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    [分享]机器视觉入门基础知识介绍 [复制链接]

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    离线ttb2016
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2016-08-26
    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 t8*Jdd^3Z/  
    $%~ JG(  
    机器视觉是一门学科技术,广泛应用于生产制造检测等工业领域,用来保证产品质量,控制生产流程,感知环境等。机器视觉系统是将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 <8:h%%$?  
    %hVR|K|J  
    ;QBS0x\f@  
    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: 4qid+ [B  
    8%9 C<+.R  
    296}LW  
    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。 o !tC{"g  
    j .q}OK  
    啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明: 1$&@wG  
    q/ljH_-  
    $XF$ n#ua  
    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。 p [Po*c.b  
    @su<h\)  
    机器人视觉引导玩偶定位应用: iXMJ1\!q\|  
    i\sBey ND"  
    !l%:   
    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。 ,Wlt[T(.;  
    KwL_ae6fV  
    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。 0>{ ]*  
    fmW{c mr|  
    视觉检测在电子元件的应用: Jy(G A  
    yx]9rD1cz  
    Y ^+x<  
    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。 3]*Kz*i  
    G8av5zR  
    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。 D4L&6[W  
    d>p' A_  
    机器视觉的应用领域: m]n2wmE3n  
    ,:t,$A  
    •识别 ^^b'tP1>  
    0/GBs~P  
    标准一维码、二维码的解码 ng%[yY  
    光学字符识别(OCR)和确认(OCV) r9ulTv}X  
    ]h S:0QE  
    *`H*@2  
    •检测   #~ x7G  
    色彩和瑕疵检测 '[ #y|  
    零件或部件的有无检测 |3]/C rR_  
    目标位置和方向检测 F vkyp"W3  
    b G:\*1T  
    •测量 Blxa0&3  
    qX@e+&4P0  
    尺寸和容量检测 G&*P*f1 S  
    预设标记的测量,如孔位到孔位的距离 n4{%M  
    q/b+V)V  
    a3yNd  
    •机械手引导 B7f<XBU6>  
     vD#U+  
    输出空间坐标引导机械手精确定位 G0 )[(s  
    a`' >VCg  
    t.( `$  
    机器视觉系统的分类 Rt#QW*h\|i  
     LSC[S:  
    •智能相机 F!X0Wo=  
    •基于嵌入式 j}uL  
    •基于PC @vl$[Z|  
    AX v q~XE  
    DsMo_m/"1  
    机器视觉系统的组成 [BE_^d5&  
    uMQI Aapb  
    •图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 3'z$@ ;Ev+  
    •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。 MqZ"Js  
    •判决执行:电传单元、机械单元 ~0p8joOH  
    vqeH<$WHvy  
    )gdeFA V  
    光源---光路原理 A$@;Q5/2  
    cp Ot?XYR~  
    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。 u !BU^@P  
    Y+"1'W  
    镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线 G=cRdiy`C  
    漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线 :`N&BV  
    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 )J 'F]s  
    (7g"ppf  
    in1rDN%Vi  
    •光源---作用和要求 FDl/7P`b(  
    {]dxFhe)  
    在机器视觉中的作用 liS'  
    照亮目标,提高亮度 0S5xmEzop  
    形成有利于图像处理的效果 Y(Qb)>K  
    克服环境光照影响,保证图像稳定性 ')q0VaohC  
    用作测量的工具或参照 M`&t=0D  
    良好的光场设计要求 ClKWf\(ii6  
    对比度明显,目标与背景的边界清晰 A;d@NOI#,K  
    背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理 GKoYT{6  
    与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝; +^BTh rB  
    8w:ay,=  
    eX$KH;M  
    •光源---光场构造 9Kd=GL_  
    GN|"RuQ  
    明场: 光线反射进入照相机 ]H/,Q6Q  
    暗场:光线反射离开照相机 AOg'4  
    *y4g\#o.  
