機械視覺原理aoi

1、機械視覺原理aoi機械視覺原理aoi第1頁背景多年來，機器視覺已在各式各樣領域中飾演著舉足輕重地位，並大量運用在遙測、醫(yī)工、地質探測、物件識別檢測以及家電用具等場合。這些應用技術實例正快速成長，也由於電子硬體，電腦效率大幅進步，而以驚人變革速度在更新它們面貌而在促進產業(yè)升級呼聲中，大力推展自動化機器視覺乃當務首要之急。國內在普通生產系統(tǒng)中，由於產品檢測耗費人力資源且淘汰劣品而降低生產量，而與生產單位目標相衝突，所以業(yè)界往往無法進行線上之產品檢驗，而機器視覺系統(tǒng)乃自動化檢測之經濟有效方式。機械視覺原理aoi第2頁什麼是機器視覺 ?模擬人類眼、腦與手動作。機器視覺系統(tǒng)是一項集光學、電子、機械及電腦

2、資訊技術整合科技。為了取得一些資訊以控制機器或製程，而利用光學及非接觸性觸感方式來擷取影像並解釋影像。CCD電腦機器人機械視覺原理aoi第3頁機器視覺系統(tǒng)相關領域機械視覺原理aoi第4頁為什麼要機械視覺？安全全檢重現(xiàn)性(降低人為誤差)降低成本高速化細微化回饋化高精度機械視覺原理aoi第5頁應用層面近來科技發(fā)展，所產生機器視覺系統(tǒng)不斷推陳出新，在一切要求自動化前題之下機器視覺加上影像處理系統(tǒng)已經在許多工廠自動化量測方面飾演著主要角色，比如布匹線上檢測系統(tǒng)、銲道追蹤及熔渣監(jiān)控、射出成型產品之應力測量，生產工件形狀檢測、沖壓元件曲面測量，熱軋鋼板尺寸及瑕疵檢測等，在非接觸性要求下，均可利用機器視覺處

3、理系統(tǒng)來完成，不僅可提升工廠生產效率，更可使產品之品質達到標準。機械視覺原理aoi第6頁機器視覺技術之應用機械視覺原理aoi第7頁機械視覺系統(tǒng)之組成主控器(Host Computer)影像擷取卡(Frame Grabber)+影像處理器影像攝影機照明設備影像顯示器機構及控制系統(tǒng)機械視覺原理aoi第8頁視覺系統(tǒng)組成機械視覺原理aoi第9頁電腦視覺系統(tǒng)主件硬體 : 必須含有成本效益(cost-effective)與其它系統(tǒng)無關(off-the-shelf system)特征在設計上輕易使用(easy of use)具模組和彈性化(modular flexibility)軟體速度快(speed)可靠

4、(reliability)機械視覺原理aoi第10頁成像基礎原理機械視覺原理aoi第11頁成像基礎原理機械視覺原理aoi第12頁CCD攝影機類比式 輸出訊號：美規(guī)RS170(黑白)/NTSC(彩色) 歐規(guī)CCIR(黑白)/PAL(彩色) 掃瞄方式：交錯(Interlace)/非交錯(Non-Interlace)數位式 輸出訊號：RS422/LVDS/IEEE-1394/USB/特定格式 歐規(guī)CCIR(黑白)/PAL(彩色) 掃瞄方式：非交錯式種類面掃瞄Line掃瞄TDI(Time Delay Integration)掃瞄機械視覺原理aoi第13頁CCD輸出時序機械視覺原理aoi第14頁圖場機械

5、視覺原理aoi第15頁影像處理器固定功效影像處理器影像擷取卡特色：擷取卡功效依需要有多種選擇 架構在個人電腦具彈性機械視覺原理aoi第16頁影像卡結構A/D轉換器擷取CCD影像類比信號轉換為數位信號PC匯流排介面飾演電腦與影像卡之間橋樑影像儲存影像處理器介面影像處理器存取記憶體之緩衝電路影像處理器快速執(zhí)行低階運算系統(tǒng)鐘脈提供穩(wěn)定工作頻率控制單元協(xié)調各模組間之運作D/A轉換器將數位影像轉換以輸出監(jiān)視器影像卡基礎模組機械視覺原理aoi第17頁影像擷取卡主要基礎功效可接美規(guī)/歐規(guī)，彩色/黑白訊號PCI BUS/AGP BUS美規(guī)可抓取640(H)x480(V)pixels 歐規(guī)可抓取768(H)x5

6、76(V)pixels機械視覺原理aoi第18頁影像擷取卡Enhanced功效可由外部觸發(fā)(trigger)取像on board DSP/processor特殊運算處理器Variable Scan接不一樣規(guī)格訊號機械視覺原理aoi第19頁鏡頭CCTV鏡頭： 1.提供不一樣固定焦距選擇 2.變焦鏡頭Telecentric鏡頭35mm SLR Camera鏡頭:nikon、canon等攝影機鏡頭顯微鏡頭120相機(60 x45mm film)用鏡頭機械視覺原理aoi第20頁光源裝置Halogen光源LED光源高週波螢光燈源閃光燈源其它特殊光源機械視覺原理aoi第21頁機構/控制單元系統(tǒng)機臺電控(P

