機器視覺技術原理

1、為什么需要機器視覺?正方形?圓形?A相對B?Edward H. Adelson機器視覺： 相機和人類視覺看到的存在不同的差異I人類大腦可以推斷看不到的部分人類大腦可以從多個角度構律出完整的圖像瞬膵腿矗鼬聽戢蠶黑殿親騙:搜易'典型系統(tǒng)安裝24 VDC以太網(wǎng)（可選）隔離I/O串口通訊（可選）操作界面（可選）機器視覺優(yōu)勢1. 質量&精度 保持一直，無主觀意識,24/7全時檢測2. 節(jié)省勞動成本 消除工資/福利待遇/培訓/責任等等3. 減少廢料在生產(chǎn)過程中控制廢品輸出到下一道工序4. 提高生產(chǎn)效率 機器視覺檢測快于人眼檢測5. 客戶關系使用機器視覺保證質量維護良好的客戶關系機器視覺優(yōu)勢

2、6. 數(shù)據(jù)存檔 備份產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)，便于以后查詢7. 推動技術共享 允許其他工廠自動化共享技術，（如，機器人）8. 遠程監(jiān)控遠程診斷機器問題以及故障排除9. 容錯能力錯誤發(fā)生之前報警，防止廢品出現(xiàn)10. 人類安全應用與人類無法工作的環(huán)境機器視覺基礎 每個像素的亮度（RGB顏色值）是通過 一個軟件工具（算法 ）分析出來的結果值312檢測過程步驟1:成像系統(tǒng)1相機，光學器件（鏡頭），光源目標圖像一成像為背景與需要檢測的特征形成 強烈的對比。校準&比例尺度檢測過程步驟2：檢測方法閥值&梯度分析圖像增強FOV視場內(nèi)定位產(chǎn)品十a(chǎn)分析_測量，特征查找分析,讀取令守檢測過程步驟3:通訊顯示檢測

3、數(shù)據(jù)到顯不器通過/失敗狀態(tài)發(fā)送到設備剔除裝置檢測數(shù)據(jù)的過程控制成像相機圖像傳感器灰度&彩色光譜敏感度光學器件（鏡頭）標準VS.遠心光源考慮事項選光技巧成像一術語相機圖像傳感器工作距離分辨率 DOF 一景深 FOV 視場CameraSensor Size圖像傳感器網(wǎng)格光學探測器（像素）捕捉光轉換光亮級別到電子信號 CCD vs. CMOS -換算方法圖像傳感器圖像傳感器Actual Size圖像傳感器圖像傳感器灰度0-255 （0-黑，255 - 白）IMPACT使用比例尺度(0-100%)圖像傳感器彩色光通過一個過濾器被傳遞通過三原色感光器轉換成電子信號圖像傳感器圖像傳感器GBJB&a

4、mp;BRGRGRGGBBGB1RGRGRGGBGBGBRGRGRGBayer Filter像素&工作距離像素：像素是最小的測量單位，通過像素的強度來進行各種機器視覺 功能的分析. 相機中更多的像素可以發(fā)現(xiàn)比較小的特征.工作距離:是從鏡頭前邊緣到需要檢測部分清晰對焦的距離基本知識景深&視場景深(DOF): 鏡頭到目標零件清晰對焦的距離. 需要注意的是較短的間距或者更小孔徑的退經(jīng)將會增加景深。視場(FOV): 成像區(qū)域通過鏡頭投影到圖像傳感器。木橋大多數(shù)成像傳感器使用的是4:3的長寬比(4個單位寬度以 及3個單位的高度).基本知識從物體表面轉換信息到相機光源相機物休表面基本知識機

