項目9 工業(yè)視覺系統(tǒng)搭建

1、 電子與信息技術(shù)專業(yè)傳感器技術(shù)項目九 工業(yè)視覺系統(tǒng)搭建大連電子學(xué)校 DALIAN ELECTRONIC SCHOOL 任務(wù)1 項目任務(wù)書 視覺處理系統(tǒng)是人工智能及自動化相關(guān)產(chǎn)業(yè)必不可少的核心零部件之一，而工業(yè)相機(jī)又是視覺處理系統(tǒng)的核心部件之一。目前，含有視覺處理系統(tǒng)的人工智能及自動化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、國防、科技等重要領(lǐng)域。9.1.1 項目描述 任務(wù)1 項目任務(wù)書 根據(jù)給定要求選擇合適的相機(jī)、鏡頭、控制卡，構(gòu)畫系統(tǒng)圖，按照流程搭建簡易的工業(yè)視覺系統(tǒng)，制作一臺尺寸測試裝置。9.1.2 項目任務(wù) 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識1. 定義 工業(yè)相機(jī)又稱照相機(jī)，是將被測光信號轉(zhuǎn)換成

2、電信號的輸出裝置，是實現(xiàn)圖像檢測和圖像識別的首要環(huán)節(jié)。它具有高圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等優(yōu)良性能。2. 組成 工業(yè)相機(jī)一般由高度集成的CCD或CMOS傳感器模塊和密閉外殼二部分組成，傳感器模塊集成了敏感元件和轉(zhuǎn)換放大傳輸線路。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識3. 感光原理 CCD傳感器每一行中的每一個像素電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器輸出；而在CMOS傳感器中，每個像素都會鄰接一個放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路方式將數(shù)據(jù)輸出。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識4. CCD和CMOS性能差異（1）靈

3、敏度（2）成本（3）分辨率（4）噪聲（5）功耗 CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗和高整合度的特點(diǎn)。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識5. 分類（1）按芯片類型分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)；（2）按傳感器的結(jié)構(gòu)特性分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)；（3）按掃描方式分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)；（4）按分辨率大小分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)；（5）按輸出信號方式分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)；（6）按輸出色彩可以單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)；（7）按輸出信號速度分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)；（8）按響應(yīng)頻率范圍分為可見光（普通）相

4、機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等；（9）按輸出接口形式又有RJ45、USB、IEEE1394、RS422、RS644等。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識6. 特性工業(yè)相機(jī)的特性如下：（1）像素數(shù) 工業(yè)相機(jī)CCD 傳感器的最大像素數(shù)。對于一定尺寸的 CCD 芯片，像素數(shù)越多則每一像素單元的面積越小，因而工業(yè)相機(jī)的分辨率也就越高。（2）分辨率 當(dāng)工業(yè)相機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器上能夠看到的最多線數(shù)。 （3）最低照度 當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度，而使工業(yè)相機(jī)輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識6. 特性（4）信

5、噪比 信號對噪聲的比值乘以20log。CCD 工業(yè)相機(jī)的信噪比的典型值為 4555dB。（5）自動光圈接口 標(biāo)準(zhǔn) CCD 工業(yè)相機(jī)大都帶有驅(qū)動自動光圈鏡頭的接口，有些提供兩種驅(qū)動方式（視頻驅(qū)動、直流驅(qū)動）。視頻驅(qū)動自動光圈接口有3個針，即電源正、視頻和接地；直流驅(qū)動自動光圈接口有4個針，即阻尼正、阻尼負(fù)、驅(qū)動正和驅(qū)動負(fù)。（6）電子快門比照照相機(jī)機(jī)械快門的功能術(shù)語，相當(dāng)于控制CCD 圖像傳感器的感光時間。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識6. 特性（7）自動增益控制 工業(yè)相機(jī)輸出的視頻信號必須達(dá)到 0.7VPP，為了能在不同的景物照度條件下都能輸出0.7VPP 的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號，放大

6、器的增益必須能在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種增益調(diào)節(jié)通常都是自動完成的，實現(xiàn)此功能的電路稱為自動增益控制電路，簡稱AGC電路。（8）背光補(bǔ)償 也稱作逆光補(bǔ)償或逆光補(bǔ)正，可以有效補(bǔ)償工業(yè)相機(jī)在逆光環(huán)境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。（9）線鎖定同步 利用交流電源來鎖定工業(yè)相機(jī)場同步脈沖的一種同步方式?？上涣麟娫吹母蓴_。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識6. 特性（10）白平衡與黑平衡 白平衡直接影響重現(xiàn)圖像的彩色效果，當(dāng)工業(yè)相機(jī)白平衡設(shè)置不當(dāng)時，重現(xiàn)圖像就會出現(xiàn)偏色，特別是會使不帶色彩的景物也著上了顏色。黑平衡是工業(yè)相機(jī)在拍攝黑色景物或者蓋上鏡頭蓋時，輸出的3個基本電平應(yīng)相等，使監(jiān)視器

