机器视觉基础知识详解

1、机器视觉基础知识详解 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

2、、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：为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。案例一：机器人+视觉 自动上下料定位的应用：现场有两个振动盘，振动盘1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统

3、发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。案例二：视觉检测在电子元件的应用： 此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备

4、的正常运行，提高生产效率。案例三：啤酒厂采用的填充液位检测系统案例：当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。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

5、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

6、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：Free run、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（C

7、harge Coupled Device） ：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(Complementary Metal Oxide Semiconductor )：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

8、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 CCDCCDCMOS串行处理并行处理光线灵敏度高，图像对比度高光线灵敏度低，图像对比度低，高动态范围低噪声存在固定模式噪音集成度较低高集成度，芯片上集成了很多功能取图速度慢，帧率低取图速度块，帧率高功

9、耗一般功耗较低成本较高成本低相机-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）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有

10、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

11、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。 镜头-主要参数工业的镜头大都是多组镜片组合

12、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-分类CCTV镜头专业摄影镜头远心镜头镜头-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

13、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。附录资料：不需要的可以自行删除SBS改性沥青卷材防水施工工艺1 执行标准1.1 GB/T19001ISO90012000质量管理体系 要求1.2 GB503002001建筑工程施工质量验收统一标准 1.3 GB502072001屋面工程质量验收规范1.4 工程建设标准强制性条文（房屋建筑部分2002年版）1.5 JGJ5999建筑施工安全检查标准2 施工工艺2.1 施工准备2.1.1 施工前准备工作2.1.1.1 防水工程施工前，掌握施工图中的关于防水工程细部构造及有关技术

14、要求，并应编制防水方案或保证质量技术措施。2.1.1.3准备好防水材料和冷底子油的溶剂或成品、涂刷冷底子油、嵌填密封材料、铺贴卷材、清扫基层等施工操作中各种必须的工具、用具、机械以及安全设施、灭火器材。2.1.1.4 检查找平层的施工质量是否符合要求。当出现局部凹凸不平、起砂起皮、裂缝以及预埋不稳等缺陷时，可按表7.1进行修补。 找平层缺陷的修补方法 表7.1缺陷种类修补方法凹凸不平铲除凸起部位。低凹处应用1：2.5水泥砂浆掺10%15%107胶补抹，较浅时可用素水泥掺胶涂刷；对沥青砂浆找平层可用沥青胶结材料或沥青砂浆填补。起砂、起皮要求防水层与基层牢固粘结时必须修补。起皮处应将表面清除，用水

15、泥素浆掺胶涂刷一层，并抹平压光。裂缝满粘法施工的卷材及涂膜防水层应对裂缝进行修补。当裂缝宽度0.5mm时，可用密封材料刮封，上铺隔离条0.5mm时，沿缝凿成V形槽（200.520mm），清扫干净后嵌填密封材料，再做100mm宽防水涂料层。预埋件固定不稳定凿开重新灌筑掺107胶或膨胀剂的细石混凝土，四周按要求作好坡度。2.1.2 材料2.1.2.1卷材：根据设计要求及防水等级，采用厚度不同2、2.5、3.0mmSBS改性沥青卷材。2.1.2.2冷底子油，厂家已制作好的配套品种。2.1.3主要机具2.1.3.1工具：石油液化罐、高压胶管、喷枪或喷灯、小油灰铲刀、排刷。2.1.3.2 护具：帆布手套

16、、皮手套、平底胶鞋、工作服。2.1.4 作业人员：由具有防水资质专业施工队组施工。2.2 作业条件2.2.1 材料要求SBS改性沥青防水卷材必须符合设计要求，外观质量要符合表7.2的要求，要有出厂合格证和试验报告。 SBS改性沥青防水卷材外观质量 表7.2项 目质 量 要 求孔洞、缺边、缺口不允许边缘不整齐不超过10mm胎体露白、未浸透不允许每卷卷材的接头不超过1处，较短的一段不应小于1000mm，接头处应加长150mm2.2.2 作业人员要求：防水工程的施工应由经资质审查合格的防水专业队组进行施工。工作人员应持有当地建设行政主管部门颁发的上岗证。2.2.3 工作环境要求2.2.3.1找平层应

