【世界五百强机密文件】【下载】 机器视觉基本原理及应用领域--2012-CN - 机器视觉检测系统设备

1、机器视觉基本原理及应用领域机器视觉基本原理及应用领域主讲主讲: 石纯龙石纯龙 内容索引内容索引:1 视觉的发展历史2 视觉是什么3 视觉的应用范围4视觉系统的组成部分5 视觉市场品牌概述6走进君奕豪科技3 - 机密机密一、视觉是什么一、视觉是什么视觉是什么视觉是什么: 光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产光作用于视觉器官，使其感受细胞兴奋，其信息经视觉神经系统加工后便产生视觉（生视觉（vision）。）。 通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存通过视觉，人和动物感知外界物体的大小、明暗、颜色、动静，获得对机体生存具有重要意义的各种信

2、息，至少有具有重要意义的各种信息，至少有80以上的外界信息经视觉获得，以上的外界信息经视觉获得，视觉是人和动物最重要的感觉。视觉是人和动物最重要的感觉。视觉是一个观看的过程。视觉是一个观看的过程。机器视觉是什么？机器视觉是什么？ 用机器来代替人眼对事物做测量、定位和判断的装置。用机器来代替人眼对事物做测量、定位和判断的装置。4 - 机密机密机器视觉系统是什么：机器视觉系统是什么： 指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和和CCD两种）把图像抓取到，然后将该图两种）把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信

3、息，来进行尺寸、形状、像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。颜色等的判别，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。一、视觉是什么一、视觉是什么 通信通信将结果传递到其他设备将结果传递到其他设备元件：良好元件：良好螺栓号：螺栓号：8照明照明技术使您的元件看起来处技术使您的元件看起来处于最佳状态于最佳状态图像采集图像采集相机拍摄照片相机拍摄照片 视觉工具视觉工具评价照片评价照片机器视觉系统的构件机器视觉系统的构件视野视野您正在观看的东西您正在观看的东西5 - 机密机密二、视觉的发展历程二、视觉的发展

4、历程机器视觉技术是计算机学科的一个重要分支。自起步发展至今，机器视觉已经有20多年的历史，其功能以及应用范围随着工业自动化的发展逐渐完善和推广。20世纪50年代， 开始研究二维图像的统计模式识别；60年代， Roberts开始进行三维机器视觉的研究；70年代中，人工智能实验室正式开设“机器视觉”课程；80年代开始，开始了全球性的研究；机器视觉获得了蓬勃发展，新概念、新理论不断涌现。现在，机器视觉仍然是一个非常活跃的研究领域，与之相关的学科涉及：图像处理、计算机图形学、模式识别、人工智能、人工神经元网络等。6 - 机密机密机器视觉在中国的发展历史：机器视觉在中国的发展历史： 1990年以前，仅仅

5、在大学和研究所中有一些研究图像处理和模式识别的实验室。1990-1998年为初级阶段:期间真正的机器视觉系统市场销售额微乎其微。主要的国际机器视觉厂商还没有进入中国市场。自从1998年，越来越多的电子和半导体工厂，包括香港和台湾投资的工厂，落户广东和上海。带有机器视觉的整套的生产线和高级设备被引入中国。1998-2002年为机器视觉概念引入期：在此阶段，许多著名视觉设备供应商，诸如：Halcon, keyence,Cognex, Omron, Matrix, NI等开始接触中国市场寻求本地合作伙伴。从2002年至今，为机器视觉发展期，中国机器视觉呈快速增长趋势。二、视觉的发展历程二、视觉的发展

6、历程7 - 机密机密机器视觉的发展趋势：机器视觉的发展趋势： 主要是速度和分辨率的提升， 颜色信息的捕捉、从模拟向数字产品转换的趋势！ 更快的速度 更大的功率 更小的外形尺寸 数字化 高度集成化 高分辨率 更宽的光谱探测范围 低价格二、视觉的发展历程二、视觉的发展历程8 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域在中国，视觉技术的应用开始于90年代， 在行业应用方面，主要有制药、包装、电子、汽车制造、半导体、纺织、烟草、交通、物流、造币、医学、天文、航空、军事等行业。 用机器视觉技术取代人工，可以提供生产效率和产品质量。例如在物流行业，可以使用机器视觉技术进行快递的分拣分类，不会出现目前

