機(jī)械視覺(jué)原理aoi

1、機(jī)械視覺(jué)原理aoi機(jī)械視覺(jué)原理aoi第1頁(yè)背景多年來(lái)，機(jī)器視覺(jué)已在各式各樣領(lǐng)域中飾演著舉足輕重地位，並大量運(yùn)用在遙測(cè)、醫(yī)工、地質(zhì)探測(cè)、物件識(shí)別檢測(cè)以及家電用具等場(chǎng)合。這些應(yīng)用技術(shù)實(shí)例正快速成長(zhǎng)，也由於電子硬體，電腦效率大幅進(jìn)步，而以驚人變革速度在更新它們面貌而在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)呼聲中，大力推展自動(dòng)化機(jī)器視覺(jué)乃當(dāng)務(wù)首要之急。國(guó)內(nèi)在普通生產(chǎn)系統(tǒng)中，由於產(chǎn)品檢測(cè)耗費(fèi)人力資源且淘汰劣品而降低生產(chǎn)量，而與生產(chǎn)單位目標(biāo)相衝突，所以業(yè)界往往無(wú)法進(jìn)行線上之產(chǎn)品檢驗(yàn)，而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)乃自動(dòng)化檢測(cè)之經(jīng)濟(jì)有效方式。機(jī)械視覺(jué)原理aoi第2頁(yè)什麼是機(jī)器視覺(jué) ?模擬人類眼、腦與手動(dòng)作。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是一項(xiàng)集光學(xué)、電子、機(jī)械及電腦

2、資訊技術(shù)整合科技。為了取得一些資訊以控制機(jī)器或製程，而利用光學(xué)及非接觸性觸感方式來(lái)擷取影像並解釋影像。CCD電腦機(jī)器人機(jī)械視覺(jué)原理aoi第3頁(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域機(jī)械視覺(jué)原理aoi第4頁(yè)為什麼要機(jī)械視覺(jué)？安全全檢重現(xiàn)性(降低人為誤差)降低成本高速化細(xì)微化回饋化高精度機(jī)械視覺(jué)原理aoi第5頁(yè)應(yīng)用層面近來(lái)科技發(fā)展，所產(chǎn)生機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不斷推陳出新，在一切要求自動(dòng)化前題之下機(jī)器視覺(jué)加上影像處理系統(tǒng)已經(jīng)在許多工廠自動(dòng)化量測(cè)方面飾演著主要角色，比如布匹線上檢測(cè)系統(tǒng)、銲道追蹤及熔渣監(jiān)控、射出成型產(chǎn)品之應(yīng)力測(cè)量，生產(chǎn)工件形狀檢測(cè)、沖壓元件曲面測(cè)量，熱軋鋼板尺寸及瑕疵檢測(cè)等，在非接觸性要求下，均可利用機(jī)器視覺(jué)處

3、理系統(tǒng)來(lái)完成，不僅可提升工廠生產(chǎn)效率，更可使產(chǎn)品之品質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械視覺(jué)原理aoi第6頁(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)之應(yīng)用機(jī)械視覺(jué)原理aoi第7頁(yè)機(jī)械視覺(jué)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(jī)照明設(shè)備影像顯示器機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第8頁(yè)視覺(jué)系統(tǒng)組成機(jī)械視覺(jué)原理aoi第9頁(yè)電腦視覺(jué)系統(tǒng)主件硬體 : 必須含有成本效益(cost-effective)與其它系統(tǒng)無(wú)關(guān)(off-the-shelf system)特征在設(shè)計(jì)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第10頁(yè)成像基礎(chǔ)原理機(jī)械視覺(jué)原理aoi第11頁(yè)成像基礎(chǔ)原理機(jī)械視覺(jué)原理aoi第12頁(yè)CCD攝影機(jī)類比式 輸出訊號(hào)：美規(guī)RS170(黑白)/NTSC(彩色) 歐規(guī)CCIR(黑白)/PAL(彩色) 掃瞄方式：交錯(cuò)(Interlace)/非交錯(cuò)(Non-Interlace)數(shù)位式 輸出訊號(hào)：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(cuò)式種類面掃瞄L(zhǎng)ine掃瞄TDI(Time Delay Integration)掃瞄機(jī)械視覺(jué)原理aoi第13頁(yè)CCD輸出時(shí)序機(jī)械視覺(jué)原理aoi第14頁(yè)圖場(chǎng)機(jī)械

