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機(jī)器視覺(jué)技術(shù)原理深度解析
機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。
概述
機(jī)器視覺(jué)（Machine vision）
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。正是由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。
基本構(gòu)造
一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、 相機(jī)（包括CCD 相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。
系統(tǒng)可再分為：主端電腦（Host Computer）、影像擷取卡（Frame Grabber）與影像處理器、影像攝影機(jī)、CCT鏡頭、顯微鏡頭、照明設(shè)備、Halogen光源、LED光源、高周波螢光燈源、閃光燈源、其他特殊光源、影像顯示器、LC機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)、PLC、PC-Base控制器、精密桌臺(tái)、伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)臺(tái)。
工作原理
機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè) 的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無(wú)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)
照明
照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒(méi)有通用的機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到理想的效果。光源可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。常用的幾種可見(jiàn)光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈?？梢?jiàn)光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過(guò)程中急需要解決的問(wèn)題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)屏的方法來(lái)減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。
鏡頭
FOV（Field Of Vision）=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM（零件測(cè)量公差比）鏡頭選擇應(yīng)注意：①焦距②目標(biāo)高度 ③影像高度 ④放大倍數(shù) ⑤影像至目標(biāo)的距離 ⑥中心點(diǎn) /節(jié)點(diǎn) ⑦畸變
相機(jī)
按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。
圖像采集卡
圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。
比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡，可以將圖像迅速地傳送到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開(kāi)關(guān)。例如，可以連接8個(gè)不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門(mén)。
應(yīng)用領(lǐng)域
機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用主要有檢測(cè)和機(jī)器人視覺(jué)兩個(gè)方面：
1. 檢測(cè)：又可分為高精度定量檢測(cè)（例如顯微照片的細(xì)胞分類(lèi)、機(jī)械零部件的尺寸和位置測(cè)量）和不用量器的定性或半定量檢測(cè)（例如產(chǎn)品的外觀檢查、裝配線上的零部件識(shí)別定位、缺陷性檢測(cè)與裝配*性檢測(cè)）。
2. 機(jī)器人視覺(jué)：用于指引機(jī)器人在大范圍內(nèi)的操作和行動(dòng)，如從料斗送出的雜亂工件堆中揀取工件并按一定的方位放在傳輸帶或其他設(shè)備上（即料斗揀取問(wèn)題）。至于小范圍內(nèi)的操作和行動(dòng)，還需要借助于觸覺(jué)傳感技術(shù)。
此外還有：（1）自動(dòng)光學(xué)檢查（2）人臉偵測(cè)（3）無(wú)人駕駛汽車(chē)
機(jī)器視覺(jué)特點(diǎn)
1.攝像機(jī)的拍照速度自動(dòng)與被測(cè)物的速度相匹配，拍攝到理想的圖像；
2.零件的尺寸范圍為2.4mm到12mm，厚度可以不同；
3.系統(tǒng)根據(jù)操作者選擇不同尺寸的工件，調(diào)用相應(yīng)視覺(jué)程序進(jìn)行尺寸檢測(cè)，并輸出結(jié)果；
4.針對(duì)不同尺寸的零件，排序裝置和輸送裝置可以調(diào)整料道的寬度，使零件在固定路徑上運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)；
5.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)分辨率達(dá)到1600×1200，動(dòng)態(tài)檢測(cè)精度可以達(dá)到0.02mm；
6.廢品漏檢率為0；
7.本系統(tǒng)可通過(guò)顯示圖像監(jiān)視檢測(cè)過(guò)程，也可通過(guò)界面顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)查看檢測(cè)結(jié)果；
8.具有對(duì)錯(cuò)誤工件及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出剔除控制信號(hào)、剔除廢品的功能；
9.系統(tǒng)能夠自檢其主要設(shè)備的狀態(tài)是否正常，配有狀態(tài)指示燈；同時(shí)能夠設(shè)置系統(tǒng)維護(hù)人員、使用人員不同的操作權(quán)限；
10.實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)畫(huà)面，中文界面，可以瀏覽近幾次不合格品的圖像，具有能夠存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)察看錯(cuò)誤工件圖像的功能；
11.能生成錯(cuò)誤結(jié)果信息文件，包含對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤圖像，并能打印輸出。