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機器視覺基礎知識詳解

日期:2020-11-19 09:30
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摘要: 隨著工業4.0時代的到來,機器視覺在智能製造業領域的作用越來越重要,為了能讓更多用戶獲取機器視覺的相關基礎知識,包括機器視覺技術是如何工作的、它為什麽是實現流程自動化和質量改進的正確選擇等。今天硬汉视频下载官网就了解一下機器視覺入門學習資料。

機器視覺是一門學科技術,廣泛應用於生產製造檢測等工業領域,用來保證產品質量,控製生產流程,感知環境等。機器視覺係統是將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理係統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像係統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控製現場的設備動作。

機器視覺優勢:機器視覺係統具有高效率、高度自動化的特點,可以實現很高的分辨率精度與速度。機器視覺係統與被檢測對象無接觸,安全可靠。人工檢測與機器視覺自動檢測的主要區別有:

 


機器視覺的應用領域:

•識別

標準一維碼、二維碼的解碼

光學字符識別(OCR)和確認(OCV

•檢測

色彩和瑕疵檢測

零件或部件的有無檢測

目標位置和方向檢測•測量

尺寸和容量檢測

預設標記的測量,如孔位到孔位的距離

 

•機械手引導

輸出空間坐標引導機械手**定位


機器視覺係統的分類

•智能相機

•基於嵌入式

•基於PC

機器視覺係統的組成

•圖像獲取:光源、鏡頭、相機、采集卡、機械平台

•圖像處理與分析:工控主機、圖像處理分析軟件、圖形交互界麵。

•判決執行:電傳單元、機械單元

 

光源---光路原理

照相機並不能看見物體,而是看見從物體表麵反射過來的光。

鏡麵反射:平滑表麵以對頂角反射光線

漫射反射:粗糙表麵會從各個方向漫射光線

發散反射:多數表麵既有紋理,又有平滑表麵,會對光線進行發散反射

 

•光源---作用和要求

在機器視覺中的作用

照亮目標,提高亮度

形成有利於圖像處理的效果

克服環境光照影響,保證圖像穩定性

用作測量的工具或參照

良好的光場設計要求

對比度明顯,目標與背景的邊界清晰

背景盡量淡化而且均勻,不幹擾圖像處理

與顏色有關的還需要顏色真實,亮度適中,不過曝或欠曝;

 

 

•光源---光場構造

明場:光線反射進入照相機

暗場:光線反射離開照相機

•光源---構造光源

使用不同照明技術對被測目標會產生不同的影響,以滾珠軸承為例:

•相機

種類:線&麵、隔/逐、黑/彩、數/模、低/高、CCD/CMOS

指標:象元尺寸、分辨率、靶麵大小、感應曲線、動態範圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質量、工作環境等

工作模式:Free runTrigger(多種)、長時間曝光等

傳輸方式:GIGECameralinker,模擬

 

•相機--按照圖像傳感器區分

CCD相機:使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機,集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取於一體,是典型的固體成像器件。

CMOS相機:使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機 ,將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換電路、圖像信號處理器及控製器集成在一塊芯片上,還具有局部像素的編程隨機訪問的優點。

•相機--按照輸出圖像顏**分:

單色相機:輸出圖像為單色TU像的相機。

彩色相機:輸出圖像為彩色TU像的相機。

•相機--按輸出信號區分

模擬信號相機:從傳感器中傳出的信號,被轉換成模擬電壓信號,即普通視頻信號後再傳到圖像采集卡中。


數字信號相機:信號自傳感器中的像素輸出後,在相機內部直接數字化並輸出。數字相機又包含1394相機、USB相機、Gige相機、CameraLink相機等

•相機--按照傳感器類型區分

麵掃描相機:傳感器上像素呈麵狀分布的相機,其所成圖像為二維“麵”圖像。

線掃描相機:傳感器上呈線狀(一行或三行)分布的相機,其所成圖像為一維“線”圖像。

•相機--CMOS VS CCD

 

CCD

CMOS

串行處理

並行處理

光線靈敏度高,圖像對比度高

光線靈敏度低,圖像對比度低,高動態範圍

低噪聲

存在固定模式噪音

集成度較低

高集成度,芯片上集成了很多功能

取圖速度慢,幀率低

取圖速度塊,幀率高

功耗一般

功耗較低

成本較高

成本低

•相機--傳感器的尺寸

圖像傳感器感光區域的麵積大小。這個尺寸直接決定了整個係統的物理放大率。如:1/3“、1/2”等。絕大多數模擬相機的傳感器的長寬比例是43 (HV),數字相機的長寬比例則包括多種:114332 等。

 

 

•相機--像素

是成像於相機芯片的圖像的*小組成單位。以200萬像素的相機為例,滿屏有1600*1200個像素,成像於1/1.8英寸大小的CCD芯片。

 

•相機--分辨率

由相機所采用的芯片分辨率決定,是芯片靶麵排列的像元數量。通常麵陣相機的分辨率用水平和垂直分辨率兩個數字表示,如:1920Hx 1080(V),前麵的數字表示每行的像元數量,即共有1920個像元,後麵的數字表示像元的行數,即1080行。

•相機--幀率和行頻

由相機的幀率/行頻表示相機采集圖像的頻率,通常麵陣相機用幀率表示,單位fpsFrame Per second),如30fps,表示相機在1秒鍾內*多能采集30幀圖像;線性相機通常用行頻表示,單位KHz,12KHz表示相機在1秒鍾內*多能采集12000行圖像數據。

•相機--快門速度(Shutter Speed

CCD/CMOS相機多數采用電子快門,通過電信號脈衝的寬度來控製傳感器的光積分(曝光)時間。對於一般性能的的相機快門速度可以達到1/10000-1/100000秒。

卷簾快門(Rolling Shutter):多數CMOS圖像傳感器上使用的快門,其特征是逐行曝光,每一行的曝光時間不一致。

全局快門(Global Shutter):CCD傳感器和極少數CMOS傳感器采用的快門,傳感器上所有像素同時刻曝光。

•相機--智能相機

智能工業相機是一種高度集成化的微小型機器視覺係統。它將圖像的采集、處理與通信功能集成於單一相機內,從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易於實現的機器視覺解決方案。智能工業相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網絡通信裝置等構成。由於應用了*新的 DSPFPGA及大容量存儲技術,其智能化程度不斷提高,可滿足多種機器視覺的應用需求。

 

•鏡頭---主要參數

工業的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計算時會忽略厚度對透鏡的影響將其等效成沒有厚度的播透鏡模型,即理想凸透鏡。

參數:焦距/視場/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數/畸變/接口

 

分辨率:對色彩和紋理的分辨能力。

畸變:鏡頭中心區域和四周區域的放大倍數不相同。

畸變的校正一般用黑白分明的方格圖像來進行,過程並不複雜。一般如果畸變小於2%,人眼觀察不到;若畸變小於CCD的一個像素,攝像機也看不見。

 

•鏡頭---分類

CCTV鏡頭

專業攝影鏡頭

遠心鏡頭

 

•鏡頭---遠心鏡頭

在測量係統中,物距常發生變化,從而使像高發生變化,所以測得的物體尺寸也發生變化,即產生了測量誤差;即使物距是固定的,也會因為CCD敏感表麵不易精QUE調整在像平麵上,同樣也會產生測量誤差。采用遠心物鏡中的像方遠心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差,而物方遠心物鏡則可以消除CCD位置不準帶來的測量誤差。