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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 >pU$wq|i  
    A0o-:n Fu  
    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。 T ? $:'XJ  
    s %qF/70'  
    tz5e"+Tz  
    机器视觉优势:机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点,可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触,安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有: fmQ_P.c  
    q1z"-~i )E  
    k jg~n9#T  
    为了更好地理解机器视觉,下面,我们来介绍在具体应用中的几种案例。 OBMTgZHxv  
    @JtM5qB  
    啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明: q)Lu_6 mg  
    kW *f.!  
    qs1 ?IYD  
    当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时,检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光,拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后,视觉软件将会处理或分析该图像,并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位,即未通过检测,视觉系统将会向转向器发出信号,将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。 24E}<N,g  
    % 5m/  
    机器人视觉引导玩偶定位应用: O #F   
    kqM045W7  
    1$D_6U:H0  
    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。 w\(.3W7  
    ukIQr/k  
    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。 ySx>L uY#3  
    /q<__N  
    视觉检测在电子元件的应用: eFaO7mz5V%  
    F<L EQ7T  
    (a[y1{DLy  
    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。 G f,`  
    IAw{P08+  
    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。 \ Pj  
    q#T/  
    机器视觉的应用领域: SLkhCR  
    ]QpWih00V  
    •识别 $K]m{  
    Fgp]l2*  
    标准一维码、二维码的解码 "/3 db[  
    光学字符识别(OCR)和确认(OCV) byLft 1  
    { &"CH]r  
    GO__$%~  
    •检测   B.dH(um  
    色彩和瑕疵检测 &^#VN%{  
    零件或部件的有无检测 {_`^R>"\&w  
    目标位置和方向检测 +_; l|uhT;  
    v-#Q7T  
    •测量 SSPHhAeH8  
    ^5H >pat  
    尺寸和容量检测 ,{BaePMp  
    预设标记的测量,如孔位到孔位的距离 |2RC#]/-Y  
    1`(tf6op  
    lwrC pD .  
    •机械手引导 =<{np  
    ?$*SjZt  
    输出空间坐标引导机械手精确定位 j/fzzI0@  
    6G #}Q/  
    cl]Mi "3_  
    机器视觉系统的分类 W8ouO+wK  
    W+PJZn  
    •智能相机 s$cK(S#  
    •基于嵌入式 l|/ep:x8  
    •基于PC _CmOd-y  
    2nSSF x r  
    ' 0J1vG~c  
    机器视觉系统的组成 ]^lw*724'>  
    )/pU.Z/  
    •图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台 OW3sS+y  
    •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。 P(H8[,  
    •判决执行:电传单元、机械单元 #73F} tZ^  
    5Ow[~p"l<  
    tn Pv70m  
    光源---光路原理 d/[; `ZD+  
    (Tn- >).AO  
    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。 |y0(Q V  
    <kGU,@6PF  
    镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线 M}yDXJx  
    漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线 Z Uox Mm  
    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 1guJG_;z  
    9QDFEYG  
    BI3@|,._N  
    •光源---作用和要求 ;_rF;9z9  
    0`X]o'RxS  
    在机器视觉中的作用 &Xf^Iu  
    照亮目标,提高亮度 4)A#2  
    形成有利于图像处理的效果 k@/sn (x  
    克服环境光照影响,保证图像稳定性 5*Y^\N  
    用作测量的工具或参照 v^#~98g]  
    良好的光场设计要求 ti I.W  
    对比度明显,目标与背景的边界清晰 sg$rzT-S4  
    背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理 7R6ry(6N  
    与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝; Q36qIq_0e  
    5]AC*2(  
    mj9 <%P  
    •光源---光场构造 gBC@38|6)  
    2/"u5  
    明场: 光线反射进入照相机 wVEm:/;z&  
    暗场:光线反射离开照相机 xlA$:M&  
     %-c*C$  
    :9QZPsL  
    •光源---构造光源 2E}*v5b,  
    0=AVW`J  
    9f&C  
    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: #,":vr  
    z([ v%zf  
    OmIg<v 0\;  
    •相机 vb<oi&X  
    23Nw!6S  
    种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS 8W,Jh8N6  
    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 }a/x._[s  
    工作模式:Free run、Trigger(多种)、长时间曝光等 D ,o}el  
    传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟 rA%usaW  
    p<,*3huj  
    g^}8:,F_  
    •相机--按照图像传感器区分 Gn ~6X-l  
    d$ x"/A]<  
    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。 +yk24 ` >  
    j4|N- :  
    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。 ykV 5  
    Y]/% t{Y  
    •相机--按照输出图像颜色区分: qI#;j%V  
    0n;< ge&~R  
    单色相机:输出图像为单色图像的相机。 ] 6TATPIr  
    彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。 i{`FmrPO~  
    a&c6.#E{y  
    •相机--按输出信号区分 _'{_gei_P  
    eU".3`CtY  
    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。 c'%-jG)\  
    OY;*zk  
    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 * +"9%&?  
