| ttb2016 |
2016-08-26 09:28 |
机器视觉入门基础知识介绍
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。 z; P#
ZA. S X|m
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。 ]T|$nwQ
u=qaz7E
[attachment=72054] ]\ !k a /%
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： [<{r~YFjWW
0G-obHe0
[attachment=72055] =n ,1*
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。 Z3YKG{g
/n(0w`
啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明： N?-ZvE\C
m,t{D,
2
[attachment=72056] IDJ2epW*;
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。 n"aF#HR?0d
$ 0K@= 7ms
机器人视觉引导玩偶定位应用： . )+c01
$#+D :W)az
[attachment=72057] W|Sab $h
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。 iX{2U lF7
~Gmt,l! b
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。 Li|~% E1
)D #} /3s
视觉检测在电子元件的应用： Cw(yp u
Y LTg(*
[attachment=72058]
# $ k1w@
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。 GVA%iE.
sRZ<c
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。 ?Y
-;781
I<sUB4T>#W
机器视觉的应用领域: LTzdg >\oJ
Ssz;d&93
•识别 x g7KU&
41d+z>a]
标准一维码、二维码的解码 G1e_pszD{o
光学字符识别（OCR）和确认（OCV） $\vNST E
zI,Qc60B
[attachment=72059] r,.j^a
•检测 d7G@Z|R3p
色彩和瑕疵检测 0iZeU:FE
零件或部件的有无检测 1Dc6v57
目标位置和方向检测 =v::N\&
DpA)Vdj
•测量 LFxk.-{=
@$^4Av-
尺寸和容量检测 L5zCL0j`
预设标记的测量，如孔位到孔位的距离 h9im S\gfr
KWjhkRK4]
[attachment=72060] &}Wi@;G]2
•机械手引导 <_t]?XHB[
1;c># 20
输出空间坐标引导机械手精确定位 % JiF269
!',%kvJI
[attachment=72061] &xB9;v3
机器视觉系统的分类 W?aP%D"(i
\ db=]L=|
•智能相机 SE' |||B
•基于嵌入式 x+za6e_k"
•基于PC +FadOx7X$
-(WR hBpw
[attachment=72062] O.QR 1
机器视觉系统的组成 e~(e&4pb
F5YoEWS
•图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 u&S0
•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'zl\:@N
•判决执行：电传单元、机械单元 /ivVqOo
ak_y:O|
[attachment=72063] ge?or]T1S
光源---光路原理 z a_0-G%C2
f'5
6IT
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。 EZ"i0u
~/JS_>e#6P
镜面反射：平滑表面以对顶角反射光线 Wp:vz']V
漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线 x`C"Z7t
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 wzx V)1jT
r_Ou\|jU
[attachment=72064] y>E:]#F
•光源---作用和要求 zY*~2|q,s
=X5w=(&
在机器视觉中的作用 J%r:"Jm[y1
照亮目标，提高亮度 fB7Jx6
形成有利于图像处理的效果 %f("3!#H
克服环境光照影响，保证图像稳定性 O:rf DO
用作测量的工具或参照 iJo Yxx
良好的光场设计要求 "? aI
对比度明显，目标与背景的边界清晰 D4hT Hh
背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理 Ths~8{dMb
与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝； S!$S'{f<
6qTMHRI
[attachment=72065] v,QvCozOz
•光源---光场构造 d6[' [dG
tl~ZuS /
明场： 光线反射进入照相机 YCb|eS^u
暗场：光线反射离开照相机 jLM y27Cn
M1NdlAAf
[attachment=72066] ??.aLeF&
•光源---构造光源 EHhc2^e
*$DD+]2
[attachment=72067] Hu6Qr
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： "PN4{ "`V
Qt>kythi
[attachment=72068] J[Mj8ee#
•相机 Y-1K'VhT
Y7q Q` |
种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS ND.(N'/O
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 |"%OI~^%
工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等 x_<#28H!
传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟 `\"<%CCe
K$ }K2w
[attachment=72069] /!t:MK;
•相机--按照图像传感器区分 &3"O DAp'
"m6G;c v
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|!@%wuGC
t$VRNZ`dy
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。 Ue Z(@6_:
AsuugcN*
•相机--按照输出图像颜色区分： )OFN0'
h~qvd--p0
单色相机：输出图像为单色图像的相机。 n r&|
彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。 [hot,\+f
N\. g+ W
•相机--按输出信号区分 ? -3G5yy
qHyOaK Md
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。 ]:2Ro:4Yv
H<ovIMd
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 e2V;6N
$gYGnh_,Q
•相机--按照传感器类型区分 Uj 4HVd
'?.']U,: $
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。 u^^jt(j
*w ^! \
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。 bYem0hzOe
V(LfFO{^>?
•相机--CMOS VS CCD 't a&qp
bcu Uej:
CCD Z]2z *XD
CMOS Oi~Dio_?
串行处理 L$!2<eK
并行处理 N|@ tP:j
光线灵敏度高，图像对比度高 I(&N2L$-
光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围 e~># M $
低噪声 pO N#r
存在固定模式噪音 doX`NbA
集成度较低 ,+v(? 5[6
高集成度，芯片上集成了很多功能 KkzG#'I1
取图速度慢，帧率低 \0;w7 tdo
取图速度块，帧率高 v&9:Wd*Iz'
功耗一般 Ji=`XsV
功耗较低 = 4|"<8'
成本较高 f 0%'4t
成本低 V^n=@CZT9C
b" td]H3h
•相机--传感器的尺寸 kDR xu!/
:~s*yznf
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。 Y Fj#{C.
{H9g&pfv
[attachment=72070] ~K|ha26W
•相机--像素 ]JmE(Y1(1
Lq6nmjL
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。 \>.[QQVI"l
2t? >0)*m
[attachment=72071] apM)$
•相机--分辨率 *h5L1E q
ZtGk Md$
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。 SjA'<ZX>TM
x|^p9m"=%
•相机--帧率和行频 Edcv>}PfE
)N3/;U;
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。 !VudZ]Sg
CSWA/#&8>
•相机--快门速度（Shutter Speed） 6y?uH; SL
D^];6\=.i
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。 pD~. "fb
5yV>-XT+-
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。 C\bJ_vl;'
jzi^ O I7
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。 w'xPKO$bzR
=&.9z 4A
•相机--智能相机 9&B #@cw
hS%oQ)zvE
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。 pf yJL?_%
bG.`>
[attachment=72072] mpIR: Im
•镜头---主要参数 *Kq;xM6Ck
8 r0;054
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。 G/( tgQ
n7n-uc
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 'XYjo& w
Fs=E8' b
[attachment=72073] 8 f'r_,"
分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。 =|^R<#%/
a`C2:Z23(#
畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 cvtn,Ml6
zE}ry!{
[attachment=72074] RO'b)J:j9
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。 /kO%aN
'8 @4FXK
[attachment=72075] pYUQSsqC
•镜头---分类 J~ z00p`E
sbhUW>%.
CCTV镜头 Qk.[#
专业摄影镜头 /}d)g4\j
远心镜头 _.W;hf`
ob[G3rfd@Z
[attachment=72076] %~lTQCPE
[attachment=72077] A- #c1KU!
•镜头---远心镜头 2jP(D%n
G/1V4-@
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。[attachment=72078]
|
|