    VZqCFE3  
    •光源---构造光源 ={B C0,  
    YhH3fVM  
    V(TtOuv  
    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: *)Pm   
    WHC/'kvF  
    KiXfR\S~C  
    •相机 u{4P)DIQ  
    c^w^'<  
    种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS 7g*!6-W[  
    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 FsqH:I4O  
    工作模式:Free run、Trigger(多种)、长时间曝光等 Zz} o  t  
    传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 x@Gg fH<l  
    /kGWd9ujF  
    __}SHU0R  
    •相机--按照图像传感器区分 RJ?)O#}  
    \IQG%L{  
    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。 h!wq&Vi4  
    _`SD G5  
    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。 !PIg ,  
    bVcJ/+Yx|  
    •相机--按照输出图像颜色区分: e;vI XJE  
    uYebRCdR  
    单色相机:输出图像为单色图像的相机。 4(htdn6\  
    彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。 :0@0muo  
    l=xG<)Okb  
    •相机--按输出信号区分 6?,qysm06  
    ]ttF''lH  
    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。 P'h39XoZ  
    o+x%q<e;c  
    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 V n_&q6Pa  
    -+){;,  
    •相机--按照传感器类型区分 uVgA <*0  
    mZU L}[xf  
    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。 7z$53z  
    pq0Z<b;2  
    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。 jW&*?6<  
    Z+V%~C1  
    •相机--CMOS VS CCD 3\Amj}RJ  
    HxK'u4I  
    CCD w&IYCYK_  
    CMOS 0-PT%R  
    串行处理 7y^)n<'co  
    并行处理 ~0CNCP  
    光线灵敏度高,图像对比度高 `0ZH=*P  
    光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围 RV@B[:  
    低噪声 (w-"1(  
    存在固定模式噪音 [ DpOI  
    集成度较低 !9gpuS[  
    高集成度,芯片上集成了很多功能 $-DW+|p.?^  
    取图速度慢,帧率低 g Nz  
    取图速度块,帧率高 O4`.ohAZ  
    功耗一般 `/1rZ#  
    功耗较低 YAR$6&  
    成本较高 * 0K]/tn<  
    成本低 1]>JMh%X9t  
    ecm+33C  
    •相机--传感器的尺寸 BUZ74  
    $Ud9v4  
    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。 53/$8=  
    jA8Bmwt;w  
    =_&,^h@'3e  
    •相机--像素 eAO@B  
    +Q"s!\5  
    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。 R)d_0Ng  
    \>su97  
    #l>r9Z71  
    •相机--分辨率 `Zp*?  
    "LYhYkI  
    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。 @<P;F  
    atZNX1LD[/  
    •相机--帧率和行频 %D-!< )z  
    E>@]"O)=M,  
    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。 vy [7I8f{  
    -DGuaUU  
    •相机--快门速度(Shutter Speed) yo5-x"ze  
    {uwPP2YD,  
    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。 H^*[TX=#[  
    bPV}T`  
    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。 Dg^s$2  
    F6{ O  
    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。 Fu?_<G%Ynp  
    xNY&*jI  
    •相机--智能相机 v3~`1MM  
    -= c&K&  
    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。 NWwKp?  
    %b pQ=  
    vzAY+EEx  
    •镜头---主要参数 %N\45nYU:  
    K\}qY dPF  
    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。 0I)eYksh  
    REc90v2"  
    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 fZs}u<3Q)  
    NxH%%>o>  
    0<-A2O),  
    分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。 >]Mhkf/=)  
    |I]G=.*E  
    畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 {o'(_.{  
    JWM4S4yZHR  
    U2Siw   
    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。 UM1h[#?&V)  
    0kp{`3ce  
    j0cB#M44  
    •镜头---分类 $W;r S7b  
    gT fA]  
    CCTV镜头 KVC18"|f  
    专业摄影镜头 Zz|et206  
    远心镜头 rJ4A9d3:  
    4fL>Ou[YuX  
    k:U%#rb;  
    Fyz1LOH[X  
    •镜头---远心镜头 HlxgJw~<  
    !{r@ H+Kf  
    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。
     
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    离线lihang
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    只看该作者 1楼 发表于: 2016-10-30
    谢谢楼主分享
    离线神酷帅发
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    只看该作者 2楼 发表于: 2017-02-21
    不错,赞了
    离线zhang0709
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    只看该作者 3楼 发表于: 2018-02-01
    学习一下感谢分享
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    只看该作者 4楼 发表于: 2018-03-10
    非常感谢楼主的分享 做好笔记
    离线麦镇强
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    只看该作者 5楼 发表于: 2021-03-08
    非常感谢!
    离线ls0853
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    只看该作者 6楼 发表于: 2022-04-18
    很有用,感谢