機器視覺基礎課件

機器視覺基礎知識機器視覺基礎機器視覺技術示意圖觸發(fā)信號獲取圖像圖像處理輸出DigitaloutputSerialoutEthernetI/PTCP/IPoutsensorPLCRobotFieldBus機器視覺基礎成像系統(tǒng)相機，光學部件，光源目標–特征部分與“背景”形成高反差的圖像校正&比例縮放檢測方法灰度分析（閥值）&梯度分析圖像增強在視場（FOV）內定位產品零件檢測分析–測量，特征點查找檢測，讀取等設備通訊Pass/Fail結果狀態(tài)輸出檢測數(shù)據(jù)分析控制輸出機器視覺系統(tǒng)概述機器視覺基礎基礎術語相機圖像傳感器灰度&彩色光學器件(鏡頭)標準鏡頭vs.遠心鏡頭光源基礎知識技巧機器視覺系統(tǒng)概述機器視覺基礎相機-Camera圖像傳感器-ImageSensor鏡頭-Lens工作距離-WorkingDistance視場（FOV）

–FieldofView景深（DOF）

–DepthofField分辨率-Resolution示意圖機器視覺基礎圖像傳感器光電探測器網格

(像素陣列)轉換光亮度級別成電子信號CCDvs.CMOS–轉換方式不同CCD&CMOS機器視覺基礎灰度像素深度轉換光亮度級別成可測量信號級別0–255(0–黑,255–白)部分軟件使用百分比表示方法(0-100%)純白=255純黑=0中等灰度=128灰度機器視覺基礎CCDCMOS填充因數(shù)高中等系統(tǒng)干擾低中等響應速度中等稍快動態(tài)范圍高中等建?？?，質量高差速度中等偏高較高圖像質量高一般耗電性能中等稍微少于CCDCCD&CMOS機器視覺基礎分辨率焦距景深兼容芯片尺寸遠心畸變鏡頭機器視覺基礎印刷和紙張檢測鏡頭兼容芯片尺寸和相機芯片尺寸關系鏡頭機器視覺基礎標準鏡頭成本較低,尺寸較小透視誤差距離的改變會引起大小的改變畸變大較大的檢測對象,特征點檢測,測量相對差光學器件機器視覺基礎遠心鏡頭成本較高,體積較大無透視誤差距離不改變大小畸變小較小檢測對象,精準測量

光學器件機器視覺基礎光學器件機器視覺基礎鏡頭機器視覺基礎標準鏡頭遠心鏡頭光學器件機器視覺基礎印刷和紙張檢測景深鏡頭機器視覺基礎目的將被測物體與背景盡量明顯分別，獲得高品質、高對比度的圖像。重要性直接影響處理精度和速度，甚至系統(tǒng)的成敗。光源機器視覺基礎目標–高對比圖像!最明顯的檢測特征點最不明顯的“背景”和干擾打光注意事項被檢測零件的特征打光技術彩色效果光源機器視覺基礎高頻熒光燈鹵素燈LED燈光源機器視覺基礎光源機器視覺基礎光源

鹵素燈泡（英文：halogenlamp），簡稱為鹵素泡或者鹵素燈，又稱為鎢鹵燈泡、石英燈泡，是白熾燈的一個變種。

原理是在燈泡內注入碘或溴等鹵素氣體，在高溫下，升華的鎢絲與鹵素進行化學作用，冷卻后的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。

鹵素燈供電電壓通常分為交流220V和直流12V兩種。

例子：氙氣燈泡

熒光燈，傳統(tǒng)型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在通電后釋放紫外線，從而使熒光粉發(fā)出可見光的原理發(fā)光，因此它屬于低氣壓弧光放電光源。機器視覺基礎LED光源的優(yōu)勢可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度；可根據(jù)需要制成各種顏色，并可以隨時調節(jié)亮度；通過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定；使用壽命長（約3萬小時，間斷使用壽命更長）；反應快捷，可在10us或更短的時間內達到最大亮度；電源帶有外觸發(fā)，可以通過計算機控制，起動速度快，可以用作頻閃燈；運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢；可根據(jù)客戶的需要，進行特殊設計。光源機器視覺基礎暗視野亮視野兩種常見正向打光方式光源機器視覺基礎兩種常見正向打光方式暗視野亮視野光源機器視覺基礎低角度光源機器視覺基礎前向光光源機器視覺基礎照明光源機器視覺基礎背光光源機器視覺基礎照射物白色光(混合色)藍色其它顏色被吸收光源機器視覺基礎傳遞反射鏡面反射漫反射吸收光源被檢測零件特征機器視覺基礎明視場暗視場背光結構光Dome光同軸光光源打光技術機器視覺基礎Dome光明視場光源案例機器視覺基礎白光得到各顏色單色圖像RVOBYG光源彩色效果機器視覺基礎偏振用于減少閃爍塑料或者玻璃偏光鏡交叉偏光鏡濾光鏡機器視覺基礎無濾色鏡紅色濾色鏡綠色濾色鏡濾光鏡應用機器視覺基礎相機工業(yè)相機有多種類型常見的分類方式如下黑白相機和彩色相機面陣相機和線陣相機CCD相機和CMOS相機模擬相機，數(shù)字相機，智能相機機器視覺基礎相機CameraLinkUsb2.01394a1394bGigEEthernet速度Base:1.5GbpsMedium:3.8GbpsFull:5.1Gbps480Mbps400Mbps800Mbps1000Mbps100Mbps距離10m5m4.5m4.5m100m100m優(yōu)勢1.帶寬高2.有帶預處理功能的采集設備3.抗干擾能力強1.易用2.價格低3.多相機1.易用，價格低，多相機2.傳輸距離遠，實際線纜可達到17.5m，光纖傳輸可達100m3.有標準DCAM協(xié)議4.CPU占用最低1.易用，價格低，多相機2.傳輸距離遠，線纜價格低3.標準GigEVision協(xié)議1.易用，價格低2.傳輸距離遠，線纜價格低缺點1.價格高1.無標準協(xié)議2.CPU占用高1.長距離傳輸線纜價格稍貴1.CPU占用高2.對主機配置要求高3.有時存在丟包現(xiàn)象1.無標準協(xié)議2.帶寬過低3.CPU占用過高機器視覺基礎相機面陣相機芯片是M*N方式排列；線陣相機芯片是1*N方式；機器視覺基礎系統(tǒng)組成–相機,光學部件,軟件最小可區(qū)別的特征大小系統(tǒng)測量精度–系統(tǒng)精度、重復精度影響因素分辨率

