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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 P{ lB50  
    x7<K<k;s  
    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。 K`fuf=  
    6A+nS=  
    $}<e|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: _ *Pf  
    -k"/X8  
    5MJS ~(  
    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。 z[qDkL  
    lZKi'vg7  
    啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明: $suzW;{#  
    pB0 \\wR  
    ]2qo+yB  
    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。 TJXT-\Vk  
    &E5g3lf  
    机器人视觉引导玩偶定位应用: ,UF_`|  
    .V8Lauz8  
    N6i Q8P -  
    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。 b,1ePS  
    D_zZXbNc  
    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。 lA8`l>I  
    )irEM  
    视觉检测在电子元件的应用: JYHl,HH#z  
    ~q25Yx9W@  
    ((M>s&\y*Y  
    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。 oj+hQ+>  
    T</F 0su|  
    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。 <=C!VVk4f  
    O)r4?<Q  
    机器视觉的应用领域: ds[|   
    aWF655Fs*  
    •识别 {kR#p %E]  
    ,.FxIl ]  
    标准一维码、二维码的解码 T{[=oH+  
    光学字符识别(OCR)和确认(OCV) n,WqyNt*  
    B \2 SH%\  
    ; kI134i=  
    •检测   >}6%#CAf  
    色彩和瑕疵检测 Qh\60f>0  
    零件或部件的有无检测 f9{Rb/l!BQ  
    目标位置和方向检测 u.xnOcOH!  
    q^<?]8  
    •测量 Q>Yjy!. <^  
    YS"=yye 3e  
    尺寸和容量检测 pIqeXY  
    预设标记的测量,如孔位到孔位的距离 I51@QJX  
    z!9-:  
    ln dx"prW  
    •机械手引导 *b\t#meS&  
    7WZ+T"O{I  
    输出空间坐标引导机械手精确定位 o|["SYIf  
    k@W1-D?  
    Oxd]y1  
    机器视觉系统的分类 X45%e!  
    aAUvlb  
    •智能相机 DEZve Qr=  
    •基于嵌入式 6qnzBA7  
    •基于PC Z/+#pWBI!  
    zIAD9mQex  
    0flRh)[J  
    机器视觉系统的组成 $*fMR,~t&  
    s!$7(Q86R  
    •图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 wz%Nb Ly-  
    •图像处理与分析:工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。 sd|).;s}  
    •判决执行:电传单元、机械单元 wI/iuc  
    ?gGHj-HYJ  
    5$C-9  
    光源---光路原理 \bw2u!  
    R8'RA%O9J  
    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。 -nV9:opD  
    h~zT ydnH  
    镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线 j&qub_j"xX  
    漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线 /9fR'EO{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 C;^X[x%h7$  
    [d ]9Oa4  
    {R `[kt  
    •光源---作用和要求 i=2N;sAl  
    [/8%3  
    在机器视觉中的作用 l+^*LqEW2  
    照亮目标,提高亮度 b d!Y\OD  
    形成有利于图像处理的效果 d/~9&wLSb  
    克服环境光照影响,保证图像稳定性 DSn_0D  
    用作测量的工具或参照 hp|YE'uYT  
    良好的光场设计要求 `VguQl_,gA  
    对比度明显,目标与背景的边界清晰 b4N[)%@  
    背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理 IW] rb/H  
    与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝; CRy|kkT  
    R0*|Lo$6  
    6.yu-xm  
    •光源---光场构造 ;9QEK]@  
    }Jj}%XxKs  
    明场: 光线反射进入照相机 @f3E`8  
    暗场:光线反射离开照相机 ; BHtCuY  
    a9Zq{Ysj  
     rjnrju+  
    •光源---构造光源 wN~_v-~*Q  
    :gFx{*xN/9  
    ~((O8@}J  
    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: dG?*y  
    \:LW(&[!  
