| 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。 (\8IgQ{
n_~u!Ky_P
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。 aSse'
C<a
v']Tusmg
[attachment=72054] l,fwF ua
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： p
: {,~
1
c,>y1%V*S{
[attachment=72055] oYx4+xH/
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。 q@i>)nC R
!NqLBrcv 0
啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明： h`i*~${yg
M r-l
[attachment=72056] u.yYE,9
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。 w{8O$4
w
m @Hg: DY
机器人视觉引导玩偶定位应用： g)!d03Qoy
c1tM(]&
[attachment=72057] d9iVuw0u<
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。 a``/x_EZMn
Y{K N:|i.!
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。 B_DyH
C\<
.R^R32ln
视觉检测在电子元件的应用： lvOM1I
D`'h8:\
[attachment=72058] OYyF*F&S[
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。 [ L>mrHqG
73j \!x
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。 KzZfpdI92
%OJ"@ 6A
机器视觉的应用领域: GvzaLEo
we0haK
•识别 q# 6|/R*
b{BiC &3
标准一维码、二维码的解码 \E
{'|
光学字符识别（OCR）和确认（OCV） G# L6;
42 f\]R,
[attachment=72059] (I/ZI'Ydy
•检测 7aS%;EU
色彩和瑕疵检测 <<DPer2
零件或部件的有无检测 BN&eU'Dl]
目标位置和方向检测 fBb:J +
I p< ~Y
•测量 yxtfyf|9 '
C%# w1k
尺寸和容量检测 J``5;% TJp
预设标记的测量，如孔位到孔位的距离 lSfPOx ;*
),>whC tsI
[attachment=72060] : *M2@
•机械手引导 a|5< L
00LL&ot
输出空间坐标引导机械手精确定位 mGpBj9jr1
mg< v9#
[attachment=72061] \WqC^D i
机器视觉系统的分类 N(e>]ui
t*`G@Nj
•智能相机 ]k$:sX
•基于嵌入式 ,V9 r2QY
•基于PC IL,iu
dy ~M5,zn
[attachment=72062] wE -y4V e
机器视觉系统的组成 4j}.=u* X7
Spw^h=o
•图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 as73/J 6
•图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。 v jVa),2
•判决执行：电传单元、机械单元 ?pdN!zOeL
y: ]
[attachment=72063] .E 9$j<SP-
光源---光路原理 x6Tpt^N}
F=?GV\Tw
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。 BI<(]`FP;s
k$.l^H u
镜面反射：平滑表面以对顶角反射光线 4} Y? :R
漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线 *x)u9rO]
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 = Qn8Y`U
sY[!=` @
[attachment=72064] tI
•光源---作用和要求
T4J
WZ
/eBcPu"[Vb
在机器视觉中的作用 E Uq6)
K
照亮目标，提高亮度 _7R6%^
形成有利于图像处理的效果 u`XZtF<vf
克服环境光照影响，保证图像稳定性 f7a"}.D $
用作测量的工具或参照 #^_7i)=~
良好的光场设计要求 cpH *!*S
对比度明显，目标与背景的边界清晰 RDeI l&
背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理 rc f#8
与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝； =y^ g*9 }_
8/}S/$
[attachment=72065] 7 H)tF&
•光源---光场构造 ivSp i?
ug/P>0
明场： 光线反射进入照相机 qL$\[(
暗场：光线反射离开照相机 b%X<'8 z9Z
cef :>>6_
[attachment=72066] )7m.n%B!5V
•光源---构造光源 k#2b3}(,
m p0 s>R
[attachment=72067] :2lM7|@/
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： AY]rQ:I
>` n)-8
[attachment=72068] 'h> l_A
•相机 [C3wjYi
xw*/8.Md6f
种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS L(/wsw~y*
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 >qdRqy)DC
工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等 aSeh?2n8
传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟 6f
J5Y
iQ
CbMClnF
[attachment=72069] @iVEnb.'
•相机--按照图像传感器区分 cMfnc.P\K
^Uldyv/
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。 L @8[.
.Pa6HA !
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。 ?o d*"M
'fIG$tr9X
•相机--按照输出图像颜色区分： 3H5<w4yk
ks8x xY
单色相机：输出图像为单色图像的相机。 ,`( Qs7)Xx
彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。 1k)`C<l
r+n hm"9
•相机--按输出信号区分 af/;D r@
H"rIOoxf
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。 cV* 0+5
Z. 0mX#
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 =Y R+`[bfI
a{iG0T.{Yh
•相机--按照传感器类型区分 ={nuz-3
>&|/4`HSB
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。 5dLb`G f
Z1 5b'^)?9
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。 5{#ya 2
, ) }-mu
•相机--CMOS VS CCD N4, !b_1
9riKSp:5
CCD SA6.g2pFz
CMOS ^^( 4xHN
串行处理 LYS[qLpf
并行处理 LMYO>]dg
光线灵敏度高，图像对比度高 V7 >{,
光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围 }x:nhy`
低噪声 _lG\_6oJ,
存在固定模式噪音 !%YV0O 0
集成度较低 H{*R(S<I
高集成度，芯片上集成了很多功能 >c@1UEwkm
取图速度慢，帧率低 p:qj.ukw
取图速度块，帧率高 9/50+2F
功耗一般 a~; `&Uj
功耗较低 xW'(]Z7_
成本较高 $g)X,iQu
成本低 >l!DW i6
[3hOc/]s
•相机--传感器的尺寸 }MV=t7x 9+
4K$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。 Psu*t%nQ?A
3.I:`>;EO
[attachment=72070] iLG~_O b:
•相机--像素 o*|j}hnbv
.cm$*>LW:x
是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。 V|bN<BYJ
=Qw`F0t
[attachment=72071] 54,
( ;
•相机--分辨率 ,(CIcDJ2U_
fmq9u(!R
由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。 _cH 7lO[
8Dy;'BtT
•相机--帧率和行频 qQ UCK
s:#\U!>0`
由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。 Sf*b{6lcC
Mi_/
^
•相机--快门速度（Shutter Speed） n6 a=(T
2:l8RH!Y
CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。 gEU|Bx/!=
>~k"C,6
卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。 QWV12t$v
ln6Hr^@5
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。 cp>1b8l6?
Ox1#}7`0>
•相机--智能相机 2hI|] p
k),.
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。 \`M8Mu9~w
ri k0F
[attachment=72072] 7B,a xkr
•镜头---主要参数 y6nPs6kR
O
o+pi$W
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。 s!j[Ovtx
mxJ& IV
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 3ud_d>
lUd;u*A
[attachment=72073] fSFb)+
分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。 Vyqj)1Z8>
Xn
1V1sr
畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 B#T4m]E/
G F-\WD
[attachment=72074] d}t7bgk'j
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。 zg2}R4h
=
j,Hxq
[attachment=72075] ``Wf%~
•镜头---分类 5dE@ePO[/9
Xo:!U=m/#
CCTV镜头 ; L458fYs
专业摄影镜头 ]%L?b-e
远心镜头
bK |I
?(4E le
[attachment=72076] 9=J+5V^qD<
[attachment=72077] #DI%l`B
•镜头---远心镜头 eZMDt B
K *_ 5M
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]
|
|