視覺系統(tǒng)應(yīng)用概述

1、視覺系統(tǒng)應(yīng)用概述 作者：王健 1. 機(jī)器視覺的概念引入 人類在生產(chǎn)實踐的過程中，面臨自身能力的局限性，因而發(fā)明和創(chuàng)造了許多智能機(jī)器，來輔 助或代替人類完成任務(wù)。智能機(jī)器能模擬人類的功能，感知外部世界并有效地解決人所不能解決 的問題。人類感知外部世界主要是通過視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等感覺器官，其中約80%的信 息是由視覺獲取的。因此，對智能機(jī)器來說，賦予機(jī)器以人類視覺功能是極其重要的。 在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢 查、測量和零件識別應(yīng)用，例如汽車零配件尺寸檢查 和自動裝配的完整性檢查，電子裝配線的元件自動定 位，飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和 字符識別等。這類應(yīng)用的共

2、同特點是連續(xù)大批量生 產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求非常高。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成， 我們經(jīng)常在一些工廠的現(xiàn)代化流水線后面看到數(shù)以百計甚至逾千的檢測工人來執(zhí)行這道工序，在 給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時，仍然不能保證100%的檢驗合格率（即零缺陷”， 而當(dāng)今企業(yè)之間的競爭，已經(jīng)不允許哪怕是0.1%的缺陷存在。有些時候，如微小尺寸的精確快 速測量，形狀匹配，顏色辨識等，用人眼根本無法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，其它物理量傳感器也難有用 武之地。這時，人們開始考慮把計算機(jī)的快速性、可靠性、結(jié)果的可重復(fù)性，與人類視覺的高度 智能化和抽象能力相結(jié)合，由此逐漸形成了一門新學(xué)科一一機(jī)

3、器視覺 機(jī)器機(jī)器視覺是研究用計算機(jī)來模擬生物宏觀視覺功能的科學(xué)和技術(shù)。通俗地說，就是用機(jī) 器代替人眼來做測量和判斷。首先采用CCD照相機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用 的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號 進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等；最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和 /不合格、有 / 無等。機(jī)器視覺的特點 其他條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格 是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比， 機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)的是精度 和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。 機(jī)器機(jī)器視覺是一個相當(dāng)新且發(fā)展十

4、分迅速的研究領(lǐng)域。人們從 20 世紀(jì) 50 年代開始研究二 維圖像的統(tǒng)計模式識別， 60 年代 Roberts 開始進(jìn)行三維機(jī)器視覺的研究， 70 年代中， MIT 人工 智能實驗室正式開設(shè) “機(jī)器視覺 ”課程， 80 年代開始，開始了全球性的研究熱潮，機(jī)器視覺獲得 了蓬勃發(fā)展，新概念、新理論不斷涌現(xiàn)；現(xiàn)在，機(jī)器視覺仍然是一個非?；钴S的研究領(lǐng)域，與之 相關(guān)的學(xué)科涉及：圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)、模式識別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。 2. 機(jī)器視覺的系統(tǒng)構(gòu)成和分類 典型典型的視覺系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭， CCD 照相機(jī)，圖像處理單元（或圖像 捕獲卡），圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出

5、單元等。視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號， 而是經(jīng)過運(yùn)算處理之后的檢測結(jié)果，如尺寸數(shù)據(jù)。上位機(jī)如 PC 和 PLC 實時獲得檢測結(jié)果后， 指揮運(yùn)動系統(tǒng)或 I/O 系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動作，如定位和分選。 從視從視覺系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境分類，可分為 PC-BASED 系統(tǒng)和 PLC-BASED 系統(tǒng)?；?PC 的 系統(tǒng)利用了其開放性，高度的編程靈活性和良好的 Windows 界面，同時系統(tǒng)總體成本較低。系 統(tǒng)內(nèi)含高性能圖像捕獲卡 ,一般可接多個鏡頭，配套軟件方面，從低到高有幾個層次，如 Windows95/98/NT 環(huán)境下C/C+編程用DLL，可視化控件 ActiveX提供VB和VC+下的圖形化 編程