5、器視覺良好圖像清晰的檢測特征良好的對比度可測量性可重復性檢測部分敏感度，盡量減少圖像干擾，保證檢測 部分箱定鏡頭鏡頭常規(guī)鏡頭：通用，適用于大部分的應用C型接口光圈調整過濾器連接口説定螺絲(2)常規(guī)鏡頭低成本，小尺寸鏡頭畸變大型目標物體，特征查找,非測量應用鏡頭 遠心鏡頭：減小鏡頭畸變螺釘螺絲(2)光圈調整C型接口焦距調整遠心鏡頭高成本，大尺寸無鏡頭畸變小目標物體，公差控制測量常規(guī)鏡頭vs遠心鏡頭常規(guī)鏡頭vs遠心鏡頭常規(guī)鏡頭遠心鏡頭常規(guī)鏡頭vs遠心鏡頭常規(guī)鏡頭遠心鏡頭擴展接管擴展接管小光圈：圖像傳感器獲取少量的光線 增大景深(DOF)有助于整體解決大光圈:允許圖像傳感器獲取更多的光線 減小景深(

6、DOF)通常只用于傳統(tǒng)鏡頭加大鏡頭的焦距（放大）減小鏡頭視場減小鏡頭工具距離較少光源數(shù)光學器件計算器Pixel Size-Frames /Second|Notes下載_http:/wwwpptvisi on .com/downloads optics calculator .html輸入?yún)?shù)，以便于選擇正確的 鏡頭光源-特征對比度!取決于目標物體以及光源相互作用，不同的 信息被傳送到相機。光源-特征吸收反射傳遞漫反射鏡面反射在人多數(shù)情況下，所有這些特征現(xiàn)象的組合取決于冃標表面特性以及光 的波長。光源一源光源一源300400相對強度()波長(nm)500600700光源-方法Dome碗型光結構光

7、同軸光Dome碗型光結構光同軸光暗視場2 A亮視場背光源| La 羅 |FKIIDome碗型光結構光同軸光亮視場優(yōu)點：- 通用用途- 設置容易注：- 熱點落在光亮的表面可以過濾小的陰影部 分IIVALP MMS卽520韻暗視場窗占- '話調高速變化- 漫射表面被照亮- 鏡面表面發(fā)暗背光優(yōu)點： :-青晰的邊緣過渡- 通常用于高對比度圖像- 表面光亮度、顏色以及無 高度差用于測量應用Dome碗狀光源環(huán)光EXP心犯優(yōu)點：- 忽略表面紋理特企- 用于不平坦表面褶皺鋁箔Dome 光結構光激光線用于產(chǎn)品分析- 用于缺陷對比- 用于高度差計算O-Ring Present同軸光優(yōu)點：- 鏡面表面被照亮

8、- 強調表面紋理傾斜表面發(fā)暗光源選擇明亮-使用相同顏色光源灰暗-使用反色光源1. 確定檢測的需求以及特征2. 確定解決方法的限制條件3. 開始使用最有可能的打光技術方法4. 實際當中測試可能的方案移動被測量目標曝光時間固定裝置5. 繼續(xù)優(yōu)化上一個已選擇的打光方案更改條件或者打光方法獲取到更優(yōu)的方案測試文檔圖像系統(tǒng)分辨率系統(tǒng)-相機，光學器件，軟件最小可分辨特征尺寸大小最好小于檢測公差5-10倍影響因素圖像傳感器分辨率-640X480. 2456x2058光學器件質量軟件分辨率測量-亞像素技術1/3像素特征-5x5像素面積。幾 QG QQ Q 00只。O.Q 巧卩30 OO o»o &g

9、t; C)0 <)*0 oM ® e e e © )Zo標定目標標定補償透鏡畸變比例因子-比如1英尺視場（FOV） 存在1000個像素二0.001 V像素重新標定：如果光路發(fā)生變化（鏡頭, 安裝支架等等因素）比例因子無任何畸變不創(chuàng)僅僅是比例因子系數(shù)=單位/像素閥值圖像上分段黑&白部分（二值化）自動以及固定閥值方法0-75%0-25%梯度邊緣檢測的一種方法灰度值變化率Greylevel vs. Gradientlu.2pe03020100-10-20-30GreylevelGradient685848381009080706050403020100-a)>

