机器视觉基础知识详解

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机器视觉基础知识详解

云栖号资讯小哥 2020-06-18 16:29:12 浏览823
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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。

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。

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:

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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

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•机械手引导
输出空间坐标引导机械手精确定位

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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

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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

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•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;

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•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

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•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、Trigger(多种)、长时间曝光等
传输方式:GIGE,Cameralinker,模拟

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•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

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•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。

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•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。

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•镜头---分类
CCTV镜头
专业摄影镜头
远心镜头

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原文发布时间:2020-06-17
本文作者:人工智能学家
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