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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。 > u~ l_?  
2Fp.m}42i(  
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%I@HB9-Q0  
?!cUAa>iH  
[attachment=72054]
#2/k^N4r  
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: _6xC4@~h*  
yB,$4:C  
[attachment=72055]
#r>  
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。 r +d%*Dx  
<4D.P2ct  
啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明: evz{@;.R  
/ 9^:*,  
[attachment=72056]
&Z#g/Hc  
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。 @tR:}J*9s  
|*K AqTO0  
机器人视觉引导玩偶定位应用: R~PD[.\u  
2E;UHR  
[attachment=72057]
`[X5mEe  
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。 {OH "d  
=0 mf  
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。 ^FIpkhw  
s<h]2W  
视觉检测在电子元件的应用: JPR o<jt=  
R %aed>zo  
[attachment=72058]
$!H;,Jxv  
此产品为电子产品的按钮部件,产品来料为料带模式,料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后,使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值,来判断此区域有无缺胶情况。 f#FAi3  
W; P8=q  
该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案,使用两个相机及光源配合机械设备,达到每次检测双面8个产品,每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时,立刻报警停机,保证了产品的合格率和设备的正常运行,提高生产效率。 lhZXq!2p  
w|lA%H7`J  
机器视觉的应用领域: *S%~0=  
4"at~K` Q  
•识别 j0_)DG  
bwG$\Oe6  
标准一维码、二维码的解码  vtk0 j  
光学字符识别(OCR)和确认(OCV) o9*}>J<+RQ  
@Fvp~]jCb  
[attachment=72059]
r01Z 0>  
•检测   1wAD_PI|BH  
色彩和瑕疵检测 ?d&l_Pa0e  
零件或部件的有无检测 `n)e] dn  
目标位置和方向检测 %{Ib  
(_1(<Jw  
•测量 HQGn[7JW  
.FYxVF.  
尺寸和容量检测 = hL;Q@inb  
预设标记的测量,如孔位到孔位的距离 rr~O6Db  
"Te[R%aP  
[attachment=72060]
a=@]Ov/  
•机械手引导  -]n\|U<  
)09>#!*  
输出空间坐标引导机械手精确定位 uW;[FTcqy$  
%'+}-w  
[attachment=72061]
`X)y5*##wq  
机器视觉系统的分类 S*PcK>  
5! -+5TJI  
•智能相机 "}*5'e.*  
•基于嵌入式 [L(qrAQ2|z  
•基于PC $y{rM%6JU  
~xPU#m<  
[attachment=72062]
-A1@a= q  
机器视觉系统的组成 fj"1TtPq#  
W2>VgMR [  
•图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 _"l2UDx  
•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。 l;7T.2J'Z  
•判决执行:电传单元、机械单元 Y[sBVz'j5  
VcX89c4\  
[attachment=72063]
n Nu~)X  
光源---光路原理 10}< n_I  
]Xm+-{5?!R  
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。 yjE $o?A  
Y' FB {  
镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线 ^ruz-N^Y!  
漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线 W79Sz}):  
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 MZd?cS  
aoUz_7  
[attachment=72064]
+,xluwv$9  
•光源---作用和要求 GD-L0kw5  
eL" +_lW  
在机器视觉中的作用 _~Id~b  
照亮目标,提高亮度 kY?w] lS)t  
形成有利于图像处理的效果 3-Bz5sj9  
克服环境光照影响,保证图像稳定性 ]621Z1  
用作测量的工具或参照 dkWV/DAm  
良好的光场设计要求 #W9{3JGUY  
对比度明显,目标与背景的边界清晰 Se}&2 R  
背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理 %p;;aZG  
与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝; MX 7 Y1  
8hV>Q  
[attachment=72065]
)ko[_OJj  
•光源---光场构造 2`^M OGYk  
[Smqe>U 1  
明场: 光线反射进入照相机 :@4+}  
暗场:光线反射离开照相机 .k -!/^  
Egt !N  
[attachment=72066]
719lfI&s  
•光源---构造光源 XwZR Kh\>=  
lJ Jn@A  
[attachment=72067]
U<|*V5   
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: I ]ZksC  
~KYA{^`*  
[attachment=72068]
Hb3..o:  
•相机 <:>[24LJ{  
oD3]2o/  
种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS cO8yu`4!e  
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 eGW h]%  
工作模式:Free run、Trigger(多种)、长时间曝光等 $9@3dM*E?Z  
传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 9 K>~9Za  
Nd He::  
[attachment=72069]
R$x(3eyx  
•相机--按照图像传感器区分 0nPg`@e.  
