機(jī)器視覺(jué)期末考試

機(jī)器視覺(jué)期末考試機(jī)器視覺(jué)期末考試機(jī)器視覺(jué)期末考試xxx公司機(jī)器視覺(jué)期末考試文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度1.機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)范圍技術(shù)層次：底層基礎(chǔ)元件和材料、圖像和視覺(jué)核心算法、視覺(jué)硬件和系統(tǒng)（含照明）、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境系統(tǒng)流程：取像=》分析=》結(jié)果輸出部件與系統(tǒng)軟：硬件：照明、光學(xué)元件、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、工具軟件、智能相機(jī)相關(guān)技術(shù)：運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人、通訊2.鏡頭基本概念視野(FOV)圖像采集設(shè)備所能夠覆蓋的范圍，它可以是在監(jiān)視器上可以見(jiàn)到的范圍，也可以使設(shè)備所輸出的數(shù)字圖像所能覆蓋的最大范圍。最大/最小工作距離（WorkDistance）從物鏡到被檢測(cè)物體的距離的范圍，小于最小工作距離大于最大工作距離系統(tǒng)均不能正確成像。景深（DepthOfField）

在某個(gè)調(diào)焦位置上，景深內(nèi)的物體都可以清晰成像。畸變幾何畸變指的是由于鏡頭方面的原因?qū)е碌膱D像范圍內(nèi)不同位置上的放大率存在的差異。幾何畸變主要包括徑向畸變和切向畸變。如枕形或桶形失真。成像面可以在鏡頭的像面上清晰成像的物方平面光圈與F值光圈是一個(gè)用來(lái)控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1.4，f2，f2.8etc。焦距焦距是像方主面到像方焦點(diǎn)的距離。如16mm，25mm分辨率測(cè)量系統(tǒng)能夠重現(xiàn)的最小的細(xì)節(jié)的尺寸常常用每毫米線(xiàn)對(duì)來(lái)表示，也就是根據(jù)這個(gè)鏡頭能夠分辨一毫米內(nèi)多少對(duì)直線(xiàn)。選擇鏡頭的時(shí)候必須注意廠商給出的分辨率的定義方式。3.鏡頭的分類(lèi)按照等效焦距分為廣角鏡頭等效焦距小于標(biāo)準(zhǔn)鏡頭（等效焦距為50mm）的鏡頭。特點(diǎn)是最小工作距離短，景深大，視角大。常常表現(xiàn)為桶形畸變。中焦距鏡頭焦距介于廣角鏡頭和長(zhǎng)焦鏡頭之間的鏡頭。通常情況下畸變校正較好。長(zhǎng)焦距鏡頭等效焦距超過(guò)200mm的鏡頭。工作距離長(zhǎng)，放大比大，畸變常常表現(xiàn)為枕形狀畸變。按照功能分變焦距鏡頭鏡頭的焦距可以調(diào)節(jié)，鏡頭的視角，視野可變定焦距鏡頭鏡頭的焦距不能調(diào)節(jié)，鏡頭視角固定。聚焦位置和光圈可以調(diào)節(jié)定光圈鏡頭光圈不能調(diào)節(jié)，通常情況下聚焦也不能調(diào)節(jié)按照用途分微距鏡頭（或者成為顯微鏡頭）用于拍攝較小的目標(biāo)具有很大的放大比遠(yuǎn)心鏡頭包括物方遠(yuǎn)心鏡頭和像方遠(yuǎn)心鏡頭以及雙邊遠(yuǎn)心鏡頭。4.工業(yè)相機(jī)的基本概念物理放大率傳感器感光面積于視野的比值，整個(gè)參數(shù)基本取決于鏡頭系統(tǒng)放大率最后顯示環(huán)節(jié)上目標(biāo)的尺寸于實(shí)際目標(biāo)尺寸的比值。系統(tǒng)放大率取決于物理放大率和顯示系統(tǒng)的闡述。對(duì)于自動(dòng)測(cè)量和檢測(cè)系統(tǒng)而言，物理放大率具有關(guān)鍵的意義。