证图像稳定性
Z%~}*F}7X 用作测量的工具或参照
G^'We6< 良好的光场设计要求
MN: {,#d0 对比度明显，目标与背景的边界清晰
v.ZU Ya| 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
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uR$ 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
?K-4T &r,vD, {$S "S j •光源---光场构造
]& D dy&V @!;A^<{ka 明场： 光线反射进入照相机
("`"?G 暗场：光线反射离开照相机
b+Q{Z* 73qE!(
%[XP}L$ •光源---构造光源
D#nH g 4s{=/,f 9>{fsy 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：
1 |z4]R,< 4KH'S'eR ^"Bhp:o2 •相机
S @[]znH gj|5"'g% 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
$YJ 1P 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
?0)K[Kd'Y 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
GwO`@-}E 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
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@ ]ty$/{hx' ~,,r\ Y + •相机--按照图像传感器区分
<v1H1'gv o0WwlmB5 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。
rL<N:@HL (~Z &U 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。
olv&K(-ccI 0 Rb3| te •相机--按照输出图像颜色区分：
}a OBQsnO Q 1i5"'] [ 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
0H rvr 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
YM#' +wl}` =LGM[Z3$s •相机--按输出信号区分
KXZ G42w ts=D 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。
2fdN@iruB r@JMf)a] 数字信号相机：信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。数字相机又包含1394相机、USB相机、Gige相机、CameraLink相机等
"tT4Cb3 hq4&<Zr( •相机--按照传感器类型区分
5]mH.{$x$? 1G A.c: 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。
/$93#$ wmpQF< 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。
=nHkFi@D=t ?121 as}z •相机--CMOS VS CCD
MoxWnJy} _)@G,E33f@ CCD
>'n[B CMOS
-qpvVLR, 串行处理
2V 8 "jc 并行处理
~ M7X] 光线灵敏度高，图像对比度高
_W@sFv%sj 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
|`y U \ 低噪声
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L[X-G 存在固定模式噪音
p7+>]sqX 集成度较低
^G qO>1U 高集成度，芯片上集成了很多功能
.NWsr*Tel 取图速度慢，帧率低
FoE}j
取图速度块，帧率高
'RwfW| ~6 功耗一般
wg_Z@iX 功耗较低
yfwR``F 成本较高
/?B TET 成本低
&R/-~w5 *QNX?8Fm_ •相机--传感器的尺寸
nUs=PD3 ) 8\nk a5 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。
"#36- f7zB_hVDmE Ww~C[8q •相机--像素
W rT_7 @@a#DjE%/ 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。
"4KyJ;RA* Rxw+`ru Y 8}y0]V •相机--分辨率
zgS)j9q} 2./ z6jXW_ 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。
XiV*d 06{ 3f>9tUWhTy •相机--帧率和行频
Q?.9BM1V E690 '\)31 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。
ZCK#=:ln j!L7r'AV5 •相机--快门速度（Shutter Speed）
6wOj,}2Mn )4o k@^. 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。
}<z [t5 LvGo$f/9 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
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G@ sw$JY}Q8x 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。
hey/#GC* M~X~2`fFH •相机--智能相机
e\#aQ1?" Q(WfWifu-| 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。
kQ[23 ~ hP ]<$ v '[[IalQ? •镜头---主要
参数 Us6 ~7L00 _4{3^QZq5
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。
YY>&R'3[ [ P*L`F 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
> 0 := <RW Qm[ ) [M lBG5~<NT 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
3"HEXJMc < A`srmS? 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
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2.Ru aTaL|&( zYis~ + 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。
M6[O> z !bW^G}
<t s ld cI@Z •镜头---分类
s2tNQtq 0W j;_E0j# CCTV镜头
- Lsl 专业摄影镜头
* P12d 远心镜头
S>[&] .L)j
ql% /Zz [ vf }y|_v^ •镜头---远心镜头