5、視覺(jué)原理aoi第15頁(yè)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(gòu)在個(gè)人電腦具彈性機(jī)械視覺(jué)原理aoi第16頁(yè)影像卡結(jié)構(gòu)A/D轉(zhuǎn)換器擷取CCD影像類比信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)位信號(hào)PC匯流排介面飾演電腦與影像卡之間橋樑影像儲(chǔ)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(yùn)算系統(tǒng)鐘脈提供穩(wěn)定工作頻率控制單元協(xié)調(diào)各模組間之運(yùn)作D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)位影像轉(zhuǎn)換以輸出監(jiān)視器影像卡基礎(chǔ)模組機(jī)械視覺(jué)原理aoi第17頁(yè)影像擷取卡主要基礎(chǔ)功效可接美規(guī)/歐規(guī)，彩色/黑白訊號(hào)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第18頁(yè)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(yùn)算處理器Variable Scan接不一樣規(guī)格訊號(hào)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第19頁(yè)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(jī)鏡頭顯微鏡頭120相機(jī)(60 x45mm film)用鏡頭機(jī)械視覺(jué)原理aoi第20頁(yè)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第21頁(yè)機(jī)構(gòu)/控制單元系統(tǒng)機(jī)臺(tái)電控(P

7、LC、PC-Base)X-Y精密Table系統(tǒng)整合、穩(wěn)定度測(cè)試機(jī)械視覺(jué)原理aoi第22頁(yè)Area CCD Camera感光元件大小機(jī)械視覺(jué)原理aoi第23頁(yè)CCD Camera主要功效電子快門(shutter)Auto Gain Control(AGC):GammaSyncResolutionTrigger機(jī)械視覺(jué)原理aoi第24頁(yè)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(huà)素：NTSC768Hx494V PAL752Hx582V全部畫(huà)素：NTSC811Hx508V PAL795Hx596VSensitivity(最小照度)Cell

8、Size(810m)頻譜響應(yīng)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第25頁(yè)鏡頭基礎(chǔ)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(zhǎng)(Focal length)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第26頁(yè)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第27頁(yè)鏡頭參數(shù)相互關(guān)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(zhǎng)以對(duì)焦點(diǎn)為界，前方景深短，後方景深長(zhǎng)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第28頁(yè)景深將成像幕移動(dòng)而不致影響清楚度之最大距離機(jī)械視覺(jué)原理aoi第29頁(yè)CCTV鏡頭固定焦距(f=6mmf=100mm)廉價(jià)會(huì)隨工件距離不一樣，影像大小改

9、變可搭配延伸環(huán)，達(dá)到放大效果有變焦鏡頭供選擇工作距離很長(zhǎng)（低倍率）失真高（高倍率時(shí)）可用不一樣濾鏡加強(qiáng)影像特徵機(jī)械視覺(jué)原理aoi第30頁(yè)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第31頁(yè)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第32頁(yè)Telecentric鏡頭平行光輸入，沒(méi)有視角誤差鏡頭大於實(shí)際FOV同軸光輸入價(jià)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(yīng)用機(jī)械視覺(jué)原理aoi第33頁(yè)Telecentric鏡頭機(jī)械視覺(jué)原理aoi第34頁(yè)35mm鏡頭鏡頭口徑大可選購(gòu)C-mount轉(zhuǎn)接環(huán)接C-mount攝影機(jī)透光性較好，鏡頭較銳利高解析CCD(2048pixel以上)適用機(jī)械視覺(jué)原理aoi第35頁(yè)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第36頁(yè)何謂放大倍率鏡頭放大倍率（光學(xué)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(duì)角線大小和感光元件對(duì)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第37頁(yè)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第38頁(yè)CCTV鏡頭和Telecentric鏡頭比較CCT