7、大多快递公司人工进行分拣，减少物品的损坏率，可以提高分拣效率，减少人工劳动。9 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域在中国，视觉技术的应用开始于90年代， 在功能应用方面， 主要有：定位、计数、尺寸测量、字符识别、条码读取、外观缺陷检测等。如： 印刷电路板的视觉检查、钢板表面的自动探伤、 大型工件平行度和垂直度测量、 容器容积或杂质检测、 机械零件的自动识别分类和几何尺寸测量等。在许多其它方法难以检测的场合，利用机器视觉系统可以有效地实现。机器视觉的应用正越来越多地代替人去完成许多工作，这无疑在很大程度上提高了生产自动化水平和检测系统的智能水平。10 - 机密机密三、视觉的应用领域

8、三、视觉的应用领域1 . 定位、确定位置主要用：视觉定位、物料识别做为机器的眼睛等边线工具：边线工具：查找在直边或者曲边上的明暗过渡位置、线、弧查找在直边或者曲边上的明暗过渡位置、线、弧度和多叉线直线和圆形拟合度和多叉线直线和圆形拟合Blob工具：工具：确定不同外形物体的位置几何图像查找工具用于确定不同外形物体的位置几何图像查找工具用于高级元件定位物体定位（高级元件定位物体定位（DVT 传感器）传感器）11 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域2 . 计数统计 直线计数直线计数 在黑白和彩色图像中自动学习模板在黑白和彩色图像中自动学习模板 面积统计面积统计 通过自动学习利用位置算法

9、（通过自动学习利用位置算法（Blob工具、物体定位、边线和图案查找）工具、物体定位、边线和图案查找）使得元件计数简单使得元件计数简单 像素计数或直方图像素计数或直方图 灰阶工具决定光强灰阶工具决定光强 颜色工具允许学习多种颜色并且进颜色工具允许学习多种颜色并且进行比较行比较12 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域3 . 尺寸测量主要用：在小五金件、机加件、塑件孔径、边线 等精密尺寸测量计算多种元件和形状的尺寸，计算多种元件和形状的尺寸，例如直径、距离、角度和更多例如直径、距离、角度和更多13 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域4 . 字符识别主要用：文字、字符等识别

10、和读取该功能主要用在印刷质量、激光打标、丝网印刷等检测14 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域5 . 条码读取条形码读取条形码读取2维矩阵码读取维矩阵码读取IDMax 基于基于PatMax技术技术OCR /OCV字符识别字符识别字符验证字符验证15 - 机密机密三、视觉的应用领域三、视觉的应用领域6. 外观缺陷检测检测产品表面刮痕、划伤、色差、杂质、气泡、灰尘等16 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分典型的视觉系统一般包括：光源、镜头（光学系统），相机、图像处理单元（图像采集卡）图像分析处理软件、监视器、通讯/ 输入输出单元17 - 机密机密四、视觉系统的组

11、成部分四、视觉系统的组成部分光源光源和影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。机器视觉中光源起到以下作用：1.照亮目标，提高亮度2.形成有利于图像处理的结果3.克服环境光干扰，保证图像稳定性4.用作测量的工具或参照物同一个产品的不同打光效果18 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分光源选型的要点：1.光源的亮度：当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够

12、的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。2.LED波长的一致性：颜色一致，则波长要求一致，没有LED分光分色仪的生产厂商很难生产色彩纯正的产品3.漏电电流：LED是单向导电发光体，如果有漏电流，则影响LED寿命4.发光角度：根据产品表面特称，会选用不同的发光角度的光源5.光源的光衰：光衰小，寿命长，性能稳定6.光源的鲁棒性：光源防止在摄像头视野不同区域或不同角度是，结果图像不应随光源的变化引起太大的变化7.光源的均匀性：不均匀的光会引起不均匀的反射，造成图像内部明暗不均不同厂家之间考虑19 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分一.光源的种类不同：目前常用的种类有：1.环形

13、光2.条形光3.同轴光4.背光源5.平行背光源6.线性光源 7.点光源8.球积分光源9.无影光10.AOI专用光源11.特殊光源 12.定制光源二.光源的颜色不同：目前常用的颜色有：1.红色光源2.蓝色光源3.绿色光源4.白色光源三.光源的角度不同：目前常用的角度有：1. 0度 2. 30度 3. 45度 4. 60度 5.90度 6.定制光源四.LED数量不同：目前常用的数量有：1.1排LED 2. 3排LED 3. 4排LED 5. 6排LED 6.8排LED 五.是否带漫射板：1.带有漫射板 2.没有漫射板六.光源的直径不同七.光源的功率不同20 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视