7、屏幕上重現(xiàn)純黑色；（11）水平相位調(diào)整 水平相位（HP）也稱作行相位，它與彩色副載波具有嚴(yán)格的鎖定關(guān)系；（12）垂直相位調(diào)整 也稱作場相位，它與行相位也具有嚴(yán)格的鎖定關(guān)系，主要是用于保證正確的電視掃描規(guī)律。 任務(wù)2 信息收集9.2.1 工業(yè)相機(jī)的基本知識7. 應(yīng)用（1）工業(yè)檢測系統(tǒng)（2）質(zhì)量檢測系統(tǒng)（3）儀表板總成智能集成測試系統(tǒng)（4）金屬板表面自動控傷系統(tǒng)（5）汽車車身檢測系統(tǒng)（6）紙幣印刷質(zhì)量檢測系統(tǒng)（7）智能交通管理系統(tǒng)（8）金相分析（9）醫(yī)療圖像分析（10）瓶裝啤酒生產(chǎn)流水線檢測系統(tǒng) 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)1.系統(tǒng)構(gòu)成 典型的視覺系統(tǒng)一般由圖象采集、圖像分析處理和

8、輸入輸出三大部分構(gòu)成。 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)2.圖像采集 圖像的獲取是將被測物體的圖像和特征轉(zhuǎn)換成能被計算機(jī)處理的數(shù)據(jù)。一般利用光源、光學(xué)系統(tǒng)、相機(jī)和圖像處理單元（或圖像捕獲卡）獲取被測物體的圖像。 （1）光源圖為常用的環(huán)形單色和多色光源。 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)2.圖像采集（2）光學(xué)系統(tǒng) 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)2.圖像采集（3）圖像采集卡圖像采集卡主要完成對模擬視頻信號的數(shù)字化處理。 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)3. 圖像分析處理 機(jī)器視覺系統(tǒng)中，視覺信息的處理主要依賴于圖像處理，包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸

9、、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計算機(jī)對圖像進(jìn)行分析、處理和識別。 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)4. 應(yīng)用實例（1）藥粒檢測 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)4. 應(yīng)用實例（2）說明書檢測 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)4. 應(yīng)用實例（3）視覺抓取 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)4. 應(yīng)用實例（4）SPI和AOI SPI（Solder Paste Inspector）和AOI（Auto Optical Inspector）的中文名稱分別

10、是錫膏檢測儀和自動光學(xué)檢測儀。 任務(wù)2 信息收集9.2.2 工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)4. 應(yīng)用實例（5）工業(yè)顯微鏡 任務(wù)2 信息收集9.2.3 材料的選擇 材料選擇是指設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時，根據(jù)需要對光源、鏡頭、相機(jī)、采集控制卡、圖像分析軟件進(jìn)行的選擇。因為不同光學(xué)視覺系統(tǒng)性能不同，因此對材料的選擇至關(guān)重要。 任務(wù)3 項目實施9.3.1外觀結(jié)構(gòu) 任務(wù)3 項目實施9.3.2 尺寸測量儀尺寸測量儀 尺寸測量儀是工業(yè)生產(chǎn)檢測中必不可少的測量工具，同傳統(tǒng)的測量工具相比，它具有非接觸、客觀、多功能、高效率和高可靠性等特點(diǎn)。尤其在線式尺寸測量，需要與生產(chǎn)線節(jié)拍同步的測試速度，因此在線式光學(xué)尺寸測量儀的優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)了出來。

11、 任務(wù)3 項目實施9.3.2 尺寸測量儀2. 測量原理 光學(xué)圖像尺寸測量原理基本如圖 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程測量軟件（1）啟動圖標(biāo) （2）主操作界面 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程測量軟件（3）產(chǎn)品信息 （4）測試模式與數(shù)據(jù)顯示 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程測量軟件（5）圖像設(shè)置 （6）視頻模式和拍照模式 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程 2.測量過程（1）長度與寬度測量 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程 2. 測量過程（ 2）面積測量 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程 2.測量過程（3）測量模塊的使用 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程 2.測量過程

12、（4）3D View的使用 任務(wù)3 項目實施9.3.3 工作過程 2.測量過程（5）尺寸校正打開視頻；把隨機(jī)配置的寬度差為0.2mm的校正塊（陶瓷或者不銹鋼量塊）緊密相連，放置在工作平臺上；顯示校正塊的圖像；測試長度值；校正塊長度值；點(diǎn)擊校準(zhǔn)并輸入0.200，然后點(diǎn)擊確定。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建1設(shè)備及元器件序 號設(shè)備及元器件數(shù) 量1工業(yè)相機(jī)1臺2鏡頭1 個3光源1個4數(shù)據(jù)線1套5計算機(jī)1臺6測試軟件1套7結(jié)構(gòu)支架1套8標(biāo)準(zhǔn)量塊1個 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建2. 搭建前注意事項（1）清晰的辨識工業(yè)相機(jī)和鏡頭的差別；（2）不能用手觸摸相機(jī)的傳感器部分，