11、V Lens 物體側(cè)Telecentric Lens 兩側(cè)Telecentric Lens 優(yōu)點(diǎn) *尺寸小*價(jià)錢廉價(jià)*工作距離改變，Sample大小不會(huì)改變*當(dāng)使用同軸光時(shí)，可達(dá)到小型化*光圈可調(diào)，可提升景深*零失真缺點(diǎn) *工作距離改變Sample大小改變 *當(dāng)有同軸光時(shí)，鏡頭會(huì)大於普通鏡頭大小 *沒(méi)有同軸光時(shí)，鏡頭較大，且價(jià)位高 機(jī)械視覺(jué)原理aoi第39頁(yè)光源基礎(chǔ)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(kuò)散及導(dǎo)引方式：光纖、空氣、壓克力、玻璃鏡組等機(jī)械視覺(jué)原理aoi第40頁(yè)打光技巧打光好壞直接影響到取影品質(zhì)，好打光技巧不但能夠

12、凸顯物體對(duì)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(jiàn)打光技巧有a. Back lightingb. Directed lightingc. Vertical lightingd. Fluorescent lightinge. Bidirectional lighting f. Diffuse lighting機(jī)械視覺(jué)原理aoi第41頁(yè)打光技巧機(jī)械視覺(jué)原理aoi第42頁(yè)照明目標(biāo)獲得良好對(duì)比顯示顯像細(xì)節(jié)降低系統(tǒng)複雜度強(qiáng)化物體特徵增加信號(hào)/雜訊百分比機(jī)械視覺(jué)原理aoi第43頁(yè)人工光源機(jī)械視覺(jué)原理aoi第44頁(yè)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(shù)位或類比）燈泡更換輕易可加裝濾鏡亮度穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生熱機(jī)械視覺(jué)原理aoi第45頁(yè)Halogen光源光纖導(dǎo)管（light guide )種類環(huán)形線型背光板單束雙束多束擴(kuò)散型特別設(shè)計(jì)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第46頁(yè)LED光源特色：低消耗功率，power單純針對(duì)不一樣應(yīng)用，不一樣形式設(shè)計(jì)可提供不一樣顏色LED，產(chǎn)生不一樣效應(yīng)壽命長(zhǎng)(約40000小時(shí)以上)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第47頁(yè)LED光源LED模組種類環(huán)形投射低角度投射擴(kuò)散投射無(wú)影投射四邊投射背光板式投射特殊設(shè)計(jì)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第48頁(yè)高週波螢光燈源特色：高頻點(diǎn)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(yīng)用色溫高（約5400oK以上）彩色CCD適用燈管壽命長(zhǎng)(約小時(shí))擴(kuò)散板光線柔和，減少反光機(jī)械視覺(jué)原理aoi第49頁(yè)閃光燈源特色：閃光頻率快，瞬間能量強(qiáng)適合快速檢測(cè)可由外部調(diào)整頻率燈管壽命約4000小時(shí)，但價(jià)錢高可外接不一樣light guide導(dǎo)光機(jī)械視覺(jué)原理aoi第50頁(yè)濾光鏡為一種輔助CCD而用來(lái)擷取更清楚影像工具，可視為一種影像前處理。常見(jiàn)濾光鏡及其相對(duì)功效UV Filter過(guò)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(lán)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(nèi)部材料應(yīng)力分佈機(jī)械視覺(jué)原理aoi第51頁(yè)影像分析處理流程機(jī)械視覺(jué)原理aoi第52頁(yè)影像分析處理基礎(chǔ)原理介紹影像表示基礎(chǔ)分析影像前處理影像分割進(jìn)階分析特徵擷取建立和訓(xùn)練分類模型偵測(cè)/確認(rèn)機(jī)械視覺(jué)原理aoi第53頁(yè)影像表示影像資料最輕易表達(dá)方法為利用矩陣，矩陣內(nèi)每一點(diǎn)表示待測(cè)物經(jīng)光源反射後被所擷取數(shù)值透過(guò)影像卡所轉(zhuǎn)換數(shù)值，就不一樣領(lǐng)域上應(yīng)用分析可分成兩大領(lǐng)域空間域二值影像(Binary Images) : 其數(shù)值由0,1所組成灰階值影像(Gray-Scale Images) : 其數(shù)值介於0至255之間彩色影像(Color Images) : 由R,G,B所組成,其數(shù)值介於0