系統(tǒng)放大率僅僅對(duì)于需要人機(jī)交互進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)有意義像素（Pixel=picture+element）傳感器感光面上最小感光單位分辨率(Resolution)模擬制式相機(jī)的分辨率取決于傳感器上像素的數(shù)目以及后期處理電路的質(zhì)量，數(shù)字相機(jī)的傳分辨率則直接取決與傳感器上像素的數(shù)目。相機(jī)掃描方式：隔行掃描、逐行掃描CCD的基本工作原理：當(dāng)光子撞擊到硅原子上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自由電子，再將這些自由電子收集在一起形成信號(hào)。工業(yè)相機(jī)分類(lèi)：按照?qǐng)D像傳感器區(qū)分CCD相機(jī)：使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)CMOS相機(jī)：使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)按照輸出圖像顏色區(qū)分：?jiǎn)紊鄼C(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)。按照傳感器類(lèi)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(xiàn)掃描相機(jī)傳感器上呈線(xiàn)狀（一行或三行）分布的相機(jī)，其所成圖像為一維“線(xiàn)”圖像。按輸出信號(hào)區(qū)分模擬信號(hào)相機(jī)從傳感器中傳出的信號(hào)，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，即普通視頻信號(hào)，后再傳到圖像采集卡中。數(shù)字信號(hào)相機(jī)信號(hào)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。5.圖像采集卡的基本概念圖像采集卡（FrameGraber）圖像采集卡是圖像采集部分和處理部分的接口。圖像經(jīng)過(guò)采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并輸入、存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器的過(guò)程，叫做采集、數(shù)字化。A/D轉(zhuǎn)換視頻量化處理是指將相機(jī)所輸出的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PC所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，即A/D轉(zhuǎn)換。視頻信號(hào)的量化處理是圖像采集處理的重要組成部分。6.光源簡(jiǎn)述機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)工作的基本程序：取像=》分析=》結(jié)果輸出光源：為確保視覺(jué)系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息而提供照明的裝置光源的目的是將待測(cè)區(qū)域與背景明顯區(qū)分開(kāi)將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)“凝固”在圖像上增強(qiáng)待測(cè)目標(biāo)邊緣清晰度消除陰影抵消噪光光源是一個(gè)視覺(jué)應(yīng)用開(kāi)始工作的第一步適合的光源可以提高系統(tǒng)檢測(cè)精度、運(yùn)行速度及工作效率獲得完美圖像的6大要素：高系統(tǒng)精度、清晰成象、避免畸變、保持待測(cè)物體在成象中大小一致、圖像中待測(cè)部分反差最大化、恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光獲得完美圖像的6大要素及控制因素·高系統(tǒng)精度。控制因素：視野、相機(jī)分辨率?！で逦上??？刂埔蛩兀虹R頭、光源·避免畸變?？刂埔蛩兀虹R頭、系統(tǒng)標(biāo)定·保持待測(cè)物體在成象中大小一致。控制因素：視野、拍照角度、待測(cè)物位置·反差最大化?？刂埔蛩兀汗庠础で‘?dāng)?shù)恼彰髋c曝光。