7、LC、PC-Base)X-Y精密Table系統(tǒng)整合、穩(wěn)定度測試機械視覺原理aoi第22頁Area CCD Camera感光元件大小機械視覺原理aoi第23頁CCD Camera主要功效電子快門(shutter)Auto Gain Control(AGC):GammaSyncResolutionTrigger機械視覺原理aoi第24頁CCD Sensor 規(guī)格Sensor尺寸大小(2/3”、1/2”、1/3”、1/4”、特別尺寸）有效畫素：NTSC768Hx494V PAL752Hx582V全部畫素：NTSC811Hx508V PAL795Hx596VSensitivity(最小照度)Cell

8、Size(810m)頻譜響應機械視覺原理aoi第25頁鏡頭基礎觀念景深(Depth of View)視野(Field of View)解析力(Resolution)光圈(IRIS/Aperture)視角(View / angle)焦距長(Focal length)機械視覺原理aoi第26頁機械視覺原理aoi第27頁鏡頭參數相互關係光圈大小與景深成反比鏡頭焦距與景深成反比視角愈廣，景深長以對焦點為界，前方景深短，後方景深長機械視覺原理aoi第28頁景深將成像幕移動而不致影響清楚度之最大距離機械視覺原理aoi第29頁CCTV鏡頭固定焦距(f=6mmf=100mm)廉價會隨工件距離不一樣，影像大小改

9、變可搭配延伸環(huán)，達到放大效果有變焦鏡頭供選擇工作距離很長（低倍率）失真高（高倍率時）可用不一樣濾鏡加強影像特徵機械視覺原理aoi第30頁機械視覺原理aoi第31頁機械視覺原理aoi第32頁Telecentric鏡頭平行光輸入，沒有視角誤差鏡頭大於實際FOV同軸光輸入價錢較貴低失真體積小重量輕工件距離固定可另外選擇不一樣工作距離鏡頭適合顯微放大應用機械視覺原理aoi第33頁Telecentric鏡頭機械視覺原理aoi第34頁35mm鏡頭鏡頭口徑大可選購C-mount轉接環(huán)接C-mount攝影機透光性較好，鏡頭較銳利高解析CCD(2048pixel以上)適用機械視覺原理aoi第35頁顯微鏡頭1x、

10、 2x、 5x、 10 x、 20 x、 50 x、 60 x不一樣倍率供選擇景深淺工作距離短機械視覺原理aoi第36頁何謂放大倍率鏡頭放大倍率（光學倍率/主要放大倍率） 定義：感光元件大小和FOV百分比Monitor放大倍率(9吋/14吋) 定義：Monitor影像對角線大小和感光元件對角線大小百分比系統(tǒng)全部放大倍率：主要放大倍率 X Monitor放大倍率機械視覺原理aoi第37頁怎樣使CCTV鏡頭做顯微放大用延伸環(huán)使用加倍鏡（放在鏡頭和CCD中間）Close up鏡（縮短距離） M（放大倍率）I(像距)O(物距)機械視覺原理aoi第38頁CCTV鏡頭和Telecentric鏡頭比較CCT

11、V Lens 物體側Telecentric Lens 兩側Telecentric Lens 優(yōu)點 *尺寸小*價錢廉價*工作距離改變，Sample大小不會改變*當使用同軸光時，可達到小型化*光圈可調，可提升景深*零失真缺點 *工作距離改變Sample大小改變 *當有同軸光時，鏡頭會大於普通鏡頭大小 *沒有同軸光時，鏡頭較大，且價位高 機械視覺原理aoi第39頁光源基礎介紹光源種類色溫觀念(色溫 color ccd感光愈好)打光主要性光源照射頻率：恆定光源/閃光光源光源光線擴散及導引方式：光纖、空氣、壓克力、玻璃鏡組等機械視覺原理aoi第40頁打光技巧打光好壞直接影響到取影品質，好打光技巧不但能夠

12、凸顯物體對比且清楚顯示被攝物體表現(xiàn)紋路、特徵以及減少影像雜訊。常見打光技巧有a. Back lightingb. Directed lightingc. Vertical lightingd. Fluorescent lightinge. Bidirectional lighting f. Diffuse lighting機械視覺原理aoi第41頁打光技巧機械視覺原理aoi第42頁照明目標獲得良好對比顯示顯像細節(jié)降低系統(tǒng)複雜度強化物體特徵增加信號/雜訊百分比機械視覺原理aoi第43頁人工光源機械視覺原理aoi第44頁Halogen光源特色：提供高亮度光源(50W、 100W、 150W、200