6、環(huán)境， 甚至 Windows 下的面向?qū)ο蟮臋C(jī)器視覺組態(tài)軟件， 用戶可用它快速開發(fā)復(fù)雜高級的 應(yīng)用。在基于 PLC 的系統(tǒng)中，視覺的作用更像一個智能化的傳感器，圖像處理單元獨(dú)立于系統(tǒng)， 通過串行總線和 I/O 與 PLC 交換數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)硬件一般利用高速專用 ASIC 或嵌入式計算機(jī)進(jìn)行圖 像處理， 系統(tǒng)軟件保存在圖像處理器中， 通過類似于游戲鍵盤的簡單裝置對顯示在監(jiān)視器中的菜 單進(jìn)行配置，或在 PC 上開發(fā)軟件然后下載。基于 PLC 的系統(tǒng)體現(xiàn)了可靠性高、集成化，小型 化、高速化、低成本的特點 3. 機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用 目前目前，國際上視覺系統(tǒng)的應(yīng)用方興未艾，而在中國，工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念

7、導(dǎo)入期， 各行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)在解決了生產(chǎn)自動化的問題以后，已開始將目光轉(zhuǎn)向測量自動化方面。 機(jī)器機(jī)器視覺極適用于大批量生產(chǎn)過程中的測量、檢查和辨識，如：零件裝配完整性，裝配 尺寸精度，零件加工精度，位置 /角度測量，零件識別，特性 /字符識別等。其最大的應(yīng)用行業(yè)為： 汽車，制藥，電子與電氣，制造，包裝/食品/飲料，醫(yī)學(xué)。如對汽車儀表盤加工精度的檢查，高 速貼片機(jī)上對電子元件的快速定位，對管腳數(shù)目的檢查，對IC表面印字符的辨識，膠囊生產(chǎn)中 對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查，軸承生產(chǎn)中對滾珠數(shù)量和破損情況的檢查，食品包裝上面對生產(chǎn) 日期的辨識，對標(biāo)簽貼放位置的檢查等等。下面給岀幾個例子： 生產(chǎn)線、裝配線質(zhì)

8、量檢測： 檢查印刷是否正確 外形及尺寸檢查 位置檢測 表面檢測 速度：動態(tài)或靜止目標(biāo)檢測， 檢測速度（吞吐量）可達(dá)：10物件/秒 裝瓶過程中最嚴(yán)格的質(zhì)檢員： 瓶體分類 標(biāo)簽檢查 缺損識別 灌瓶液位測量 零部件測量: 長度測量：精度可達(dá)1/1000 mm 角度測量 面積測量 公制單位的結(jié)果輸出 支持動態(tài)或靜態(tài)檢測，吞吐量可達(dá)：25物件/秒 完整性檢測：-確保標(biāo)簽與實際物品相符 標(biāo)簽印刷是否正確 外形輪廓檢查 表面檢測 代碼識別 可使用頻閃或連續(xù)光源 支持動態(tài)或靜態(tài)檢測吞吐量：10物件/秒 檢測牙膏管口邊緣毛刺： 對物件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)位置識別 檢測管口是否有毛刺或其他障礙物 通過異步觸發(fā)器對圖象進(jìn)行整體評估 顏料盒生產(chǎn)時的粘貼物監(jiān)控： 解決方案：安放顏料塊前，監(jiān)控顏料盒每一格中注 入的膠水量，避免注入太多或太少 檢驗傳動軸是否正確安裝，并且編碼一致: 解決方案：自動檢測編碼存在與否，以及封口和卡 子的位置 結(jié)論: 應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率。作為高精 度、非接觸的測量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在 整個測量控制系統(tǒng)中， 往往要與運(yùn)動控制系統(tǒng)配合完成位置矯正和進(jìn)給控制；另外，生產(chǎn)線上對 多工序進(jìn)行同步連續(xù)檢測時，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。機(jī)器視覺與運(yùn)動控制， 網(wǎng)絡(luò) 通訊等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正