weMufT  
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。 Mw`S.M. B  
 c?*x2Vk  
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。 w~~[0e+E  
m KJO?7tj  
•相机--按照输出图像颜色区分: q*!Vyk  
=5O&4G`}  
单色相机:输出图像为单色图像的相机。 kl|m @Nxp  
彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。 rRX F@  
vt#&YXu{A  
•相机--按输出信号区分 qN'%q+n  
gm$<U9L\v  
模拟信号相机:从传感器中传出的信号,被转换成模拟电压信号,即普通视频信号后再传到图像采集卡中。 )TcD-Jr  
[dy0aR$>d  
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 ~zoZ{YqP  
=)%~QK {Y  
•相机--按照传感器类型区分 S;SI#Vg@  
r*c x_**  
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。 s( :N>K5*  
S]ed96V v  
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。 .7HEI;4  
3F9dr@I.7  
•相机--CMOS VS CCD WeIi{<u8R  
sWq@E6,I  
CCD 7g4IAsoD  
CMOS S" PJ@E}^E  
串行处理 ]4Q~x  
并行处理 :cA8[!  
光线灵敏度高,图像对比度高 geNvp0  
光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围 b2^O$ l  
低噪声 v<ati c  
存在固定模式噪音 @=?#nB&  
集成度较低 RijFN.s  
高集成度,芯片上集成了很多功能 brdY97s4  
取图速度慢,帧率低 ^qtJcMK+hq  
取图速度块,帧率高 lT8^BT  
功耗一般 ^@$T>SB1  
功耗较低 hdpA& OteR  
成本较高 p[%B#(]9,  
成本低 fS4 Ru  
X CHN'l'  
•相机--传感器的尺寸 nc?Oj B  
yG<Q t+D  
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。 k^%F4d3z@C  
U3pMv|b  
[attachment=72070]
!Xzy:  
•相机--像素 X1="1{8H  
i+|/V&#3[  
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。 <$8e;:#:  
w"!zLB&9[  
[attachment=72071]
(X|lK.W y  
•相机--分辨率 tj:>o#D  
3 Ol`i$  
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。 > M4QEv  
~t^'4"K*  
•相机--帧率和行频 rk `]]  
*KPNWY9!W  
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。 `%.x0~ ih  
/&RS+By(i  
•相机--快门速度(Shutter Speed) ZRYHsl{F+  
o vX9  
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。 E>rWm_G  
Cce{aY  
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_*}tno  
W4=<hB  
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。 yV5AVM o  
Cc` )P>L  
•相机--智能相机 xcN >L  
EYU3Pl%  
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。 FhMl+Ou  
+WSM<S2 U  
[attachment=72072]
;%Zn)etu  
•镜头---主要参数 } "AGX  
nNcmL/(  
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。 _"sFLe{  
/N`E4bKBR  
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 cz$q~)I$  
A@OSh6/{h  
[attachment=72073]
oW8 hC  
分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。 f"A?\w @  
4vf,RjB-5  
畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 -_~T;cj6  
Z sbE  
[attachment=72074]
A[X~:p.^G  
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。 \B D'"  
YGr^uTQb  
[attachment=72075]
.\b# 0w  
•镜头---分类 LxxFosi8  
}\_[+@*EJ  
CCTV镜头 !_=3Dz  
专业摄影镜头 xnG,1doa  
远心镜头 9-N*Jhg  
dtUt2r)6L;  
[attachment=72076]
NQhlb"Ix  
[attachment=72077]
U)gr C8 C  
•镜头---远心镜头 j%OnLTZ  
U^{'"x+  
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]
lihang 2016-10-30 20:18
谢谢楼主分享
神酷帅发 2017-02-21 20:06
不错,赞了
zhang0709 2018-02-01 14:51
学习一下感谢分享
蜜糖小超人 2018-03-10 09:07
非常感谢楼主的分享 做好笔记
麦镇强 2021-03-08 16:21
非常感谢!
ls0853 2022-04-18 17:28
很有用,感谢
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