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。
0Ci :w|J l'R uzBQr 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。
M5`wfF,j 2>vn'sXdj / rnP/X)T 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：
\]qwD m/ OyATb{`' _Kv;hR> 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。
1Ba.'~: {W%/?d9m 啤酒厂采用的填充液位检测系统为例来进行说明：
l<p6zD$l ) %bY2
pk QuBaG< 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。
rp!>rM] s J\Z\ q 机器人视觉引导玩偶定位应用：
tRXR/;3O vJg^uf) fH 0&Wc3yC 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。
Ql9
) WO+_ |*& 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。
,S7M4ajVZB }^ ZPah 视觉检测在电子元件的应用：
X`0`A2
n h"(HDn q ^w~Utx4 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。
qdwjg8fo4Z $jN,] N~ 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。
PHqIfH [ JDm7iJxc_ 机器视觉的应用领域:
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4 K f xmwH~UWp •识别
htHnQ4Q +"D* 0gYD 标准一维码、二维码的解码
0BQ< a 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
r8vF I6J H:`[ $
^ v DVE#Nm_ •检测
c{cJ>d 0 色彩和瑕疵检测
Ng1uJa[k!d 零件或部件的有无检测
y0cB@pWp 目标位置和方向检测
84YZT+TEN >TwL&la •测量
^
,yh384 ns9a+QQ 尺寸和容量检测
r?wE ;gH 预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
YJ~3eZQ UU 2 =W 5:~BGK&{ Y •机械手引导
TkV*^j 5 ?o.Q 输出空间坐标引导机械手精确定位
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}&$5KiwV F<N{ x^ 3NC-)S 机器视觉系统的分类
VH5Vg We %)G]rta# •智能相机
\k)(:[^FY •基于嵌入式
f
iu?mb=* •基于PC
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i;8tA ! 机器视觉系统的组成
>$p| W~x VJ$UpqVm •图像获取：光源、
镜头、相机、采集卡、机械平台
:,BKB*a\ •图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。
|HMpVT-;j •判决执行：电传单元、机械单元
xk$U+8K 63n<4VSH s6J`i&uu 光源---光路原理
q/HwcX+[b 8m;tgMFO 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。
$E]W U?U o$_,2$>mn 镜面反射：平滑表面以对顶角反射
光线 dS m; e_s 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
c;pv< lX' 发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
?O <D&CvB >g FEA0- m6oaO9"K •光源---作用和要求
p!xCNZ(m @>sZ'M2mq 在机器视觉中的作用
c})f&Z@< 照亮目标，提高亮度
XUp'wP 形成有利于图像处理的效果
]~1Xx:X- 克服环境光照影响，保证图像稳定性
{`M
'ruy.% 用作测量的工具或参照
D!d1%h ac 良好的光场设计要求
26Jb{ o9Z< 对比度明显，目标与背景的边界清晰
_M;M-hk/ 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
- r! sY+Z> 与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
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:3 H~Fb=.h]U a2'f#[as •光源---光场构造
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p# o)pso\; 明场： 光线反射进入照相机
3.?kxac 暗场：光线反射离开照相机
pZg}7F{$ a{FCg%vD) r 1)@ 7Nt •光源---构造光源
yMoV|U6 _r U%DL? W dN OE;R 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：
da/Tms`T Lradyo44u\ n$O[yRMI[ •相机
J@vL,C)E6 -]K9sy)I 种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS
n$oHr 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
m<X[s 工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
NP#:} ) 传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟
Q wSYjR:K }[>X}"_e B rO" _ •相机--按照图像传感器区分
FbWcq_ *VPj BzcH 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。
TC+L\7 2aR <xcSg 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。
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1$< ,.> t/57LjV •相机--按照输出图像颜色区分：
(:P-ef$]C ^L@2%}6b` 单色相机：输出图像为单色图像的相机。
|r%NMw #y 彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。
Qmg2lP.) `, lry7] •相机--按输出信号区分
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8 ^K\oF vk&6L%_~a 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。
%qYiE!%& 5u89?-UD 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
+338z<'Z! O ;dtz\ •相机--按照传感器类型区分
W:gpcR]> Ump$N# 面扫描相机：传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。
Ap<kK0#h ~stJO] ) a 线扫描相机：传感器上呈线状（一行或三行）分布的相机，其所成图像为一维“线”图像。
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h/*q +H •相机--CMOS VS CCD
ls* bCe L
HW\A8 CCD
b?kY`L C CMOS
,ut-Di=6 串行处理
NtfzAz/ 并行处理
(& UQ^ 光线灵敏度高，图像对比度高
MOi a] 5 光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围
V*< `!w 低噪声
w5+H9R6 存在固定模式噪音
PptVneujI 集成度较低
a-bj! Rs 高集成度，芯片上集成了很多功能
tg%#W ` 取图速度慢，帧率低
s W^e D; 取图速度块，帧率高
m 0 Geq. 功耗一般
Q_r}cL/A 功耗较低
W2Ik!wEe& 成本较高
8= kwc 成本低
ki 6L t .US=fWyrb •相机--传感器的尺寸
b$;qtfJG &pzf*|} 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。
e=^^TX`I DEw>f%&4 {Z,_/@}N •相机--像素
YWFq&II|Z ~jR4%VF 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。
MO>9A,&f M
'#a.z% 3%[;nhb A7 •相机--分辨率
1PB"1.wnd { MV,>T_ 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。
mPL0s kz\ Ss|jl •相机--帧率和行频
2Onp{,'} ?Gl]O3@3 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。
xwF mY'o %b[>eIJU# •相机--快门速度（Shutter Speed）
" vka7r lQM&q 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。
m{;j
r< vc0LV'lmg 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。
ZuFcJ?8i -3K01p 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。
_70Z1_ ; Kr5 (fU •相机--智能相机
R b!y(&>v '^.`mT'P 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。
3 ;R Q\{eM GXp`yK9c _ a#k3r •镜头---主要
参数 7 x'2 c'.XC} 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。
Kh$Q9$ Kl,NL]]4*5 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
M#_ |WL~ "<"m}rE?Q Nq%ir8hE 分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。
i\,I)S%yJ B<Q)z5KK 畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。
oY4^CGk= Fw S>V2R 3vs{*T" 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。
1<t J3>Xl iF9d?9TWl {h=gnR-9 •镜头---分类
_i_P@I<M|~ pM^Z C CCTV镜头
RfOJUz 专业摄影镜头
6w=`0r3hy 远心镜头
kO5lLq E Pa6pq;4St }T0O~c{$i &+n9T?+b •镜头---远心镜头
t/}NX[q dU#-;/}o 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。
