机器视觉入门知识详解

首页    人工智能    计算机视觉    机器视觉入门知识详解

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。

1

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:


2

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。

例1.啤酒厂采用的填充液位检测系统


3

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。

 

例2.机器人视觉引导定位应用:

4





利用机器视觉系统进行手机屏幕黑胶定位(定位精度在40微米)。

该应用采用了文采科技的MVP平台视觉系统方案,使用相机及光源配合机械设备,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。

例3.视觉检测在电子元件的应用:

5


此产品为手机锂电池部件,通过对视觉检测系统定位后,使用算法工具检测产品表面焊点是否有无漏焊,来判断此区域有产品质量问题情况。

机器视觉的应用领域

·识别

标准一维码、二维码的解码

光学字符识别(OCR)和确认(OCV)

·检测

色彩和瑕疵检测

零件或部件的有无检测

目标位置和方向检测·测量

·尺寸和容量检测

预设标记的测量,如孔位到孔位的距离


6

·机械手引导

输出空间坐标引导机械手精确定位

·机器视觉系统的分类

智能相机

基于嵌入式

基于PC


7

·机器视觉系统的组成

图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台

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。

判决执行:电传单元、机械单元


9

·光源——光路原理

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。

镜面反射:平滑表面以对顶角反射光线

漫射反射:粗糙表面会从各个方向漫射光线

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


10

·光源——作用和要求

在机器视觉中的作用是照亮目标,提高亮度形成有利于图像处理的效果,克服环境光照影响,保证图像稳定性


11

·光源——光场构造

明场: 光线反射进入照相机

暗场:光线反射离开照相机


12

·光源——构造光源


13

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:


14

·相机

种类:线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS

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

工作模式:Free Run(多种)、长时间曝光等

传输方式:GIGE,Cameralinker, 模拟


15

·相机——按照图像传感器区分

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。  

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。

·相机——按照输出图像颜色区分

单色相机:输出图像为单色图像的相机。

彩色相机:输出图像为彩色图像的相机。

·相机——按输出信号区分

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。

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 

·相机——按照传感器类型区分

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。

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。

·相机——CMOS VS CCD

CCD

CMOS

串行处理

并行处理

光线灵敏度高,图像对比度高

光线灵敏度低,图像对比度低,高动态范围

低噪声

存在固定模式噪音

集成度较低

高集成度,芯片上集成了很多功能

取图速度慢,帧率低

取图速度块,帧率高

功耗一般

功耗较低

成本较高

成本低

·相机——传感器的尺寸

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。


16

·相机——像素

像素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。


17

·相机——分辨率

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。

·相机——帧率和行频

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。

·相机——快门速度(Shutter Speed)

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。  

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。

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。

·相机——智能相机

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。

·镜头——主要参数

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。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


18

分辨率:对色彩和纹理的分辨能力。

畸变:镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同


19

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。


21

·镜头——分类

CCTV镜头

专业摄影镜头

远心镜头


22


2018年5月3日 13:52
浏览量:0
收藏
本网站由阿里云提供云计算及安全服务 Powered by CloudDream