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机器视觉入门知识详解

日期:2019-08-08 来源:三姆森科技
       随着工业4.0时代的到来,机器视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,为你准备了这篇机器视觉入门学习资料。
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
       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
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
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
光源---作用和要求
       在机器视觉中的作用: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,用作测量的工具或参照,良好的光场设计要求,对比度明显,目标与背景的边界清晰,背景尽量淡化而且均匀,不干扰图像处理,与颜色有关的还需要颜色真实,亮度适中,不过曝或欠曝;
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
光源---构造光源
       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:
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:Freerun、Trigger(多种)、长时间曝光等
       传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟
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--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。
相机--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。
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)x1080(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(FramePersecond),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(ShutterSpeed):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(RollingShutter):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(GlobalShutter):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
       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。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。
       镜头---远心镜头: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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