17、干燥，坚实平整不起砂，含水率小于9%或空铺1m2卷材34h后检验未见水印即为合格。2.2.3.2 屋面的转角及大烟囱、出入孔等阴阳角找平层，要抹成平缓的半圆弧形。2.2.3.3 伸出屋面管道周围的找平层应做成圆锥台、管道与找平层间应留凹槽，并用嵌填密封材料。2.2.3.4 雨天、雪天严禁进行卷材施工。五级风及其以上时不得施工，气温低于0时不宜施工，如必须在负温下施工时，应采取相应措施，以保证工程质量。热熔法施工时的气温不宜低于10。施工中途下雨、雪，应做好已铺卷材四周的防护工作。2.2.3.5夏季施工时，屋面如有露水潮湿，应待其干燥后方可铺贴卷材，并避免在高温烈日下施工。2.3 操作工艺（见图

18、7.1）卷材防水施工工艺流程图（图7.1）基层表面清理、修补工作喷、涂基层处理剂节点附加增强处理定位、弹张、试铺铺贴卷材收头处理、节点密封清理、检查、修整保护层施工2.3.1 清理基层将施工部位的基层清扫干净。2.3.2 刷冷底子油冷底子油作为基层处理剂主要用于热粘贴铺设沥青卷材。涂刷冷底子油的品种要视卷材而定，不可错用。涂刷要薄而均匀，不得有空气、麻点、气泡，也可用机械喷涂。如果基层表面过于粗糙，宜先刷一遍慢挥发性冷底子油，待其表面干后，在刷一遍快挥发性冷底子油。涂刷时间宜在铺贴前12d进行，使油层干燥而又不沾染灰尘。2.3.3 铺贴附加层在雨水口、檐沟、烟囱根部、阴阳角等部位预先用SBS卷

19、材或涂膜贴一层增强加层。2.3.4 铺屋面卷材根据设计要求SBS改性沥青卷材可以采用空铺、点粘、条粘、满粘法施工，并要符合施工规范（GB502072002）要求。通常都采用满粘法，而条粘、点粘和空铺法更适合于防水层上有重物覆盖或基层变形较大的场合，是一种克服基层变形拉裂卷材防水层的有效措施，设计中应明确规定、选择适用的工艺方法。空铺：铺贴卷材防水层时，卷材与基层仅在四周一定宽度内粘贴，其余部分不粘贴的施工方法；条粘法：铺贴卷材时，卷材与基层粘结面不少于两条，每条宽度不小于150mm；点粘法：铺贴防水卷材时，卷材或打孔卷材与基层采用点状粘结的施工方法。每平方米粘结不少于5点，每点面积为100mm

20、100mm。无论采用空铺、条粘还是点粘法，施工时都必须注意，距屋面周边800mm内的防水层应满粘，保证防水层四周与基层粘结牢固，卷材与卷材之间应满粘，保证搭接严密。2.3.4.1 铺设方向卷材的铺设方向应根据屋面坡度和屋面是否有振动来确定。当屋面坡度小于3%，卷材宜平行于屋脊铺贴；屋面坡度大于15%或受振动时，沥青卷材应垂直于屋脊铺贴；SBS改性沥青卷材可根据屋面坡度、屋面是否受振动、防水层的粘结方式、粘结强度、是否机械固定等因素综合考虑采用平行或垂直屋面脊铺巾。上下层卷材不得相互垂直铺贴。上下层卷材不得相互垂直铺贴。2.3.4.2对设有分格缝的屋面，对分格缝用防水油膏嵌缝，并铺贴一层卷材附加

21、层（200mm宽，单边粘贴）。2.3.4.3 对设有保温层的屋面应在保温层和找平层中留置排气槽，要求排气道纵横贯通，每36m2设一排气孔，并与排气槽上铺贴一层卷材附加层（不少于200mm宽）。2.3.4.4卷材铺贴，平行于屋脊开始，从檐口开始往上铺，将喷火枪（或喷灯）调整就绪，然后对准卷材与基层的交界面（喷枪与卷材的距离保持50100mm），在卷材表面热熔胶熔化并发黑有光泽时，进行滚动粘贴，卷材向前滚动时，要求边缘有热熔胶溢出，并用小刀刮平封实。在卷材滚动过程中，须对卷材压实，不许空鼓。2.3.4.5 卷材的搭接宽度（见表7.3） 卷材搭接宽度（mm） 表7.3卷 材种 类铺 贴方 法短边搭接