16、至255之間頻率域: 由空間域影像透過(guò)轉(zhuǎn)換(如複利葉, 小波)而形成影像表示空間機(jī)械視覺(jué)原理aoi第54頁(yè)黑白影像灰階影像, 其數(shù)值為0至255二值影像, 其數(shù)值為0或1機(jī)械視覺(jué)原理aoi第55頁(yè)複利葉轉(zhuǎn)換機(jī)械視覺(jué)原理aoi第56頁(yè)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(jī)械視覺(jué)原理aoi第57頁(yè)濾波(Filters)基礎(chǔ)概念0410110104223542531Laplacian Filter(03)+(1 5)+(0 2)+(1 2)+(-4 3)+(1 4)+(0 4)+(1 2)+(0 5)=1機(jī)械視覺(jué)原理aoi第58頁(yè)Example of Noise RemovalMean Filters機(jī)械視覺(jué)原理aoi第59頁(yè)Image Enhancement by Filters Sobel filter機(jī)械視覺(jué)原理aoi第60頁(yè)Image Enhancement by Thresholding機(jī)械視覺(jué)原理aoi第61頁(yè)影像分割目標(biāo)

18、 : 將影像做細(xì)分成一些組成部份,其細(xì)分程度取決於所欲分離目標(biāo)物, 當(dāng)目標(biāo)物被分離, 則分割停頓。方法 :濾波技巧臨界值(threshold)法機(jī)械視覺(jué)原理aoi第62頁(yè)使用濾波進(jìn)行影像分割Soble Filter機(jī)械視覺(jué)原理aoi第63頁(yè)臨界值技巧進(jìn)行影像分割臨界值基礎(chǔ)概念 : 利用影像灰階直方圖對(duì)影像做分割依影像特征可分成兩大類 :二值法多值法機(jī)械視覺(jué)原理aoi第64頁(yè)ExampleThreshold機(jī)械視覺(jué)原理aoi第65頁(yè)特徵擷取何謂特徵擷?。繉?duì)於工件辨識(shí)或是瑕疵分類來(lái)說(shuō)，通常要從原始影像直接做分析並非易事。所以在作法上，會(huì)先對(duì)原始影像作一先前處理，如影像強(qiáng)化，接著利用影像分割技巧將所要辨識(shí)或是分類物件框起來(lái)，然後對(duì)所框區(qū)域灰階值（以單色為例）資料進(jìn)行彙總。 此彙總值就稱為特徵值，其目標(biāo)再於透過(guò)特徵值能夠用來(lái)區(qū)分不一樣物件之間差異性。特徵擷取主要性一個(gè)好特徵值不但能夠使辨識(shí)變得簡(jiǎn)單輕易，而且能夠提升辨識(shí)準(zhǔn)確度。如要進(jìn)行犯罪辨識(shí)採(cǎi)用指紋作為特徵值一定會(huì)比用年齡或性別來(lái)有效。機(jī)械視覺(jué)原理aoi第66頁(yè)特徵擷取原則需要對(duì)資料特征有充分瞭解?；A(chǔ)上這是要靠經(jīng)驗(yàn)或是專家來(lái)決