14、觉系统的组成部分相机选型一、按传感器分类：目前主要有CCD和CMOS两种 目前CCD常用的有三种结构：全帧传输、帧传输、行转移,CMOS和CCD在 感光部分原理相同，不同的是CMOS还集成了寻址电路、放大器和A/D CCD和CMOS的主要性能差别在：1.满阱容量差异 CMOS低于CCD 2.成本差异 CMOS低于CCD3.CMOS可以随机寻址，提高帧率，强于CCD4.噪声差异，CMOS 噪声比同类型的CCD要高5.功耗差异CMOS功耗低于CCD二、按CCD排列方式分类：面阵相机和线阵相机 面阵相机：感光元件按二维阵列排列，被拍摄的目标的一个面被成像 线阵相机：感光元件排列方式为一维，每次曝光仅

15、是目标上的一条线被成像， 随着目标物体与摄像机的相对运动，摄像机连续曝光，形成一幅二维 图像 面阵相机适用于普通物体检测，线阵相机适用于目标物体幅面大或者缺陷尺寸 微小的场合三、按照颜色分类：分为黑白相机和彩色相机 黑白相机：适用于普通的不需要颜色判别的场合 彩色相机：适用于需要判别颜色的场合 21 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分四、按照传感器分辨率和尺寸分类对角线有效对角线有效面积面积12/31/1.8.71/3MM12.8*9.68.8*6.67.18*5.326.4*4.85.27*3.964.8*3.63.6*2.7传感器尺寸通常以有效面积（宽度*高度）或对角

16、线尺寸（英寸）表示五、按照数据输出方式分类数字相机的输出方式有USB、1394A、1394B、Camera link 和 GigeUSB1394A1394BCamera link Gige带宽480Mb/s400Mb/s800Mb/s7140Mb/s1000Mb/s22 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分按组成结构来分类，典型的机器视觉系统可分为两大类：PC式或称板卡式机器视觉系统（PCBased Vision System），以及嵌入式机器视觉系统，亦称“智能相机”（Smart Camera）或“视觉传感器”（Vision Sensor）PC-based系统，相机可以通

17、过Firewire(IEEE1394),USB2.0或Gige接口与PC连接，或通过Camera link ,Lvds接口的图像采集卡连接，由PC中的CPU或图像处理卡完成图像处理，处理结果可以通过各种通信方式传输到上下机位进行相应的控制和处理智能机系统，它集成图像采集，处理与通信功能于一身，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23 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分PC-based系统的优点系统的优点1.PC系统可以通过较高的配置实现 高速的处理，适应更高的检测要求，如配置高速高分辨率的相机，高速处理器2.可以适应复杂的应用，可以更灵活的进行配置

18、和控制，在算法上，可以通过各种高级语言实现复杂的运输。当要提高精度时，可以通过提高系统配置，增加相机数量来实现3.更方便的通讯功能，由于是高级语言开发，可以采用各种各样的通讯方式4.性价比高，由于选择硬件的空间大，根据实际情况，可以选择更加适合自己的硬件24 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分智能机的优点智能机的优点智能机具有易学，易用，易维护，安装方便等特点，可在短时间内构建起可靠而有效的视觉系统，主要有以下优势1.应用便捷无需编程，可快速实现定位，几何测量，有无检测，计数，字符识别，条码识别颜色分析等功能2.稳定性高系统是实现了图像采集单元，图像处理单元，图像处理软件

19、，网络通信装置的高度集成，通过可靠设计和测试，稳定性比板卡机高3.体积小智能机结构紧凑，易于安装在工业生产线和各种设备上4.网络功能智能机通常提供比较好的网络功能25 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分项次板卡机智能机1可靠性一般较高2体积包括工控电脑在内，体积比较大结构紧凑，集成度高3网络通信可以灵活的选用各种各样的通信方式系统集成的有限的通信方式4设计灵活性第三方软件开发，灵活性很高系统集成的软件开发包，灵活性有限5功能可扩展有限6软件需要有编程基础无需编程基础PC-based系统与智能机的比较系统与智能机的比较26 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分镜头的分类一、按功能分：定焦镜头，变焦镜头，定光圈镜头二、按视角分类：普通镜头，广角镜头，远摄镜头三、按焦距分类：短焦距镜头，中焦距镜头，长焦距镜头四、按用途分类：微距镜头，远心镜头，CCTV镜头27 - 机密机密四、视觉系统的组成部分四、视觉系统的组成部分镜头的参数：1.焦距镜头焦距是指镜头光学后主点到焦点的距离，镜头焦距的长短决定着拍摄的工作距离、成像大小、视场角大小以及景深大小2.光圈光圈是相