13、W)不一樣light guide可搭配Remote control亮度功效（數位或類比）燈泡更換輕易可加裝濾鏡亮度穩(wěn)定，不會產生熱機械視覺原理aoi第45頁Halogen光源光纖導管（light guide )種類環(huán)形線型背光板單束雙束多束擴散型特別設計機械視覺原理aoi第46頁LED光源特色：低消耗功率，power單純針對不一樣應用，不一樣形式設計可提供不一樣顏色LED，產生不一樣效應壽命長(約40000小時以上)機械視覺原理aoi第47頁LED光源LED模組種類環(huán)形投射低角度投射擴散投射無影投射四邊投射背光板式投射特殊設計機械視覺原理aoi第48頁高週波螢光燈源特色：高頻點燈，防止閃爍(3

14、0KHZ50KHZ)不一樣外徑供選擇可選擇不一樣顏色燈管，做不一樣應用色溫高（約5400oK以上）彩色CCD適用燈管壽命長(約小時)擴散板光線柔和，減少反光機械視覺原理aoi第49頁閃光燈源特色：閃光頻率快，瞬間能量強適合快速檢測可由外部調整頻率燈管壽命約4000小時，但價錢高可外接不一樣light guide導光機械視覺原理aoi第50頁濾光鏡為一種輔助CCD而用來擷取更清楚影像工具，可視為一種影像前處理。常見濾光鏡及其相對功效UV Filter過濾紫外線KR Filter降低色溫，使影像偏向紅色KB Filter增加色溫，使影像偏向藍色PL Filter消除反射光PF Filter檢視透明

15、工件於射出成型所造成內部材料應力分佈機械視覺原理aoi第51頁影像分析處理流程機械視覺原理aoi第52頁影像分析處理基礎原理介紹影像表示基礎分析影像前處理影像分割進階分析特徵擷取建立和訓練分類模型偵測/確認機械視覺原理aoi第53頁影像表示影像資料最輕易表達方法為利用矩陣，矩陣內每一點表示待測物經光源反射後被所擷取數值透過影像卡所轉換數值，就不一樣領域上應用分析可分成兩大領域空間域二值影像(Binary Images) : 其數值由0,1所組成灰階值影像(Gray-Scale Images) : 其數值介於0至255之間彩色影像(Color Images) : 由R,G,B所組成,其數值介於0

16、至255之間頻率域: 由空間域影像透過轉換(如複利葉, 小波)而形成影像表示空間機械視覺原理aoi第54頁黑白影像灰階影像, 其數值為0至255二值影像, 其數值為0或1機械視覺原理aoi第55頁複利葉轉換機械視覺原理aoi第56頁影像前處理 - 濾波技巧Noise Removal by filtersMean filters Median filtersImage Enhancement by filtersRoberts filtersSobel filtersLaplacian filtersPrewitt filtersKirsch filtersRobinson filtersFre

17、i-Chen filters機械視覺原理aoi第57頁濾波(Filters)基礎概念0410110104223542531Laplacian Filter(03)+(1 5)+(0 2)+(1 2)+(-4 3)+(1 4)+(0 4)+(1 2)+(0 5)=1機械視覺原理aoi第58頁Example of Noise RemovalMean Filters機械視覺原理aoi第59頁Image Enhancement by Filters Sobel filter機械視覺原理aoi第60頁Image Enhancement by Thresholding機械視覺原理aoi第61頁影像分割目標

18、 : 將影像做細分成一些組成部份,其細分程度取決於所欲分離目標物, 當目標物被分離, 則分割停頓。方法 :濾波技巧臨界值(threshold)法機械視覺原理aoi第62頁使用濾波進行影像分割Soble Filter機械視覺原理aoi第63頁臨界值技巧進行影像分割臨界值基礎概念 : 利用影像灰階直方圖對影像做分割依影像特征可分成兩大類 :二值法多值法機械視覺原理aoi第64頁ExampleThreshold機械視覺原理aoi第65頁特徵擷取何謂特徵擷取？對於工件辨識或是瑕疵分類來說，通常要從原始影像直接做分析並非易事。所以在作法上，會先對原始影像作一先前處理，如影像強化，接著利用影像分割技巧將所要辨識或是分類物件框起來，然後對所框區(qū)域灰階值（以單色為例）資料進行彙總。 此彙總值就稱為特徵值，其目標再於透過特徵值能夠用來區(qū)分不一樣物件之間差異性。特徵擷取主要性一個好特徵值不但能夠使辨識變得簡單輕易，而且能夠提升辨識準確度。如要進行犯罪辨識採用指紋作為特徵值一定會比用年齡或性別來有效。機械視覺原理aoi第66頁特徵擷取原則需要對資料特征有充分瞭解?；A上這是要靠經驗或是專家來決