13、以免靜電損傷像素單元；（3）不能用手觸碰鏡頭的透鏡，以免損傷表面鍍膜層；（4）電纜線不能混淆使用，注意接口的差別；（5）相機(jī)等光學(xué)元件應(yīng)注意輕拿輕放；（6）緊固螺釘必須擰緊。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建3. 搭建（1）搭建準(zhǔn)備清理搭建現(xiàn)場；清點(diǎn)原件數(shù)量是否正確；檢查設(shè)備及元件有無損壞；尤其檢查接口插針是否歪斜，插口是否有異物；搭建工具與元器件分開，保持20cm以上的距離，防止碰傷； 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建3. 搭建（2）搭建工藝要求緊固螺釘要鎖緊，不規(guī)定具體的力矩數(shù)值；載物臺保持水平，如有水平度的特殊要求，需要使用水平儀校正；相機(jī)要與載物臺面保持垂直，以

14、相機(jī)的視野能覆蓋被測對象為宜；相機(jī)的固定螺釘需試探性擰緊，防止用力過猛損壞相機(jī)的螺孔螺紋；接口信號線的插入，保證正對后再小心插入，防止插針損壞；帶有固定螺釘?shù)牟孱^的固定，注意兩邊的螺釘同時試探性擰緊，防止偏斜；需要數(shù)據(jù)采集卡的測量儀，在裝配數(shù)據(jù)采集時，同裝配計算機(jī)板卡的要求一致。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建4. 調(diào)試（1）調(diào)試準(zhǔn)備將多余的搭建工具收拾起來，裝進(jìn)工具箱；將雜亂無章的線纜整理有序，防止纏繞，保證不妨礙相機(jī)視野； 再次檢查是否有元器件或螺釘?shù)冗z留，并保證沒有任何遺留物存在；檢查完成后的檢查儀的緊固部位、線纜接口是否有異常，并排除異常；檢查相機(jī)與載物臺之間的是否有障礙

15、物，將其清空；保證無誤后，開啟電腦，開啟照明電源；啟動測試軟件，熟悉測試軟件的界面及功能。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建4. 調(diào)試（2）光學(xué)調(diào)試 序號光學(xué)調(diào)試內(nèi)容及步驟目的將校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)量塊放置于載物臺，相機(jī)的正下方；初步確定被測物體的位置，方便校準(zhǔn)時能較容易找到工件；用手前后左右移動標(biāo)準(zhǔn)量塊使量塊處于視野正中心；為了減小測試誤差，工件必須放置于視野正中心；調(diào)整相機(jī)上下移動的旋鈕手柄，調(diào)整相機(jī)焦距，使屏幕中視野中的量塊達(dá)到最清晰；為了減小測試誤差，被測位置必須位于相機(jī)鏡頭組的聚焦平面上；第與第步可以交叉進(jìn)行調(diào)試。達(dá)到最佳效果。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建4. 調(diào)試

16、（3）校準(zhǔn)調(diào)試 序號校準(zhǔn)調(diào)試內(nèi)容及步驟目的明確標(biāo)準(zhǔn)量塊的間隔是多少mm；標(biāo)準(zhǔn)量塊是校準(zhǔn)測量儀器必備的依據(jù)；打開校準(zhǔn)菜單；校準(zhǔn)菜單在測試軟件中是不可缺少的內(nèi)容；用鼠標(biāo)將兩條測試線分別用矩形框框住，以指明標(biāo)準(zhǔn)尺寸線；告訴測試軟件，將要對框住的兩條測試線之間的尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)；將標(biāo)準(zhǔn)的量塊間隔尺寸輸入電腦，以告知電腦第二步的尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸；以框住的兩條測試線之間的尺寸作為標(biāo)準(zhǔn)尺寸；關(guān)閉校準(zhǔn)窗口。完成校準(zhǔn)。 任務(wù)3 項目實施9.3.4 尺寸測量儀的搭建4. 調(diào)試（4）故障排除 序號常見故障模式可能原因解決方法視野中漆黑一片；鏡頭蓋沒摘掉；摘掉鏡頭蓋；視野中無任何工件；工件不在視野中；相機(jī)焦距沒調(diào)準(zhǔn)；移動工件到視野；上下移動相機(jī)，到視野中有清晰的工件為止；移動工件時，視野中工件的影響不跟隨移動；相機(jī)的信號線沒插牢，或線芯斷