10、a-Aa>028降噪-形態(tài)學 圖像增強減少不必要的干擾因素增強特征/邊緣會使用比較長的處理時間方法形態(tài)學光亮均勻化二值化降噪-形態(tài)學 Morphology CloseMorphology DilateMorphology ErodeMorphology Open3-2=1 ROI以及全部圖像多次重復處理比較長的處理時間結果-改進圖像質量但是Image Math可能降低/改變原特征部分增強ROI以及全部圖像an創(chuàng)建黑/白圖像結果-改進圖像質量 gLight LevelingBinary Image Filter處理光照不一致的部分定位機械部分運動的補償允許使用精度定位的檢測工具優(yōu)化工具速度

11、方法邊緣定位 Blob查找定位-原點工具1到3個ROI （感興趣區(qū)域）單點定心功能結果-X, Y,以及角度定位-Blob工具Blob多特征（多個blob）質心以及角度結果一 X,Y,以及角度定位-Blob工具定位-Blob工具MAR 2008定位-模式發(fā)現(xiàn)學習一個模式（模板）搜索匹配結果結果X,Y,以及角度Contour Pattern FindCorrelation Pattern Find匹配度%.SiPinpoint Pattern FindMAR 2008測量工線段/圓形測量公差-標準值,+/-比例標定（真實單位）方法線段測量圓形測量測量-線段測量邊緣查找ROI(s)點到點尺寸 X,

12、Y,或者點距結果-距離，通過/失敗測量-線段測量測量-線段測量Cinzle Gauge多點結果（平均值）背離點檢測 結果-中心，同心度，內(nèi)徑，外徑，通過/失敗特征查找缺陷以及特征點的存在/缺少方法灰度分析灰度百分比像素計數(shù) Blob分析灰度像素區(qū)域大小以及形狀過濾模式匹配模板匹配（學習）結果-條形碼，OCR等特征-Blob分析A”已rag已 Intensit1/多個ROIContrast檢查比例/計數(shù)結果-強度，像素計數(shù)，通過/失敗多個ROI形狀過濾（面積，高度，寬度等等）Blob結果-blob序列，blob計數(shù)，通過/失敗特征-Blob分析特征-Blob分析特征-模板 學習“標準部分”檢測不

13、同的圖像結果-合成圖像，blob數(shù)據(jù)，通過/失敗Adaptive T已mplateGreyscale TemplateVIA TRAC 14 PLUS呼h Macg股 CWnpPeriphenl Dilatation Catheter; rUc»；4oPtnooi P«edSR>你“加*45e*jir<£o* " fgdUSQFS*Peripheral Dilatation CPoriphoral Oil2 cwtf D 心x» jiWiCw :vif»o<&14 Plu> ic M 20"

14、» REF 1006194-20'IIIIIMWIIIIIIREF1008194-20oRrag 7081661 2007-a6F3>F wm Peripheral Dilatation ClllllllllllllllllllllllJI)勺fuSf； 7061561 HI 20074)6 2033fV)alr»14 Plus $0X?：ff* K REF10C6194-206FMrir|grER】wRiniVIA TRAC* 14 PLUSWith M»crogld« Co«1inatheter;tWocaiWkjo. C ”

15、PerfMi：. FEWScnaMHM F.ft傳 d4»i«v悅亠 Perfect o*Hato<wte* Kg曲侶 反呻p"A 曲堿REF1008194-20讀取工條形碼（UPC5 12& 2 of 5,等等）二維碼OCR （光學字符識別）-學習字庫BarcodeCharacter Con tour MatchData MatrixOCR-設置最小匹配百分數(shù)以及匹配字符結果-字符，通過/失敗5MA0734CMAR 2008通過/失敗狀態(tài)輸岀隔離輸出到機器控制單元理想控制(快速直接通訊)檢測數(shù)據(jù)到處理控制數(shù)據(jù)-測量，亮度，百分比等.串口輸出網(wǎng)口輸出協(xié)議 TCP/IP EtherNet/IP or PCCC (AB PLC) MODBUS ActiveXDiscrete InputDiscrete OutputSerial Port OutTCP/IP OutModbus ServerAB PCCC ServerEtherNet/IP OPC服務器測量重復性唯一正確的方法就是創(chuàng)建一個應用程序-使用合格的鏡頭，光源以及軟