機(jī)器視覺基礎(chǔ)知識詳解

機(jī)器視覺基礎(chǔ)知識詳解隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，機(jī)器視覺在智能制造業(yè)領(lǐng)域的作用越來越重要，為了能讓更多用戶獲取機(jī)器視覺的相關(guān)基礎(chǔ)知識，包括機(jī)器視覺技術(shù)是如何工作的、它為什么是實(shí)現(xiàn)流程自動化和質(zhì)量改進(jìn)的正確選擇等。小編為你準(zhǔn)備了這篇機(jī)器視覺入門學(xué)習(xí)資料。機(jī)器視覺是一門學(xué)科技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造檢測等工業(yè)領(lǐng)域，用來保證產(chǎn)品質(zhì)量，控制生產(chǎn)流程，感知環(huán)境等。機(jī)器視覺系統(tǒng)是將被攝取目標(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，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。機(jī)器視覺優(yōu)勢：機(jī)器視覺系統(tǒng)具有高效率、高度自動化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率精度與速度。機(jī)器視覺系統(tǒng)與被檢測對象無接觸，安全可靠。人工檢測與機(jī)器視覺自動檢測的主要區(qū)別有：

為了更好地理解機(jī)器視覺，下面，我們來介紹在具體應(yīng)用中的幾種案例。案例一：機(jī)器人+視覺自動上下料定位的應(yīng)用:現(xiàn)場有兩個(gè)振動盤，振動盤1作用是把玩偶振動到振動盤2中，振動盤2作用是把玩偶從反面振動為正面。該應(yīng)用采用了深圳視覺龍公司VD200視覺定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過判斷玩偶正反面，把玩偶處于正面的坐標(biāo)值通過串口發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人收到坐標(biāo)后運(yùn)動抓取產(chǎn)品，當(dāng)振動盤中有很多玩偶處于反面時(shí)，VD200視覺定位系統(tǒng)需判斷反面玩偶數(shù)量，當(dāng)反面玩偶數(shù)量過多時(shí)，VD200視覺系統(tǒng)發(fā)送指令給振動盤2把反面玩偶振成正面。該定位系統(tǒng)通過玩偶表面的小孔來判斷玩偶是否處于正面，計(jì)算出玩偶中心點(diǎn)坐標(biāo)，發(fā)送給機(jī)器人。通過VD200視覺定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動上料，大大減少人工成本，大幅提高生產(chǎn)效率。案例二：視覺檢測在電子元件的應(yīng)用：此產(chǎn)品為電子產(chǎn)品的按鈕部件，產(chǎn)品來料為料帶模式，料帶上面為雙排產(chǎn)品。通過對每個(gè)元器件定位后，使用斑點(diǎn)工具檢測產(chǎn)品固定區(qū)域的灰度值，來判斷此區(qū)域有無缺膠情況。該應(yīng)用采用了深圳視覺龍公司的DragonVision視覺系統(tǒng)方案，使用兩個(gè)相機(jī)及光源配合機(jī)械設(shè)備，達(dá)到每次檢測雙面8個(gè)產(chǎn)品，每分鐘檢測大約1500個(gè)。當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品不良時(shí)，立刻報(bào)警停機(jī)，保證了產(chǎn)品的合格率和設(shè)備的正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

案例三：啤酒廠采用的填充液位檢測系統(tǒng)案例:當(dāng)每個(gè)啤酒瓶移動經(jīng)過檢測傳感器時(shí)，檢測傳感器將會觸發(fā)視覺系統(tǒng)發(fā)出頻閃光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的圖像并將圖像保存到內(nèi)存后，視覺軟件將會處理或分析該圖像，并根據(jù)啤酒瓶的實(shí)際填充液位發(fā)出通過-未通過響應(yīng)。如果視覺系統(tǒng)檢測到一個(gè)啤酒瓶未填充到位，即未通過檢測，視覺系統(tǒng)將會向轉(zhuǎn)向器發(fā)出信號，將該啤酒瓶從生產(chǎn)線上剔除。操作員可以在顯示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持續(xù)的流程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域：?識別標(biāo)準(zhǔn)一維碼、二維碼的解碼光學(xué)字符識別（OCR）和確認(rèn)（OCV）?檢測色彩和瑕疵檢測零件或部件的有無檢測

目標(biāo)位置和方向檢測?測量尺寸和容量檢測預(yù)設(shè)標(biāo)記的測量，如孔位到孔位的距離?機(jī)械手引導(dǎo)輸出空間坐標(biāo)引導(dǎo)機(jī)械手精確定位機(jī)器視覺系統(tǒng)的分類?智能相機(jī)?基于嵌入式?基于PCVDR龍.?VDR龍.?DrcgonVision是1Mtmt系說智能相機(jī) 基于窿八式 基于PCK機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成圖像獲?。汗庠?、鏡頭、相機(jī)、采集卡、機(jī)械平臺圖像處理與分析：工控主機(jī)、圖像處理分析軟件、圖形交互界面。判決執(zhí)行：電傳單元、機(jī)械單元

