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。
jkd8M;Jw Z~<V>b 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。
4}`MV . j\<S 6%p#R &kGSxYDk% 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：
bK7DGw` 1 420K fVA -lHJ\ = 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。
F{S.f1Bsp e %#f9i 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
[ q}WS5Cp )U?W+0[= 1k`!w} 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。
^;e`ZtcI mj pH)6aD0 机器人视觉引导玩偶定位应用：
O`4X[r1LD Z2r\aZ-d` AkF 3F^ 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。
n=~?BxB :Li)]qN.I 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。
1JY4 E2Q GZo^0U ,; 视觉检测在电子元件的应用：
!&kOqc5:t< Wl{Vz Wp ]u0w 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。
1E(pJu'K U]d+iz??b 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。
b /)UN*~ /V ^S)5r 机器视觉的应用领域:
tpS F[ W s<{c?4 T •识别
K)n( U9# 5M3QRJ! 标准一维码、二维码的解码
yTk9+ > 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
g S!M7xy Jx_4:G %(i(ZW " •检测
=1D*K% 色彩和瑕疵检测
d-4u*> 零件或部件的有无检测
#RcmO ** 目标位置和方向检测
'(Pbz
m1TP y-|1 •测量
}k%>%xQ. @Q'5/q+ 尺寸和容量检测
Ofn:<d 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
Z@>>ZS 1Do Mc.KLz&,FC ' Mg%G(3 •机械手引导
7+0hIKrFC g
wk\[I`; 输出空间坐标引导机械手精确定位
0GB6.Ggft 8<P.>u /c09- $M 机器视觉系统的分类
REa%kU "5@Y\L •智能相机
='s2S5#1 •基于嵌入式
CN zK-,
•基于PC
,5q^/h x9uA@$l^| sbg Rl% 机器视觉系统的组成
!-: a`Vs+ #df Aqg' •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
a-7nA •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。
;$Wa=wHb •判决执行：电传单元、机械单元
s4w<X}O_ pt=[XhxC(> j,Mp["X& 光源---光路原理
1r @v
\#P Odagac a 照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
y`'Ly@s GSl\n"S]= 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 4((Z8@iX/ 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
A:N!H_x 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
UF}fmDi <F&S |%$d/<<PZ •光源---作用和要求
y:1?~R YTY0N5[" 在机器视觉中的作用
W0R6<-
1 照亮目标，提高亮度
cZ5[ A T 形成有利于图像处理的效果
|G IT{_JE 克服环境光照影响，保证图像稳定性
LV`- eW 用作测量的工具或参照
t#kmtJC 良好的光场设计要求
3n
X7$ $X 对比度明显，目标与背景的边界清晰
a29mVmi > 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
guBOR 0x` 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
fE7Kv_N-% Yzd-1Jvk enZW2o97c •光源---光场构造
< &:3|2 p %R(j|a9z 明场： 光线反射进入照相机
3fpX 暗场：光线反射离开照相机
d
;r y!X s* rtm y![h •光源---构造光源
=PXNg!B}D* Rnj2Q!C2 5C/u`{4]Hg 使用不同
照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：
i; yz%Ug N+h|Ffnp yl|+D] •相机
P^+Og_$ L{aT"Of{X 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
J\#6U|a""u 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
S&@ ~F| 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
gm4-w 9M[p 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
@"Do8p!*(6 g~N)~]0 { }k'8*v}8 •相机--按照图像传感器区分
)07M8o !^l tBdvk>d 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。
-j<m0XUQ IgZX,4i=o 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。
==Ju2D?% ^k~{6S, •相机--按照输出图像颜色区分：
Q TM+ WD L[ rJ7: 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
VAV@Qn 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
jt;68SA
P :'#B U: •相机--按输出信号区分
}?"f#bI k f^Wzp 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。
UI |D?z< h|_G2p^J+" 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
?^0#:QevC -H {c@hl •相机--按照传感器类型区分
m&b!\"0
Ws}u4t 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。
DH @*Oz- R>#T {<<L 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。
v||8Q\d j @sd x)1+ •相机--CMOS VS CCD
IN),Lu0K kVZ>Dc2M CCD
B
+_D*a CMOS
^i #F+Q`1 串行处理
XA>@0E>1r 并行处理
i7:j(W^I8 光线灵敏度高，图像对比度高
fytgS(?I' 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
YgrBIul 低噪声
Wv$e/ N`l 存在固定模式噪音
G$Z8k,g+<7 集成度较低
F71.%p7C8" 高集成度，芯片上集成了很多功能
c7'I '~ 取图速度慢，帧率低
P7<~S8)Y 取图速度块，帧率高
7teg*M{ 功耗一般
;%hlh)k$ 功耗较低
ad }^Dj/ 成本较高
`[/BG)4 成本低
f`P%aX'cBQ `fc2vaSH = •相机--传感器的尺寸
,]1K^UeZ 8x [q[ 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。
/3'>MRzR :1=mNrg -0Y8/6]( •相机--像素
tb^3-ZUb L0_R2E A 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。
Ptw E[YDu X{<j%PdC d|w% F= •相机--分辨率
gey`HhZp) IgQW 5E# 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。
[gQ* y~N &3'II:x( •相机--帧率和行频
bY&s $Ry3" mf^(Tq[ 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。
mS0*%[S { KKl8tI\u~ •相机--快门速度（Shutter Speed）
>/eQjp?: SPn0D9 b] 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。
6*{N{]`WZ) rW&8#& 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。
bxK1v7 +^{yJp.H# 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。
n\ZDI+X owJPEx •相机--智能相机
$+R0RqV$V~ } | (KI 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。
a$l/N{<. "#qyX[\ r,EIOc z: •镜头---主要
参数 zgJ%Z r!~ P<km?\Xp( 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。
8 U B?X v](7c2; 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
Ck/4 h Z =;i@,{
~ <._MNHC 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
m("!
M~1 K9;pX2^z9 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
h7wm xa; C3 :4V2<_ ?s dVd 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。
BI3Q~ADV &zynfj#o gV9 1=Pj •镜头---分类
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03,dOF ??CtmH CCTV镜头
Q!(C $&f 专业摄影镜头
u0Fu_Rtr 远心镜头
oL2|@WNj, k z@@/DD/9 _}vD?/$L +3(1QgYM% •镜头---远心镜头
H B_si =P<gZ-Cm 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。
