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。
:n4x}% wim}}^H 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。
;8UHPDnst N 2\,6 < -q27N^A0 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：
D]REZuHOI .*{LPfD| M'sJ5; ^5 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。
lDzVc`c pe 8MG(V 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
z\, w$Ef+ ]2+(i e"Z~%,^A 当每个啤酒瓶移动经过检测
传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉
软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
*(J<~:V? L
'=3y$"], 机器人视觉引导玩偶定位应用：
d>f5T l\E qdh D6#r F/h)azcn 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。
pmZr<xs Zx6BK=4G 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。
3mWN?fC /}wGmX! -! 视觉检测在电子元件的应用：
8oK30? a[!':-R`s OWU]gh@r 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。
6k-]2,\# 0X;Dr-3< 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。
e>/PW&Z8Z ;,D7VxWhY 机器视觉的应用领域:
:g mVX} 6xwC1V?:0t •识别
v?}/WKe+0 TAP/gN' 标准一维码、二维码的解码
U<t Qj` 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
-H{{ `y4+OXZ^ JP#m} W •检测
`#~@f!'; 色彩和瑕疵检测
!HFwQGP.Y 零件或部件的有无检测
(5SI! 1N 目标位置和方向检测
J?{uG8) OF)X(bi4j •测量
0 }q/VH57 vg<_U&N=-r 尺寸和容量检测
Bi]%bl>% 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
&" =inkh + IMP< eb7`R81G •机械手引导
=^6]N~*,D rz4S"4 输出空间坐标引导机械手精确定位
7l?-2I'c L_/.b%0) {Tx+m;5F 机器视觉系统的分类
C0e<
_6p= K}6}Opr,Tt •智能相机
p0b&CrALx •基于嵌入式
p!=/a)4X •基于PC
wEk9(| qr :[y rLp0VKPe 机器视觉系统的组成
ezFyd 'P ]^dX B 0 •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
R5Ti|k.~Y" •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。
h.PY$W< •判决执行：电传单元、机械单元
bBGLf)fsTG X)\ t=><< U j_%U2S$ 光源---光路原理
97Whn* V<1dA\I" 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。
Xod# $'M> L,n'G% 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 T<! TmG 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
,w
c|YI)E 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
bjbm"~ yhZ 2-*pTg 4W 6gKY •光源---作用和要求
:0r@o:H !s5 _ JO 在机器视觉中的作用
fy7]I?vm@ 照亮目标，提高亮度
~u.CY 形成有利于图像处理的效果
R9k
Z # 克服环境光照影响，保证图像稳定性
k | M 用作测量的工具或参照
L ej3? k 良好的光场设计要求
5s8k^n"A 对比度明显，目标与背景的边界清晰
e_7a9:2e 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
p9fx~[_5/ 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
kz] qk15w pLNv\M+ !Vy /-N •光源---光场构造
H&l/o uPt({ H 明场： 光线反射进入照相机
dCN4aY[d 暗场：光线反射离开照相机
Ea 0
j} 3 (jI <\Lii0hi! •光源---构造光源
9/`T]s" @} qMI
qo/`9%^E? 使用不同
照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：
ZE#A?5lb ^_n( >$
EK 5@6F8:x }V •相机
p{NVJ^! + _I+QInD ;) 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
DOyYy~ Q 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
d=yuuS / 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
yO.q{|kX 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
*7FtE k/l TZ3"u@ 06 qYF150 •相机--按照图像传感器区分
w a2?%y_G 67?O} ~jbG 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。
6C7|e0 0v 7M7sq-n5z 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。
yp9vgUs ,Y ./9F •相机--按照输出图像颜色区分：
E.45 s? r c>mTd{Abi 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
M8(N9)N 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
}fU"s" =~yRgGwJ •相机--按输出信号区分
a'r8J~:jy #? u#=] 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。
K !g!tA$ ;auT!a~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
=^ 3 Z
L .Yg7V'R1 •相机--按照传感器类型区分
)&Af[m S \I"n~h^_ 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。
m#|;?z b
v5BV 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。
J;wDvt]]1 (J} tC qP •相机--CMOS VS CCD
F}MjZZj(U= ^Q,-4\ec CCD
% 1h%#/#[ CMOS
7!F<Uf,V3 串行处理
upi\pXv 并行处理
sYa;vg4[ 光线灵敏度高，图像对比度高
M$,4B 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
>W>3w 低噪声
x<d2/[(}mT 存在固定模式噪音
o&-D[|E| 集成度较低
?vh1 >1D 高集成度，芯片上集成了很多功能
xaI)d/ 取图速度慢，帧率低
T]oVNy 取图速度块，帧率高
tK7v&[cI 功耗一般
yVfF
* nG 功耗较低
CT{mzC 8 成本较高
;x,yGb` 成本低
BMi5F?Q'G !KC4[;Y •相机--传感器的尺寸
Y+)qb); *jC Hv 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
N||a0& & R/EpfYOX JIatRc?g •相机--像素
me@k~!e"z 1 EL#T& 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
pd dumbp ,4mb05w;d U5:5$T,C •相机--分辨率
{&TP&_|H Yg V" *~ 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。
1$_|h@ yU|=)p5 •相机--帧率和行频
T3bYj|rh= 'I Q;; [Q 由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。
_J&IL!S2 Rt.2]eZEJ •相机--快门速度（Shutter Speed）
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#sm@|' Q% CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
y?'Z' 0d/
f4 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
AGhr(\j U _sM==~ 全局快门（Global Shutter）：CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。
+?'a 2 pUS ^V0I!&7lx •相机--智能相机
sjy/[.4- OE/r0C<& 智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
6GMwB@ b Ug#EAV<m e'X"uH Xt. •镜头---主要
参数 +8}8b_bgH B-p ]. 工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对
透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。
NCp]!=uM; 7*eIs2aY 参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口
("s!t?!&YS RveEA/&& AzMX~cd 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
^tL]QE?| '
-td/w 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
8;i'dF:) 9~v#]Q}Z}4 " lA8CA 畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。
J9&#);( 1`2lq~=GV ,8.zbr •镜头---分类
({<qs}H" 9w<k1j CCTV镜头
Wb#ON|.2 专业摄影镜头
QSx4M 远心镜头
]Wn=Oc{F 'XI-x[ w X\|h :ce w|U 7pUz •镜头---远心镜头
yK>s]65& 6$G@>QCBS 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。
