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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: JPRo<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'
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{ 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; MX7Y1 8hV>Q
[attachment=72065] )ko[_OJj •光源---光场构造 2`^M OGYk [Smqe>U1 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
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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 $9@3dM*E?Z 传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 9K>~9Za Nd
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[attachment=72069] R$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 mKJO?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。 rRXF@ 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 3F9 dr@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 U3p Mv|b
[attachment=72070] !Xzy: •相机--像素 X1="1{8H i+|/V[ 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。 <$8e;:#: w"!zLB&9[
[attachment=72071] (X|lK.W y •相机--分辨率 tj: >o#D 3Ol`i$ 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。 yV5AVMo 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
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