机器视觉技术测量方法.doc

机器视觉技术测量方法姓名：李钊宝专业：检测技术与自动化装置学号：1008110271时间：2010.10摘 要：回首机器视觉在中国的发展，过去10年是这个行业在中国市场发展最快的时期。伴随着中国制造业的蓬勃发展，机器视觉产业也在中国市场度过了发展的最初时期，国际知名机器视觉厂商纷纷在中国开展业务，也有一大批有过外企机器，带动了这个产业的在国内的兴起。经过一定时期的普及推广，机器视觉已逐渐为广大客户所熟知，而且应用范围也逐渐开始扩大，大规模的应用领域由起初的电子、制药等行业，逐步扩展到包装、汽车等领域，而且在交通、印刷等行业也均有许多的应用。作为代替人眼的工具，机器视觉曾经被许多从业者寄予很大的希望，他们认为机器视觉可以成为工业自动化一个非常有力的补充产品。关键词：机器视觉；中国市场；大客户；扩大；工业自动化。一引 言目前机器视觉客户还有一定的不足之处，需要继续提高集成能力。“现在许多客户都要求你能提供一个完整的解决方案，而不只是购买几个机器视觉产品或者系统软件。这就要求机器视觉厂商要有很强的集成能力，这个能力不仅仅是可以将成熟的机器视觉系统提供给客户，更重要的是你要懂客户的机械设备的加工性能和他的应用习惯。”制造业受经济危机的影响很深，机器视觉产业的发展也在这场危机中受到了一定影响。但工作于其中的许多人都普遍认为，这场经济危机给机器视觉的影响只是暂时的。随着经济危机的褪去，许多产业都在复兴，而复兴的结果必定与以往不同。更多的厂商会提高重视产品品质，也会对生产加工质量、加工工艺提出更高的要求，这将使包括机器视觉在内的自动化技术拥有更广阔的用武之地。我国的机器视觉应用还有很大的发展空间，还亟待更大的推广。对于许多客户，还停留在劝说尝试使用的阶段，更谈不上更高阶的使用需求，这需求机器视觉厂商共同努力。正文一、 评价目的机器视觉技术目前高速发展，在各个领域发挥了不可替代的作用，在军事、农业、工业、轻工业、重工业、航天等各个领域发挥了很大的作用极大地提高了本行业自动化程度的提高，但是到目前为止与机器视觉相关的评价体系还没有完善，这就需要我们进一步研究与开发，提高视觉检测技术的评及体系，为国民生产事业提供推动力。机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的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，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、 CCD 照相机、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。二、 测量方法及技术一个典型的机器视觉系统包括以下五大块： 1、照明照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。光源可分为可见光和不可见光。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。可见光的缺点是光能不能保持稳定。如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一方面，环境光有可能影响图像的质量，所以可采用加防护屏的方法来减少环境光的影响。照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。其中，背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像。前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。 2、镜头FOV（Field Of Vision）=所需分辨率*亚象素*相机尺寸/PRTM（零件测量公差比） 镜头选择应注意： 焦距目标高度 影像高度 放大倍数 影像至目标的距离 中心点 / 节点 畸变 3、相机按照不同标准可分为：标准分辨率数字相机和模拟相机等。要根据不同的实际应用场合选不同的相机和高分辨率相机:线扫描CCD和面阵CCD；单色相机和彩色相机。 4、图像采集卡图像采集卡只是完整的机器视觉系统的一个部件，但是它扮演一个非常重要的角色。图像采集卡直接决定了摄像头的接口：黑白、彩色、模拟、数字等等。 比较典型的是PCI或AGP兼容的捕获卡，可以将图像迅速地传送到计算机存储器进行处理。有些采集卡有内置的多路开关。例如，可以连接8个不同的摄像机,然后告诉采集卡采用那一个相机抓拍到的信息。有些采集卡有内置的数字输入以触发采集卡进行捕捉，当采集卡抓拍图像时数字输出口就触发闸门。 视觉处理器视觉处理器集采集卡与处理器于一体。以往计算机速度较慢时，采用视觉处理器加快视觉处理任务。现在由于采集卡可以快速传输图像到存储器，而且计算机也快多了，所以现在视觉处理器用的较少了。 机器视觉的应用机器视觉系统技术包含了了图像处理技术，光学处理技术，数字信号处理技术，通信技术，控制技术等。1、 图像处理技术在机器视觉方面的测量方法及技术在PCB贴片安装的机器视觉检测中需要通过图像配准拼接来得到整个PCB的图像，传统的图像配准拼接技术由于光照干扰效果不好。