随着工业4.0时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉入门学习
资料。
',[A KXJ THOYx :Nr; 机器视觉是一门学科技术，广泛应用于生产制造检测等工业领域，用来保证产品质量，控制生产流程，感知环境等。机器视觉系统是将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
,|$1(z*a{c {f4jE#a>v Z:h'kgG & 机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
09vVCM;DY q /*veL [g"nu0sOK 为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。
B=W#eu
<1 3; z1Hp2X 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
Z"Lr5'} jt 6_1^ 3%9XJ]Qao 当每个啤酒瓶移动经过检测
传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉
软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
F# 9^ RA)9 Es}`S Ie/ 机器人视觉引导玩偶定位应用：
Xl<*Fn? %?V~7tHm> PyI"B96gz 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
imM #z y W^HE1Dt] 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
x76;wQ :/Pxf N5 视觉检测在电子元件的应用：
|ul{d| N?rE:0SJ
N6BO UU] 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。
s."N7F {l/`m.Z 该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及
光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
D5Rp<PBq, Dby|l#X 机器视觉的应用领域:
M). CyY;bm Z onn •识别
j7I?K
:op= j)ln"u0R^B 标准一维码、二维码的解码
MR4k#{:w 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
^pY8'LF6 73u97oe>1 w?*79 u •检测
Jc]k\U 色彩和瑕疵检测
Uv <nJM 零件或部件的有无检测
{Qd oI Pr3 目标位置和方向检测
+,7v bs3 7N OF^/nU •测量
ZjY?T)WE9 pIpdVKen 尺寸和容量检测
EcytNY n 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
`l70i2xcj 3 TV4|&W; inq
{" 6 •机械手引导
M.qv'zV`xG NTK9`#SA 输出空间坐标引导机械手精确定位
f#I#24)RH `25<;@ ;U a48pSv 机器视觉系统的分类
]M "U 'Z 5mL4 Zq" •智能相机
(*vBpJyz% •基于嵌入式
:T@} CJ •基于PC
fpO2bD% $8 Xyz/CZPi %ib7)8Ki0 机器视觉系统的组成
XN \rq= rkdA4'66w •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
XXwo(trs~= •图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
{{pN 7Z
•判决执行：电传单元、机械单元
noB8*n0 >@a7Zzl0H e:N;Jx# 光源---光路原理
m9 c`"! P,G
: 9x"e 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
psiuoYf ]70ZerQ~L 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 oxnI/Z 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
M,oZ_tY% 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
i>-#QKqJ @S5HMJ2= ,@M<O!%Cs •光源---作用和要求
5vS[{;<& R S>qP;V*- 在机器视觉中的作用
QaA?UzB 照亮目标，提高亮度
]|K6Z>V 形成有利于图像处理的效果
R7h3O0@! 克服环境光照影响，保证图像稳定性
z/WGL 用作测量的工具或参照
^ e $!19g 良好的光场设计要求
2o1WXE %$ 对比度明显，目标与背景的边界清晰
dd
+ lQJ c 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
p)m5|GH24 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
zyP/'X_~: *L Y6hph" ~o K0k_{~ •光源---光场构造
+nB0O/m'U 23'{{@30 明场： 光线反射进入照相机
Gfy9YH~ 暗场：光线反射离开照相机
cc1M9kVi P{J9#.Zq&s
MpJ\4D5G •光源---构造光源
\;Q!}_ K 5'`Dr TOA YuJ{@"H 使用不同
照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：
, Qo:]Mj n\ BV*AH Y ;E'gP-J •相机
#i*PwgC%_ z_A\\ 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
4 +p1` 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
-H|!KnR 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
OJM2t`}_t 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
_)YB*z5 \CS 4aIp 0=40}n&` •相机--按照图像传感器区分
)"2eN3H/ mjk<FXW CCD相机：使用CCD感光芯片为图像传感器的相机,集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
];=|))ky" C } L2'l, CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图像传感器的相机 ,将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
+Oo-8f* KilN`?EJ •相机--按照输出图像颜色区分：
a^[s[j#^, M[-/ &;`f@ 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
I1K %n'D 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
:C0)[L WOeLn[ •相机--按输出信号区分
J'WOqAnPZ P"@^BQ4 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。
Z}SqiT *;F<Q!i&v 数字信号相机：信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。数字相机又包含1394相机、USB相机、Gige相机、CameraLink相机等
adgd7JjI* ]'hel#L;l •相机--按照传感器类型区分
VOg'_ #I N1x~-2( 面扫描相机：传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。
^ 6Yt2Bhs x~D8XN{ 线扫描相机：传感器上呈线状（一行或三行）分布的相机，其所成图像为一维“线”图像。
<'hoN/g muFWFq&yP •相机--CMOS VS CCD
2Ib
1D ?UeV5<TewS CCD
qn}VW0! CMOS
h ^14/L=| 串行处理
;.R)
uCd{= 并行处理
A4KkX 光线灵敏度高，图像对比度高
Uw3wR!: 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
@2_ E9{ T 低噪声
23Q 88z 存在固定模式噪音
[W3sveqj& 集成度较低
=fB"T+ 高集成度，芯片上集成了很多功能
$_\x}`c~. 取图速度慢，帧率低
`v2X p3o4f 取图速度块，帧率高
pR jrMS 功耗一般
XCXX(8To0= 功耗较低
Q;nC #cg 成本较高
hC]:+.Q+ 成本低
:}gEt?TUhs 5rQu^6& •相机--传感器的尺寸
qH d7C3 S5UQ
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
+u&3pK>f gieso f "t-9q •相机--像素
^B7Ls{ w:R #F(
'B 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
)?6% d ~HKzqGQy > r{Mn{1:O •相机--分辨率
'cc{sjG Cyo:Da
A 由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。
` /B+ ]4K4Nh~ •相机--帧率和行频
sx' eu;S ~K(mt0T ) 由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。
% ;a B#:p6 ?<M x* l •相机--快门速度（Shutter Speed）
dqFp"Xe"% )gAqWbkB CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
\,lIPA/L K\mFb 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
q:vGG K^ 4|4[3Ye7u: 全局快门（Global Shutter）：CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。
4.~ <|T8 PO:sF]5 •相机--智能相机
N ]\) Ok nD! t* P 智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
<$K7f 38:5 g_ ~|LAe-e" •镜头---主要
参数 b"OH Xu .VohW=D3 工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对
透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。
%D%
Ok7s}) p
)WRsJ8 参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口
;sx4w!Y, o/=61K8D d -8{ }Q 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
R+.kwq3CED 9j5-/
畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
Oa M~rze 8CH9&N5W5t ' hdLQ\J 畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。
5FsfJpw ZQ -6n1O >T{TE"XyO| •镜头---分类
O2U }jHsd ~Qf\DTM& CCTV镜头
d vo|9 > 专业摄影镜头
^E~1%Md. 远心镜头
7c6-
o"A ^)a j, U[ ;*=7>"o'` Zt9l d=T •镜头---远心镜头
T#v Y(d TpdYU*z_Br 在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样也会产生测量误差。采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。