    KHvYUTY  
    •相机 /Lr.e%  
    FGBbO\< /  
    种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS O5BYD=7  
    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 ;#< 0<  
    工作模式:Free run、Trigger(多种)、长时间曝光等 1T n}  
    传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 5wU]!bxr  
    M/`lM$98:  
    Z6MO^_m2  
    •相机--按照图像传感器区分 J\=*#*rJ1  
    5'u<iSmBo  
    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。 ]u/sphPe  
    )MT}+ai  
    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。 jq0O22 -R  
    }3WxZv]I}  
    •相机--按照输出图像颜色区分: LCV(,lu  
    $U-0)4yf  
    单色相机:输出图像为单色图像的相机。 "qy,*{~  
    彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。 S~G ]~gt  
    -"9  
    •相机--按输出信号区分 4Ftu  
    <<O$ G7c  
    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。 R`-S/C  
    <qt|d&  
    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 C\hM =%  
    J C}D` h  
    •相机--按照传感器类型区分 }"%N4(Kd  
    _Y m2/3!  
    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。 y$M%2mh`  
    @BMx!r5kn  
    线扫描相机:传感器上呈线状(一行或三行)分布的相机,其所成图像为一维“线”图像。 4E}Yt$|  
    ;5( UzQU  
    •相机--CMOS VS CCD P16~Qj  
    SSzIih@u  
    CCD NDokSw-  
    CMOS Zx>=tx}  
    串行处理 $3kH~3{]  
    并行处理 Q\0'lQJdy  
    光线灵敏度高,图像对比度高 ?:9"X$XR  
    光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围 V>3X\)qu  
    低噪声 hOK8(U0  
    存在固定模式噪音 4s oJ.j8  
    集成度较低 E=O\0!F|b  
    高集成度,芯片上集成了很多功能 [()koU#w.  
    取图速度慢,帧率低 )fAUum  
    取图速度块,帧率高 |k00Z+O(  
    功耗一般 |;{6& S  
    功耗较低 e&>2 n  
    成本较高 f* wx<  
    成本低 %\:Wi#w>  
     /G`]=@~  
    •相机--传感器的尺寸 L-&\\{ X  
    ]hV*r@d  
    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。 jSaU?ac  
    RT8 ?7xFc  
    ,<X9Y2B  
    •相机--像素 Gav$HLx  
    bvOq5Q6  
    是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例,满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。 0<*<$U  
    IdN41  
    )QJUUn#  
    •相机--分辨率 &#i"=\d  
    uHNCSz H(  
    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。 -D: b*D  
    PQE =D0  
    •相机--帧率和行频 86H+h (R/  
    #lO Mm9  
    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( Mm?9F  
    \ B%+fw  
    •相机--快门速度(Shutter Speed) "9807OME  
    Pc]HP  
    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。 !d T4  
    |1Z)E+q*:  
    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。 BFt> 9x]T  
    NX&_p!_V  
    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。 wdoR%b{M  
    -I%5$`z  
    •相机--智能相机 @E8+C8'  
    *=xr-!MEk  
    智能工业相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内,从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的 DSP、FPGA及大容量存储技术,其智能化程度不断提高,可满足多种机器视觉的应用需求。 ?r!o~|9|  
    A?0Nm{O;3v  
    og>uj>H&  
    •镜头---主要参数 x|29L7i  
    Gp\ kU:}&  
    工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型,即理想凸透镜。 [PbOfxxgA  
    iJ|uvPCE  
    参数:焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口 fTX;.M/%   
    8l">cVo]T  
    .ccp  
    分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。 ;9'OOz|+1  
    ]K%!@O!  
    畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 N)Z?Z+ }h  
    *n"{J(Jt`  
    yF/jFn  
    畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行,过程并不复杂。一般如果畸变小于2%,人眼观察不到;若畸变小于CCD的一个像素,摄像机也看不见。 B|X!>Q<g  
    |+"(L#wk  
    a09<!0Rp  
    •镜头---分类 ~bpgSP"  
    W!(LF7_!  
    CCTV镜头 7o}J%z  
    专业摄影镜头 Yoll?_k+  
    远心镜头 uvS)8-o&F  
    ] }X  
    6d~'$<5on  
    [a<SDMR  
    •镜头---远心镜头 -D~%|).'  
    Z$? #  
    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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    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