–640x480…1600x1200光學部件質量軟件分辨率測量

–亞像素概念特征點

–5x5像素區(qū)域成像系統(tǒng)分辨率機器視覺基礎目標校正使用標準的圓點目標校正板鏡頭畸變補償比例縮放

–例如：在1英寸視場內有1000個像素

=0.001”/像素重新標定變化的檢測必要條件。(鏡頭，工作距離，光源等等)比例縮放

無變形補償值=單位值/像素

校正機器視覺基礎圖像黑白部分分割界限自動或者固定的閥值方法0-25%0-75%灰度（閥值）機器視覺基礎邊緣檢測方法灰度值的變化率梯度分析機器視覺基礎較少多余的干擾提高被測的特征點或者邊緣可能占用寶貴的檢測時間方法…形態(tài)學方法

改變亮度級別二值化圖像增強機器視覺基礎全部或者部分圖像可多重反復處理延長檢測時間結果

–改良后圖像…但是…可能降低或者改變源特征降低干擾–腐蝕/膨脹/打開/關閉/數(shù)學機器視覺基礎全部或者部分圖像平衡亮度級別的不一致創(chuàng)建黑白圖像結果

–改良后的圖像圖像增強–亮度級別/二值化機器視覺基礎優(yōu)化工具運行速度，節(jié)約檢測時間，實現(xiàn)精確定位檢測方法…邊緣定位Blob定位模式匹配機器視覺基礎定位–Origin工具1到

3個ROI單點中心功能結果

-X,Y,以及角度機器視覺基礎定位–LineFind工具1個ROI(單方向)多點

(求平均)中心功能結果

–直線以及角度機器視覺基礎定位-Blob工具多特征

(blob)重心以及角度結果

–X,Y,以及角度機器視覺基礎定位–PatternFind訓練新的模式

(作為標準模型)搜尋匹配結果-X,Y,以及角度;匹配度

%.機器視覺基礎測量工具直線/圓形測量公差–名義值,+/-標定值(標定成圖紙尺寸)方法…直線測量

直線到基準測量圓形測量機器視覺基礎測量–CircleGauge多點

(多點形成一個圓形)離群值檢測結果–圓心,同心度,ID(內徑),OD（外徑）,pass/fail機器視覺基礎特征檢測多出/缺損特征以及缺陷檢測方法…灰度分析灰度百分比像素統(tǒng)計Blob分析灰度像素聚合通過大小以及外形過濾模式匹配模板匹配

(可訓練)結果

–條形碼,字符讀取（OCR）等機器視覺基礎特征檢測–AverageIntensity/Contrast多個ROI通過百分比、數(shù)量檢測結果

–亮度,像素數(shù)量,pass/fail機器視覺基礎特征檢測–Blob分析多個ROI外形過濾(面積，高度，寬度等)結果

–blob序列,blob數(shù)量,pass/fail機器視覺基礎模式匹配訓練理想模式查找最佳匹配結果

–定位,匹配率,pass/fail機器視覺基礎模板–Adaptive/Greyscale訓練理想模式檢測圖像的不同部分結果

–結果差異圖像,blob數(shù)據(jù),pass/fail機器視覺基礎讀取工具條形碼

(UPC,128,2of5,等等)數(shù)據(jù)點陣（光學字符識別）OCR訓練字形庫設置最小匹配率以及匹配字符結果

–字符,pass/fail機器視覺基礎通訊工具Pass/Fail結果狀態(tài)輸出離散輸出給機器控制理想控制(快速&直接通訊給出結果)檢測數(shù)據(jù)給出過程控制（根據(jù)具體的硬件平臺確定）數(shù)據(jù)

–尺寸,亮度，百分比等等串口輸出以太網口輸出協(xié)議TCP/IPEtherNet/IPorPCCC(ABPLC)MODBUSActiveXOPCServer機器視覺基礎視覺應用建立的基本思路前期評估：拿到檢測樣品、要求。根據(jù)要求在實驗室得