控制因素：光源、鏡頭如何獲得完美圖像·選擇適合的光源、鏡頭、相機(jī)·學(xué)會(huì)如何使用、控制光源、鏡頭、相機(jī)如何選擇光源：背光——測(cè)量系統(tǒng)的最佳選擇、亮場(chǎng)——最直接的照明、暗場(chǎng)——適合光滑表面的照明、結(jié)構(gòu)光法——最簡(jiǎn)便的三維測(cè)量、影子的利用——最不直接的測(cè)量、同軸光——昂貴的光源、彩色的考慮7.圖像處理的基本步驟高通濾波：增強(qiáng)對(duì)比度低通濾波：降低噪音Sobel：提取邊緣基本形態(tài)算子·腐蝕(erosion)：取最小值·膨脹(dilation)：取最大值·中值濾波(Medianfilter)：取中間值門(mén)限種類(lèi)·單門(mén)限：將圖像像素分2類(lèi)·雙門(mén)限：將圖像像素分3類(lèi)門(mén)限選取方式·手動(dòng)選?。喝缃^對(duì)值、相對(duì)值等·自動(dòng)選?。喝缱罴验T(mén)限8.邊緣檢測(cè)算法Roberts邊緣檢測(cè)算子；Sobel邊緣檢測(cè)算子；Prewitt邊緣檢測(cè)算子；Krisch邊緣檢測(cè)；LoG_Laplacian高斯-拉普拉斯算子；邊緣上的這種變化可以通過(guò)微分算子進(jìn)行檢測(cè)：一階導(dǎo)數(shù)：通過(guò)梯度來(lái)計(jì)算特點(diǎn)：對(duì)于亮的邊，邊的變化起點(diǎn)是正的，結(jié)束是負(fù)的。對(duì)于暗邊，結(jié)論相反。常數(shù)部分為零。用途：用于檢測(cè)圖像中邊的存在二階導(dǎo)數(shù)：通過(guò)拉普拉斯算子來(lái)計(jì)算特點(diǎn)：二階微分在亮的一邊是正的，在暗的一邊是負(fù)的。常數(shù)部分為零。用途：確定邊上的像素是在亮的一邊，還是暗的一邊，0用于確定邊的準(zhǔn)確位置邊緣檢測(cè)算法有如下四個(gè)步驟濾波：邊緣檢測(cè)算法主要是基于圖像強(qiáng)度的一階和二階導(dǎo)數(shù)，但導(dǎo)數(shù)的計(jì)算對(duì)噪聲很敏感，因此必須使用濾波器來(lái)改善與噪聲有關(guān)的邊緣檢測(cè)器的性能．需要指出，大多數(shù)濾波器在降低噪聲的同時(shí)也導(dǎo)致了邊緣強(qiáng)度的損失，因此，增強(qiáng)邊緣和降低噪聲之間需要折衷．增強(qiáng)：增強(qiáng)邊緣的基礎(chǔ)是確定圖像各點(diǎn)鄰域強(qiáng)度的變化值．增強(qiáng)算法可以將鄰域（或局部）強(qiáng)度值有顯著變化的點(diǎn)突顯出來(lái)．邊緣增強(qiáng)一般是通過(guò)計(jì)算梯度幅值來(lái)完的．檢測(cè)：在圖像中有許多點(diǎn)的梯度幅值比較大，而這些點(diǎn)在特定的應(yīng)用領(lǐng)域中并不都是邊緣，所以應(yīng)該用某種方法來(lái)確定哪些點(diǎn)是邊緣點(diǎn)．最簡(jiǎn)單的邊緣檢測(cè)判據(jù)是梯度幅值閾值判據(jù)．定位：如果某一應(yīng)用場(chǎng)合要求確定邊緣位置，則邊緣的位置可在子像素分辨率上來(lái)估計(jì)，邊緣的方位也可以被估計(jì)出來(lái)．邊緣檢測(cè)中經(jīng)常碰到的問(wèn)題是：·圖像中存在太多的細(xì)節(jié)。比如，前面例子中的磚墻·圖像受到噪聲的干擾，不能準(zhǔn)確的檢測(cè)邊緣解決的一個(gè)方法是在邊緣檢測(cè)之前對(duì)圖像進(jìn)行平滑Roberts邊緣檢測(cè)算子實(shí)現(xiàn)步驟(1)取得原圖的數(shù)據(jù)區(qū)指針。(2)開(kāi)辟一個(gè)和原圖相同大小的圖像緩沖區(qū)，并設(shè)定新圖像初值為全白（255）。(3)每個(gè)像素依次循環(huán)，用Roberts邊緣檢測(cè)算子分別計(jì)算圖像中各點(diǎn)灰度值，對(duì)它們平方之和，再開(kāi)方。(4)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)復(fù)制到原圖數(shù)據(jù)區(qū)。Sobel邊緣檢測(cè)算子