用图像的小波分解高频系数去除反映光照渐变的低能量系数后，可以较好地避免光照不均匀的干扰。分别利用小波分解有效垂直高频系数的垂直投影和水平高频系数的水平投影可以快速水平配准和垂直配准，低频部分作拼接的灰度渐变平滑处理。实验结果显示了本算法的鲁棒性、快速和良好拼接效果。2、 在光学处理技术在机器视觉方面的测量方法及技术分析人眼视觉系统（HVS）的对比敏感度特性，利用小波变换提取每一频率分量的失真指标，提出了一种图像结构失真评价的新方法。其基本思路是根据HVS特性中的对比度敏感度、即空间频率特性曲线，构造一个与图像大小相同的加权系数矩阵，对图像进行多级小波变换后的系数进行加权，对每一频率分量提取相应的频率均值失真、对比度失真和相关度失真三个指标，然后将这三个指标进行结合，并构造一个距离函数，求得图像结构失真的评价。实验表明该方法能较好的反映人的主观感受，对各种结构失真的图像具有评价效果，且明显优于一般的图像质量评价方法。3、 机器视觉数字信号处理CCD技术在机器视觉方面的测量方法及技术随着人们对于纸张质量要求的提高，造纸业需要对纸张质量进行更为严格、快速的检测。目前造纸业采用的纸张质量检测手段大多是人工质量检测，这种检测手段虽然容易实现，但是效率低，质量不容易保证，不能实现生产的自动化，远未达到理想的要求近几年来，CCD技术得到了广泛应用，已成为现代光电技术和现代测试技术中最活跃、最富有成果的手段之一1，利用CCD技术对产品表面质量进行实时检测、动态测量、自动对产品按品质实行分级，具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。本文将介绍一种基于CCD技术的纸张检测系统。4、 数字信号处理技术在机器视觉方面的测量方法及相关技术舰载导弹武器系统的作战是一套复杂的程序，这个程序一旦被中止，导弹便无法作战。具有图像跟踪的制导系统要求作战过程中不间断地工作，采集到连续可靠的图像，以完成对导弹的制导。ompactPCI总线是基于PCI总线规程的一个高性能总线标准，它的欧规卡结构和对热插拔的支持特别适用于对稳 定性、可靠性要求很高的系统。本文作者在进行图像跟踪制导系统的热维修研究时，提出了基于CompactPCI总线的图像采集卡设计思路，应用CompactPCI 总线技术并且很好地解决了对热插拔的软硬件支持，使系统具有带电更换故障插板的能力。5、 通信技术在机器视觉方面的测量方法及相关技术无线多模式视频传输系统，讨论了在WLAN和CDMA两种主要模式下终端的包乱序和丢包情况下的处理方法。对WLAN中的包乱序，采用在终端开辟合适的缓冲区进行包重排；而针对CDMA中的丢包现象，则结合实际传输时延RTT，分不同的情况进行处理。实验证明，提出的方案能有效提高实时终端视频的重建质量。三、 评价方案一般来说，在诸如机械视觉、方针主动识别等要求严酷的工业和军事应用场所中操作的成像系统都需要有实时高性能的计较措置能力。一向以来，这些成像系统依靠着专有的系统结构和定制的组件实现各自的性能，但近年来高性能通用微措置器科技的前进已经使人们出产出了大量可应用于高性能措置系统的低本钱元件。高性能成像系统尤其是操作了可扩展的多措置器系统结构的系统的设计的一个遍及缺陷就是不克不迭平衡好计较带宽和带I/O接口的存储带宽之间的关系。比来，带有大容量内部高速缓存和高性能外部存储器接口的微措置器的引入，使得设计一个计较和存储带宽之间获得平衡的高性能成像系统成为实际。微措置器操纵了板级存储器和I/O系统结构，操作这种微措置器及存储器的系统有一个主要性能。系统并不扩展存储器总线带宽，同样的，微措置器的引入一般不是为了改善性能，在晋升了一些性能后它们会达到一个极限值。此外，I/O带宽在总体性能上阐扬着主要的感化。 研发者可以选择一个能供给实时视觉应用场所所需要的性能和可扩展性的微措置器系统。在可编程成像系统的选择问题上，咱们重点思忖下面三个方面：（）系统是ldquo;本机rdquo;的仍是采用协措置器模子？（）哪种措置器在平衡应用中的措置和I/O关系上更具恰当性？（）总本钱是几多？为了更好的理解咱们的假如，咱们将对四种分歧的措置器在元件检测应用中表示出的性能进行分析。微措置器评估为了表现各类存在尖端科技的微措置器的优点，咱们选择了四种新型微措置器进行评估：Analog Devices公司的21160Hammerhead，Intelreg;（P3-450）,Philips公司的半导体TM1300 TriMedia和德州仪器（TI）的C6701你也能够操作这种框架评估其他的措置器。假定各类措置器在测试计较性能时是彼此自力的。集群模式设计将很快使总线达到饱和mdash;mdash;也就是说增添额外的措置器并不克不迭达到晋升速度以进步计较性能的目标。做出这个假定是因为大大都多措置器为了达到可扩展性，其协措置器板已经自力开或采用本地存储器设计。独一采用非本地存储器设计的是P-450,引入它是为了与其他措置器进行比较。 结论机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业