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。
j`9+pI *\i<+~I@l 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。
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39 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：
+I?T |Iin 2_4m}T3 EQ j2:9f 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。
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n 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
=v$H8w b7:B[7yK.x y!9f acg 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。
(]yOd/ru/C 3??*G8Y p 机器人视觉引导玩偶定位应用：
dD2N !umW z5CWgN $z9z'^HqO 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
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#AN=&[ 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
Hset(-=X S;"7d 视觉检测在电子元件的应用：
o 6$Q>g`] BW>f@;egg l/BE~gdl 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。
p[QF3)9F 4 g#pQ 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。
_J51 :pi U+!H/R)( 机器视觉的应用领域:
uW&P1 'X "-N)TIzLX •识别
<mc[-To MR90 }wXE 标准一维码、二维码的解码
]3iu-~ 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
1R/=as,R \jdp L1 2w=0&wG4K •检测
;a+>><x] 色彩和瑕疵检测
*R*Tmo" 零件或部件的有无检测
Te"<.0~1 目标位置和方向检测
T|p$Ddt`+ rs@,<DV)u •测量
:8;8-c Pl=X<B p 尺寸和容量检测
Kfc(GL? 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
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o `9 3<x_[0v`K1 bID 'r}55 •机械手引导
<3;/,>^ Pm Llf>C,) 输出空间坐标引导机械手精确定位
?K7 m:Dx c@{,& ,vsj A+j~oR 机器视觉系统的分类
Sv H=P !`+ (r,RwWYm •智能相机
>RxZ-.,a •基于嵌入式
\Z^K=K(| •基于PC
F!VC19<1O8 >P5 EW!d 8 zz-jk R 机器视觉系统的组成
d}b# "A |pr~Oh z •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
nX>k}&^L •图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
+MOUO$;fGt •判决执行：电传单元、机械单元
8oY0?|_Bx il-v>GJU7{ GZ@!jF>!u 光源---光路原理
L[+65ce%* 8 k+Ctk 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。
nF}]W14x ti whG%?2 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 m%q#x8Fp 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
XH)MBr@Fz 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
A]B D2 2:i`, Zx5vIm •光源---作用和要求
THK)G2
= FFH-Kw, 在机器视觉中的作用
xJ%b<y{@ 照亮目标，提高亮度
e )\s0# 形成有利于图像处理的效果
4MRHz{`wa 克服环境光照影响，保证图像稳定性
%Q} #x 用作测量的工具或参照
g}' "&Y 良好的光场设计要求
-BACdX 对比度明显，目标与背景的边界清晰
>'Nrvy%&0 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
a&ZH 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
xg J2W_ \rADwZm _}`iLA!$I •光源---光场构造
fYx$3a. t ba%L 明场： 光线反射进入照相机
XXmtpM8 暗场：光线反射离开照相机
nb22 b Xt I2|iqbX40Q H@__%KBw •光源---构造光源
4jis\W}%L3 y"!+Fus9 suPQlU>2sj 使用不同
照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：
EEn}Gw yBauK- 7*c SLz^Wg._ •相机
HnioB=fc .knRH^ 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
|/Zp Z7 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
5H==m~ 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
Y4! v1 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
sEe^:aSN L4}C%c\p* C/_W>H_
•相机--按照图像传感器区分
(EuHQ &<^9 InNuK0@ CCD相机：使用CCD感光芯片为图像传感器的相机,集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
Q?7U iTZ B4[o nYU CMOS相机：使用CMOS感光芯片为图像传感器的相机 ,将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
A(Ugam~} 8K6yqc H •相机--按照输出图像颜色区分：
.\{GU9|nO qN}0$x>p 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
98Pt&C? -B 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
*'PG@S uQ9P6w=Nt •相机--按输出信号区分
:%xiH%C> v~ZdMQvwt 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。
s+C&\$E %{&yXi:mS 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
id&; ~naL1o_FZ •相机--按照传感器类型区分
8>6+]]O ga6M8eOI 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。
cm6cW(x6 V8`t7[r 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。
JQi)6A?J L!c7$M5xJ •相机--CMOS VS CCD
t~ Cu l+ v UvIZa CCD
ISa2|v;M CMOS
&JtK<g 串行处理
ZnI_<iFR* 并行处理
pDCQ?VW 光线灵敏度高，图像对比度高
~H7m 7 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
Z- *L[ 低噪声
w2YfFtgD, 存在固定模式噪音
B;2os ^* 集成度较低
/b@8#p x 高集成度，芯片上集成了很多功能
~*- eL. 取图速度慢，帧率低
xuv%mj Q 取图速度块，帧率高
;l7wme8Qk 功耗一般
4nXS}bW f 功耗较低
D7o lu29 成本较高
f,k'gM{K 成本低
=UM30
P/ op/HZa •相机--传感器的尺寸
:hwZz2Dhi l~!\<, ! 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
O!\P]W4r$ 0.~QA+BD:S S c_*L<$ •相机--像素
(XX6M[M8 Ky8sLm@ 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。
q+> {@tP9 cuB~A8H#} |Eu_K` •相机--分辨率
z\sy~DM;> O1ofN#u 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。
?7 6 Wg:: 8&IsZPq%l •相机--帧率和行频
=%%\b_\L ^}8(o 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。
I_6?Q^_uZ Nh^T,nv*l •相机--快门速度（Shutter Speed）
sbjAZzrX2i D}>pl8ke~g 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。
1j`-lD SsIy ;l 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。
+%OINMo.A j #f+0 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。
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?fon •相机--智能相机
zcF~6- aQ o8-B Tq8 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。
r/$+'~apTk w9rwuk GvF8S MO[x •镜头---主要
参数 J}c57$Z 1XSA3;ZEc 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。
9z$]hl #v0"hFOH, 参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口
5x(`z
`MA ee8u' w},' 1 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
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@{rk p 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
lM86 *g 'l [^EU'lewnW )@09Y_9r 畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。
-wH#B <' iS&~oj_-% ,24NMv7 •镜头---分类
kTb.I;S #s$b\"4 CCTV镜头
bZHuE h2w 专业摄影镜头
}__g\?Yf 远心镜头
7!+kyA\}r^ 8/,m8UOY *%l&'+ XSyCT0f08 •镜头---远心镜头
9uV/G7Geq Tf7$PSupP 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。
