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。
M@ed>. IDnC< MO> 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。
}cT_qqw(f% % K(<$! ^Wxad?@ 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
Ee`1F#c =t6z \WB q _-7i 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
X[f=h= | #fT* ]NN 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
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[a%('} 9U$EJ N_G 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。
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=-_B:d; 机器人视觉引导玩偶定位应用：
5:'hj$~|\1 R|wGU)KEc' I\YV des# 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
C@th O Q}-~O1 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
`jwa<N4e@ cA% %IL$R 视觉检测在电子元件的应用：
\ Y"W u ,o)d3g-&g }Ho Qwy|& 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。
4 :U?u Pp )3(T: 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。
,3@#F/c3i~ 7Hm3;P. 机器视觉的应用领域:
oWYmj=D~2z y@\V + •识别
Q+YRf3$ jQ:OKh<Y 标准一维码、二维码的解码
E9;|'Vy<E 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
)B[0JrcE m 9/}~Y#k 9W(dmde> •检测
_cXqAo[V 色彩和瑕疵检测
-wjN"g< 零件或部件的有无检测
s8}@=]aA 目标位置和方向检测
&L^+BQ`O? ]\!?qsT3} •测量
Q[nEsYP 3-&QRR#p 尺寸和容量检测
o<N nV 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
EW3(cQbK rwGKfoKI 6L)% T02C •机械手引导
`QXErw JU4q zi 输出空间坐标引导机械手精确定位
U~pV) J 1Z9qjV%^ B>2tZZ ko 机器视觉系统的分类
Z?\ 2F% '#k0a,<N •智能相机
/n>qCuw •基于嵌入式
%"P,1&\^ •基于PC
#FNcF>3> ?]*^xL;x? qzT uxo0B 机器视觉系统的组成
2sJ(awN > ;cQ6g`
bM\ •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
nJo`B4'U •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。
Z4lO?S5%J •判决执行：电传单元、机械单元
/Z$&pqs! ({q?d[q[ 0PWg;>^' 光源---光路原理
U-|NY Z:*76PP, 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
(2=Zm@Zp f l g-X:Z. 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 L|,!?cSAT 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
9M:O0) s 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
B#M5}QT|2 mFi&YpH u3 BG<q IQd •光源---作用和要求
|>#{[wko :$n=$C -wp 在机器视觉中的作用
"T|PS 6R~ 照亮目标，提高亮度
|6$ p;Aar 形成有利于图像处理的效果
9pX&ZjYP- 克服环境光照影响，保证图像稳定性
A T%u%cE- 用作测量的工具或参照
svq<)hAf< 良好的光场设计要求
w/kt3Lw 对比度明显，目标与背景的边界清晰
Ba!J"b] 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
WS`qVL]^& 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
q,+yqrt lMBLIB]i Gg B,tam{p •光源---光场构造
HbxL:~:}J hK_LEwd; 明场： 光线反射进入照相机
K|Di1)7=/ 暗场：光线反射离开照相机
6#HK'7ClL v~^{{O @CT;g\4 •光源---构造光源
!Y[lQXv -&-Ma,M? j!7{|EQFcl 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：
{62n7'U{ fIsp;ca[k < Pky9 o; •相机
FN8NTBk , T8>}U( 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
8]U{;|'; 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
=Xqc]5 [i 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
;<(W% _ 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
7*?}: O R;uqV@ TL}++e
7+ •相机--按照图像传感器区分
(w}H]LQ FgB& b 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。
%'X[^W PEc=\? 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。
j 'HZ\_ -}KC=,]vh •相机--按照输出图像颜色区分：
FW21 U< \Hn>oonph 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
xo7Kn+ Kl 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
3 U7 *>H _Nqt21sL •相机--按输出信号区分
ZOZ+ Y\uU D F* :_B ) 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。
Bi
@2 [O?z@)dx 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
T Kg aV;92 .~l=zu •相机--按照传感器类型区分
!Ikt '5/ *U
P@9D 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。
' <@3i[M /(.mp<s 0 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。
[E/ \#4b CD ~z=vlK- •相机--CMOS VS CCD
a- |*?{o yrC7 F` . CCD
3_MS.iM CMOS
'.81zpff 串行处理
x7eQ2h6O 并行处理
@tZ&2RY1 光线灵敏度高，图像对比度高
_s .G 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
=AEBeiz 低噪声
SV~cJ]F 存在固定模式噪音
ZH m7Isa1 集成度较低
>8qQK r\" 高集成度，芯片上集成了很多功能
U'<KC"f:'! 取图速度慢，帧率低
NbU [l 取图速度块，帧率高
-T[lx\} 功耗一般
^$'z!+QRM 功耗较低
Nw1#M%/!r! 成本较高
f]\CD<g3|E 成本低
\xnWciQ#{ fngOeLVG •相机--传感器的尺寸
WRrd' { sB &8g? 4v 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。
&QGdLXO n rjp-Fw~ 1w A*}.EClH •相机--像素
l% 1!a '8{N e!y 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;x kT '>' wK. 4'!c*@Y
•相机--分辨率
oaoU _ V gT#&"aP5S 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。
w[I E >76\nGO •相机--帧率和行频
Q= /</| zhpt%7So 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。
o! {w"K #w\~& 0 •相机--快门速度（Shutter Speed）
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z &o t ]_VG 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。
32/MkuY^u 2E)wpgUc?e 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。
JAQb{KefdO S/ODq L| 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。
%Ntcvp) O"c;|zCc> •相机--智能相机
O]1y0BOQ !,Va(E|= 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。
OG~6L4"
SVB \ &'}RrW-s •镜头---主要
参数 O d %"B\ PSZL2iGj9V 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。
yl1gx or';A'k 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
H=Y{rq @ f v9V7 bS"fkf9 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
V I'hb'2 '{ V0M<O 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
g#t[LI9(F[ qCqFy#Ms\ b7wvaRe. 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。
1r] Io gI % Cv D-