光源--光路原理照相機(jī)并不能看見物體，而是看見從物體表面反射過來的光。鏡面反射：平滑表面以對頂角反射光線漫射反射：粗糙表面會從各個(gè)方向漫射光線發(fā)散反射：多數(shù)表面既有紋理，又有平滑表面，會對光線進(jìn)行發(fā)散反射光源--作用和要求在機(jī)器視覺中的作用照亮目標(biāo)，提高亮度形成有利于圖像處理的效果克服環(huán)境光照影響，保證圖像穩(wěn)定性用作測量的工具或參照良好的光場設(shè)計(jì)要求對比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖像處理與顏色有關(guān)的還需要顏色真實(shí)，亮度適中，不過曝或欠曝;?光源一-光場構(gòu)造明場：光線反射進(jìn)入照相機(jī)暗場：光線反射離開照相機(jī)光源--構(gòu)造光源使用不同照明技術(shù)對被測目標(biāo)會產(chǎn)生不同的影響，以滾珠軸承為例:視場CFOV)視場CFOV)?相機(jī)一按照圖像傳感器區(qū)分分辨率ion)?相機(jī)種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOS指標(biāo)：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感應(yīng)曲線、動態(tài)范圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質(zhì)量、工作環(huán)境等工作模式：Freerun、Trigger(多種)、長時(shí)間曝光等傳輸方式：GIGE，Cameralinker,模擬工作距離簸深(DOF)

CCD相機(jī)(ChargeCoupledDevice):使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)，集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。CMOS相機(jī)(ComplementaryMetalOxideSemiconductor):使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)，將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。相機(jī)一按照輸出圖像顏色區(qū)分：單色相機(jī)：輸出圖像為單色圖像的相機(jī)。彩色相機(jī)：輸出圖像為彩色圖像的相機(jī)。相機(jī)一按輸出信號區(qū)分模擬信號相機(jī)：從傳感器中傳出的信號，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，即普通視頻信號后再傳到圖像采集卡中。數(shù)字信號相機(jī)：信號自傳感器中的像素輸出后，在相機(jī)內(nèi)部直接數(shù)字化并輸出。數(shù)字相機(jī)又包含1394相機(jī)、USB相機(jī)、Gige相機(jī)、CameraLink相機(jī)等相機(jī)一按照傳感器類型區(qū)分面掃描相機(jī)：傳感器上像素呈面狀分布的相機(jī)，其所成圖像為二維“面”圖像。線掃描相機(jī)：傳感器上呈線狀(一行或三行)分布的相機(jī)，其所成圖像為一維“線”圖像。?相機(jī)一CMOSVSCCDCCDCMOS串行處理并行處理光線靈敏度高，圖像對比度高光線靈敏度低，圖像對比度低，高動態(tài)范圍低噪聲存在固定模式噪音集成度較低高集成度，芯片上集成了很多功能取圖速度慢，幀率低取圖速度塊，幀率高功耗一般功耗較低成本較高成本低相機(jī)一傳感器的尺寸圖像傳感器感光區(qū)域的面積大小。這個(gè)尺寸直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。絕大多數(shù)模擬相機(jī)的傳感器的長寬比例是4：3(H：V)，數(shù)字相機(jī)的長寬比例則包括多種：1：1，4：3，3：2等。?相機(jī)一像素是成像于相機(jī)芯片的圖像的最小組成單位。以200萬像素的相機(jī)為例，滿屏有1600*1200個(gè)像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。?相機(jī)一分辨率由相機(jī)所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機(jī)的分辨率用水平和垂直分辨率兩個(gè)數(shù)字表示，如：1920(H)x1080(V)，前面的數(shù)字表示每行的像元數(shù)量，即共有1920個(gè)像元，后面的數(shù)字表示像元的行數(shù)，即1080行。相機(jī)一幀率和行頻由相機(jī)的幀率/行頻表示相機(jī)采集圖像的頻率，通常面陣相機(jī)用幀率表示，單位fps(FramePersecond，如30fps，表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集30幀圖像；線性相機(jī)通常用行頻表示，單位KHz,如12KHz表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。相機(jī)一快門速度(ShutterSpeed)CCD/CMOS相機(jī)多數(shù)采用電子快門，通過電信號脈沖的寬度來控制傳感器的光積分(曝光)時(shí)間。對于一般性能的的相機(jī)快門速度可以達(dá)到1/10000-1/100000秒。卷簾快門(RollingShutter)：多數(shù)CMOS圖像傳感器上使用的快門，其特征是逐行曝光，每一行的曝光時(shí)間不一致。全局快門(GlobalShutter)：CCD傳感器和極少數(shù)CMOS傳感器采用的快門，傳感器上所有像素同時(shí)刻曝光。相機(jī)一智能相機(jī)智能工業(yè)相機(jī)是一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)的機(jī)器視覺解決方案。智能工業(yè)相機(jī)一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信

裝置等構(gòu)成。由于應(yīng)用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機(jī)器視覺的應(yīng)用需求。?鏡頭--主要參數(shù)工業(yè)的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計(jì)算時(shí)會忽略厚度對透鏡的影響將其等效成沒有厚度的播透鏡模型，即理想凸透鏡。參數(shù)：焦距/視場/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數(shù)/畸變/接口分辨率：對色彩和紋理的分辨能力。畸變：鏡頭中心區(qū)域和四周區(qū)域的放大倍數(shù)不相同。畸變的校正一般用黑白分明的方格圖像來進(jìn)行，過程并不復(fù)雜。一般如果畸變小于2%,人CCTV鏡頭專業(yè)攝影鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭CCT磁頭價(jià)格CCT磁頭價(jià)格低分辨率低（20L/MM）畸變高焦距選擇范圍廣泛使用靈活性高適合應(yīng)用低精度測量/簡單檢測專業(yè)攝熹精頭遠(yuǎn)心睛頭中高中(40"80L/MM)高中低廣泛狹窄中低標(biāo)準(zhǔn)精度測量/定位高精度測量/縱深測量?鏡頭―-遠(yuǎn)心鏡頭在測量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測量誤差；即使物距是固定的，也會因?yàn)镃CD敏感表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣也會產(chǎn)生測量誤差。采用遠(yuǎn)心物鏡中的像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來的測量誤差。

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