22、长边搭接满贴法空铺、点粘、条粘法满粘法空铺、点粘、条粘法沥青防水卷材10015070100SBS改性沥青防水卷材80100801002.3.4.6卷材之间（即边接缝）粘接时用喷枪对准上下层卷材烧至熔化，然后用力挤压边缘有热熔胶溢出，用刮刀修平封实。2.3.4.7 卷材施工时，对屋面所有管道、烟囱口、水落口等节点周围及转角处剪开的卷材用密封胶封牢。2.3.5 细部防水做法2.3.5.1 天沟、檐沟、檐口防水做法a. 天沟、檐沟应增铺附加层，应采用防水涂膜作为增强层。b. 天沟、檐沟与屋面的交接处的附加层宜空铺，空铺的宽度不应小于200mm。（图7.2（1）a）c. 卷材防水层应由沟底翻上至沟外檐

23、顶部，卷材收头应用压条或垫片钉压固定，并用密封材料封口。（图7.2（1）b）d. 高低跨内排水天沟与立墙交接处，应采用能适应变形的密封处理。（图7.2（1）c ）e. 铺贴檐口800mm范围内的卷材应采取满粘法。f. 卷材收头应压入凹槽，采用压条或垫片钉压固定，并用密封材料封口。g. 檐口下端应抹出鹰嘴和滴水槽。2.3.5.2 女儿墙泛水防水做法a. 铺贴泛水处的卷材应采取满粘法。b. 女儿墙较低，卷材铺到压顶下，并用金属或钢筋砼板盖压。（图7.2（2）a）c. 砖墙卷材收头可直接铺压在女儿墙压顶下，也可压入砖墙凹槽上部的墙体应做防水处理。（图7.2（2）b）d. 女儿墙为混凝土时，卷材收头直

24、接用压条固定与墙上，用密封材料封固，并在收头上部作柔性保护层。（图7.2（2）c）2.3.5.3 屋面变形缝的做法a. 变形缝的泛水高度不应小于250mm。b. 防水层应铺贴到变形缝两侧砌体的上部。c. 变形缝内宜填充泡沫塑料或沥青麻丝，上部填放衬垫材料，并用卷材封盖，顶部应加扣混凝土或金属盖板，混凝土盖板的接缝应用密封材料嵌填。（图7.2（3）d. 在变形缝中间放置一条聚乙烯发泡棒或板，或先整个覆盖一层卷材，并向缝中凹伸，上放圆棒，圆棒是覆盖卷作形造型模架。e. 卷材盖过变形缝，并作成形，封闭处理，金属盖板或砼盖板作保护层。2.3.5.4 水落口处节点防水处理：a. 水落口杯上口的标高应设置

25、在沟底的最低处。b. 防水层贴入水落口杯内不应小于50mm。c. 水落口杯周围500mm内增大坡度不应小于5%，并采用防水涂料或密封材料涂封，涂料厚度不应小于2mm。（图7.2（4）a）d. 水落口杯与基层接触处应留宽20mm、深20mm凹槽，并嵌填柔性密封材料，避免水落口节点的渗漏发生。（图7.2（4）b）e. 水落口杯埋设标高应考虑水落口设防时增加附加层和柔性密封层的厚度及排水坡度加大的尺寸。2.3.5.5 伸出屋面管道及出入口防水做法a. 管道根部直径500mm范围内，砂浆找平层应抹出高度不小于30mm的圆台，管道与找平层间应留20mm20mm的凹槽，并嵌填密封材料，防水层收头处应用金属

26、箍箍紧，并用密封材料封严。（图7.2（5）a）b. 管道根部四周应增铺附加层，宽度和高度均不应小于250mm。c. 屋面垂直出入口防水层收头应压在砼压顶圈下，水平出入口防水层收头应压在砼踏步下，防水层的泛水应设保护墙。（图7.2（5）b）2.3.6 卷材防水层保护层施工应符合下列规定2.3.6.1用浅色涂料保护层时，应等卷材铺贴完成，并经检验合格，清扫干净涂刷。涂层应与卷材粘结牢固，厚满均匀，不得漏涂。2.3.6.2 用水泥砂浆作保护层时，表面应抹平压光，并应设表面分格缝，分格面积宜为1m2。2.3.6.3用块体材料作保护层时，宜留设分格缝。分格面积不宜大于100mm2；分格缝宽度不宜小于20

