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。
``4wX-y M=!i>(yG 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。
2wpjU&8W! 3P=w =~e )qM|3], 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：
6v z1*\:H~ !e8i /!}^S 90:K#nW; 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。
@ RR\lZ b](o]O{v 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
hY;_/! _ us{ny il1 a8uYs DS 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。
/A(NuB<Pq uDG+SdyN@ 机器人视觉引导玩偶定位应用：
+$pJ5+v YB!!/ SX4 ia{kab|_5 现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
9U<Hf32 _vrWj<wyf 该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
'Ji+c cH"@d^"+q| 视觉检测在电子元件的应用：
c~tAvDX }B)jq`a?|\ = HE
m) 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。
,b' 4CF l]5% 该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及
光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
[&VxaJ("3 TlPVHJyt 机器视觉的应用领域:
U6{dI@|B DX@}!6|T •识别
Yo2Trh Y6eEGo"K.+ 标准一维码、二维码的解码
nR'#s%Kj 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
,IjdO(?T C _Y-$}KwY! FMS2.E •检测
*T4ge|zUc 色彩和瑕疵检测
p.Y$A
if. 零件或部件的有无检测
zqGYOm$r 目标位置和方向检测
oh&Y< d0 L>nO:`>h •测量
D@ hmO]5c _i@x@:_l 尺寸和容量检测
`Cj,HI_/* 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
N(R,8GF5G .BL:h&h|y $FCw$ +w •机械手引导
!#.vyBK# %FS;>;i? 输出空间坐标引导机械手精确定位
RndOm.TE 6Bdyf(t {HuLuP 0t 机器视觉系统的分类
hEcYpng~ Ihef$, •智能相机
E& ]_U$ •基于嵌入式
6D^%'[4t •基于PC
-A@U0=o I"V3+2e M cb<[~m 机器视觉系统的组成
'#f?#( Z OHRUm •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
S ljZ~x,! •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。
6QptKXu7 •判决执行：电传单元、机械单元
m){ &:Hs Ph\F'xROe *]9XDc]{j1 光源---光路原理
p;ZDpR 2V< # Y 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。
2o}8W7y )fR1n}# 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 gD40y\9r 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
dh,7 iQ
s 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
EQ~I'#m7 d.1Q~&` V9]uFL •光源---作用和要求
]eL~L_[G\ "j;!_v>=f` 在机器视觉中的作用
ZArf;&8 照亮目标，提高亮度
% NwoU%q 形成有利于图像处理的效果
sp,(&Y]US 克服环境光照影响，保证图像稳定性
P#9-bYNU 用作测量的工具或参照
WFks|D:sB 良好的光场设计要求
U a!Odju*w 对比度明显，目标与背景的边界清晰
v _.j/2U 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
.=aMjrME 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
,dq`EsHg`M $pJ3xp& .P x,=56$X •光源---光场构造
otZ J Y) ri;r7Y9V9` 明场： 光线反射进入照相机
1 pYsjo~ 暗场：光线反射离开照相机
PE +qYCpP9 a\|X^%2g GYTbeY •光源---构造光源
CTh1;U20 ^ W{eO@
2fbvU 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：
m';|}z' Kjvs@~6t 4>d[qr*< •相机
T)*l' g' m./*LXU 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
HJ(=?TU 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
;v Z*,q6 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
Zr~"\llk 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
\>_eE Z 5 ;2 \<M 6 ]oo|o1H87 •相机--按照图像传感器区分
j= p|'` +._f.BRmX. 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。
J78Qj[v S:DcfR=a 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。
aj+zmk~- i,^>uf •相机--按照输出图像颜色区分：
$4& 8U ~Zs 4_Tb)?L +: 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
Gf!t< =T 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
_y.mpX& vjY);aQ •相机--按输出信号区分
F12S(5Z0% GWVE IZ 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。
sT@u3^> U Ek |8yq 数字信号相机：信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。数字相机又包含1394相机、USB相机、Gige相机、CameraLink相机等
DWHOS XA4 NO%|c|B| •相机--按照传感器类型区分
w`2_6[ ,9 i@sCMCu6 面扫描相机：传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。
4"rb&$E )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。
F^J&g%ql 6uv'r;U] •相机--CMOS VS CCD
<5C=i: 6% t ;bZc s CCD
;w>Q{z CMOS
[j]}$f Fe 串行处理
\f ~u85 并行处理
m(Pz7U.Q 光线灵敏度高，图像对比度高
q>wa#1X) 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
~`a#h# 低噪声
i|:: v l 存在固定模式噪音
Uj
y6vgU; 集成度较低
$NH`Iu9 t 高集成度，芯片上集成了很多功能
6tCV{pgm 取图速度慢，帧率低
%`8KG(F^ 取图速度块，帧率高
4'7
v!I9 功耗一般
vUA)#z< 功耗较低
|sDG> Zq? 成本较高
vgd}09y 成本低
fbW,0 A@fshWrl% •相机--传感器的尺寸
1`7]C+Pv e\ +~ 图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2”等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4：3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1：1，4：3，3：2 等。
OdtbVF~ \ZmFH8=|f h[M6. •相机--像素
mU e@ Dud 4OB~h]Vc 是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例，满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
'2i)#~YO< <%5-Pz p TWD|1
di0 •相机--分辨率
PAO[Og,- h|Teh-@A5 由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。
Eu sf gU: uH~ TugQ~ •相机--帧率和行频
~ Iu21Q(* D{3 x}5 由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧率表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像；线性相机通常用行频表示，单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。
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L •相机--快门速度（Shutter Speed）
} (O D< @pEO@bbg > CCD/CMOS相机多数采用电子快门，通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分（曝光）时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。
!Barc ,kA ~L Bq5 a 卷帘快门（Rolling Shutter）：多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。
{R 6Zwjs , L AJ 全局快门（Global Shutter）：CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。
dcc%G7w v;NZ"1=_ •相机--智能相机
GXAk*vS=G A(!ZZ9 Wc 智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
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DFZ:.6p •镜头---主要
参数 kxKnmB#m- W@uH!n>k 工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对
透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。
AcfkY m~ 6@Z'fT4 参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口
U{:(j5m ofJ]`]~VG E ]U3O>hf 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
H--*[3". ;Kd {h 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
8BoT%kVeJv eL$U M U bos#hP 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。
3I{ta/( $y]||tX uJ!s%s2g •镜头---分类
ba)Yb P[ g cK" CCTV镜头
ws=9u- 专业摄影镜头
i[BR(D&l_p 远心镜头
j*Wh;I+h l!2Z`D_MD F~rY jAFTi 0)] C&;}_M •镜头---远心镜头
re 1k] 1 b]PCNz 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。