    f !I[>&n  
    •相机--按照传感器类型区分 DU5c=rxW  
    j4jTSLQ\  
    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。 '8!Y D?n  
    %s|}Fz->  
    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。 [RLN;(0n  
    p i %< Sy  
    •相机--CMOS VS CCD K 1 a\b"  
    9x>d[-#y:J  
    CCD g;qx">xJ`o  
    CMOS 6p?,(  
    串行处理 y9q8i(E0  
    并行处理  >qS9PX  
    光线灵敏度高,图像对比度高 YwDbPX  
    光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围 V^3L3|k  
    低噪声 rH_\ d?b  
    存在固定模式噪音 \;qW 3~  
    集成度较低 kYG/@7f/  
    高集成度,芯片上集成了很多功能 + +M$#Er&  
    取图速度慢,帧率低 YG@t5j#b  
    取图速度块,帧率高 5*lT.  
    功耗一般 3Z5D)zuc  
    功耗较低 i V'k}rXC  
    成本较高 VH9dleZ  
    成本低 9 Vkb>yFX'  
    LhOa{1SY  
    •相机--传感器的尺寸 ]s'Q_wh_-v  
    L ^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。 F Sw\_[^CQ  
    piPR=B+  
    . $BUw  
    •相机--像素 :~2vJzp@?  
    =]6%G7T  
    是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以200万像素的相机为例,满屏有1600*1200个像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。 `UD/}j@  
    sH{4Y-J  
    -w9pwB  
    •相机--分辨率 &dM. d!  
    YC++& Nk  
    由相机所采用的芯片分辨率决定,是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示,如:1920(H)x 1080(V),前面的数字表示每行的像元数量,即共有1920个像元,后面的数字表示像元的行数,即1080行。 (s.0P O`  
    mq@6Q\Z+  
    •相机--帧率和行频 kD=WO4}  
    lAb*fafQy  
    由相机的帧率/行频表示相机采集图像的频率,通常面阵相机用帧率表示,单位fps(Frame Per second),如30fps,表示相机在1秒钟内最多能采集30帧图像;线性相机通常用行频表示,单位KHz,如12KHz表示相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。 w,#>G07D  
    zHA!%>%'  
    •相机--快门速度(Shutter Speed) ED=V8';D  
    /]K^ rw[  
    CCD/CMOS相机多数采用电子快门,通过电信号脉冲的宽度来控制传感器的光积分(曝光)时间。对于一般性能的的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒。 ^2Fei.?T.  
    oI }VV6vO  
    卷帘快门(Rolling Shutter):多数CMOS图像传感器上使用的快门,其特征是逐行曝光,每一行的曝光时间不一致。 #|L8tuWW  
    z@!`:'ak  
    全局快门(Global Shutter):CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门,传感器上所有像素同时刻曝光。 ?zh9d%R  
    @.$|w>>T  
    •相机--智能相机 /rWd=~[MO  
    ojaws+(& y  
    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。 >3p \m  
    Bt@^+vH ~  
    01wX`"I  
    •镜头---主要参数 q!.byrod  
    .+PI}[g  
    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。 .nrMfl_  
    zQcL|  (N  
    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 Hx"ob_^'7  
     7''??X  
    &XIt5<$~R  
    分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。 t<#TJ>Le  
    uaT!(Y6  
    畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。 Bmr>n6|  
    aOlT;h  
    my(2;IJ#{  
    畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行,过程并不复杂。一般如果畸变小于2%,人眼观察不到;若畸变小于CCD的一个像素,摄像机也看不见。 u_@f$  
    CDsSrKhx  
    J"!vu.[  
    •镜头---分类 ")SFi^]  
    m8A#~i .  
    CCTV镜头 C[ NS kr  
    专业摄影镜头 >")Tf6zw&  
    远心镜头 3eb%OEMYk  
    95ZyP!  
    LhA*F[6$M  
    h k] N6+@  
    •镜头---远心镜头 e%svrJ2   
    c/D+|X*  
    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