27、mm。2.3.6.4用细石混凝土作保护层时，混凝土应振捣密实，表面抹光压光，并留设分格缝。分格面积不宜大于36m2。2.3.6.5 刚性保护层与女儿墙、山墙之间应预留宽度为30mm的缝隙，并用密封胶嵌填严密。2.3.6.6水泥砂浆、块材或细石混凝土保护层与防水层之间设置的隔离层应平整，起到完全隔离作用。2.4 安全注意事项2.4.1卷材严禁在雨天、雪天、大风天气，温度低于5不得施工。中途下雨应做已铺卷材周边的防护工作。2.4.2 对石油液化罐、喷枪、喷灯的开关、连接件、胶管进行检查是否漏气、漏油，如发现应及时修理和更换。2.4.3在防水层上安装避雷带、天线、隔热板及各种管件和设备时，应谨慎作业

28、，不得损坏防水层。2.4.4卷材宜直立堆放，并储放于通风的室内，切忌日晒、雨淋和于热源接触。2.4.5卷材操作人员必须穿长袖口衣服和长裤，并带手套，禁止赤脚或穿硬底、高跟鞋作业。2.5 过程能力预先鉴定在正式施工前，应对操作人员、材料、机具、环境等过程能力进行预先鉴定，填写“特殊过程能力预先鉴定表”（程序文件表QCX093），并按照选择的防水参数进行试件送试，合格后方可正式生产。2.6 技术交底施工负责人应向班组进行技术交底。内容包括：施工部位、施工顺序、施工工艺、构造层次、节点设防方法、增强部位及做法，工程质量标准，保证质量的技术措施，成品保护措施和安全注意事项。2.7 特殊过程的连续监控2

29、.7.1 需监控的技术参数：卷材厚度（见表7.4）、卷材搭接宽度（见表7.3）。2.7.2 监控的频次大于1000卷抽5卷，每5001000卷抽4卷，100499卷抽3卷，100卷以下抽2卷，进行规格尺寸和外观质量检验。在外观质量检验合格的卷材中，任取一卷作物理性能检验。2.7.3 对技术参数的监控：应由操作人员自检和项目质检员专检予以实施。2.7.4 监控人员应对监控时实测到的技术参数记录入“特殊过程主要技术参数连续监控记录”（程序文件表QCX094）2.8 质量要求2.8.1 屋面不得有渗漏和积水现象。所使用的材料（包括防水材料，找平层、保温层、保护层、隔气层及外加剂、配件等）必须符合质量

30、标准和设计要求。2.8.3 防水层的厚度和层数、层次应符合设计规定。2.8.4 结构基层应稳固，平整度符合规定，预制构件嵌缝密实。2.8.5 屋面坡度（含天沟、檐沟、水落口、地漏）必须准确，排水系统应通畅，找平层表面平整度不超过5mm，表面不得有疏松、起砂、起皮现象。2.8.6 卷材的铺贴方法、搭接顺序应符合规定，搭接宽度准确，接缝严密，不得有皱折、鼓泡和翘边，收头应固定、密封严密。2.8.7 粒料、涂料、薄膜保护层应覆盖均匀严密，不露底，粘结牢固，刚性整体保护层不得松动，分格缝留置应准确，与防水层之间应有隔离层。板块保护层应铺砌平整，勾缝严密，其分格缝的留设也应正确。2.8.8 节点做法必须符合设计要求，搭接正确，封固严密，不得翘边开缝。2.8.9 空铺、条粘、点粘法施工时，卷材粘贴面积、位置应符合要求。2.9 质量检验防水工程各分项工程的施工质量检验批量应符合下列规定：2.9.1 SBS改性沥青卷材防水工程应按防水工程面积每100m2抽查一处，每处10m2，且不得少于3处。2.9.2接缝密封防水，每50m应抽查一处，每处5m，且不得少于3处。2.9.3主控项目（卷材防水工程验收规范及质量验收标准）2.9.3.1 卷材防水层所用卷材及配套材料，必须符合设计要求。检验方法：检查出厂合格证、