机器视觉基础

1、机器视觉基础知识机器视觉技技术示意意图触发信号号获取图像像图像处理理输出DigitaloutputSerialoutEthernetI/PTCP/IPoutsensorPLCRobotFieldBus成像系统相机，光光学部部件，光光源目标特征部分与与“背景景”形成成高反差差的图像像校正&比例缩放放检测方法法灰度分析析（阀值值）&梯度分析析图像增强强在视场（FOV）内定位产品零零件检测分析析测量，特特征点查查找检测测，读取取等设备通讯讯Pass/Fail结果状态态输出检测数据据分析控控制输出出机器视觉觉系统概概述基础术语相机图像传感感器灰度&彩色光学器件件(镜头)标准镜头头vs.远心镜头头光源基

2、础知识技巧机器视觉觉系统概概述相机-Camera图像传感感器-ImageSensor镜头-Lens工作距离离-WorkingDistance视场（FOV） Field of View景深（DOF） Depth of Field分辨率-Resolution示意图图像传感感器光电探测测器网格格(像素阵列列)转换光亮亮度级别别成电子子信号CCDvs. CMOS转换方式式不同CCD&CMOS灰度像素素深度转换光亮亮度级别别成可测量信号级级别0 255(0黑,255白)部分软件件使用百百分比表表示方法法(0-100%)纯白= 255纯黑= 0中等灰度度= 128灰度CCDCMOS填充因数高中等系统干扰低

3、中等响应速度中等稍快动态范围高中等建模快，质量高差速度中等偏高较高图像质量高一般耗电性能中等稍微少于CCDCCD&CMOS分辨率焦距景深兼容芯片片尺寸远心畸变镜头印刷和纸纸张检测测镜头兼容容芯片尺尺寸和相相机芯片片尺寸关关系镜头标准镜头成本较低,尺寸较小小透视误差差距离的改变变会引起起大小的的改变畸变大较大的检检测对象象,特征点检检测,测量相对对差光学器件件远心镜头头成本较高,体积较大大无透视误误差距离不改改变大小小畸变小较小检测测对象,精准测量量光学器件件光学器件件镜头标准镜头头远心镜头头光学器件件印刷和纸纸张检测测景深镜头目的将被测物物体与背背景尽量量明显分分别，获获得高品品质、高高对比度

4、度的图像像。重要性直接影响响处理精精度和速速度，甚甚至系统统的成败败。光源目标高对比图图像!最明显的的检测特特征点最不明显显的“背背景”和和干扰打光注意意事项被检测零零件的特特征打光技术术彩色效果果光源高频荧光光灯卤素灯LED灯光源光源光源卤素灯泡（英文：halogen lamp），简称称为卤素素泡或者者卤素灯灯，又称称为钨卤灯泡泡、石英灯灯泡，是是白炽灯的一个变变种。原理是在灯泡泡内注入入碘或溴等卤素气体，在高温温下，升升华的钨丝与卤素进进行化学学作用，冷却后后的钨会会重新凝固在钨丝上上，形成成平衡的的循环，避免钨钨丝过早早断裂。因此卤卤素灯泡比白炽灯灯更长寿寿。卤素灯供电电电压通常常分为交

5、交流220V和直流12V两种。例子：氙气灯泡荧光灯，传统型型荧光灯灯即低压汞灯灯，是利用用低气压压的汞蒸蒸气在通通电后释释放紫外外线，从从而使荧荧光粉发发出可见见光的原原理发光光，因此此它属于于低气压压弧光放放电光源源。LED光源的优优势可制成各各种形状状、尺寸寸及各种种照射角角度；可根据需需要制成成各种颜颜色，并并可以随随时调节节亮度；通过散热热装置，散热效效果更好好，光亮亮度更稳稳定；使用寿命命长（约约3万小时，间断使使用寿命命更长）；反应快捷捷，可在在10us或更短的的时间内内达到最最大亮度度；电源带有有外触发发，可以以通过计计算机控控制，起起动速度度快，可可以用作作频闪灯灯；运行成本本

6、低、寿寿命长的的LED，会在综综合成本本和性能能方面体体现出更更大的优优势；可根据客客户的需需要，进进行特殊殊设计。光源暗视野亮视野两种常见见正向打打光方式式光源两种常见见正向打打光方式式暗视野亮视野光源低角度光源前向光光源照明光源源背光光源照射物白色光(混合色)蓝色其它颜色被吸收光源传 递反 射镜面反射射漫反射吸 收光源被被检测零零件特征征明视场暗视场背光结构光Dome光同轴光光源打打光技术术Dome光明视场光源案案例白光得到到各颜色色单色图像像RVOBYG光源彩彩色效果果偏振用于减少少闪烁塑料或者者玻璃偏光镜交叉偏光镜滤光镜无滤色镜镜红色滤色色镜绿色滤色色镜滤光镜应应用相机工业相机机有多种

7、种类型常见的分分类方式式如下黑白相机机和彩色色相机面阵相机机和线阵阵相机CCD相机和CMOS相机模拟相机机，数字字相机，智能相相机相机CameraLinkUsb2.01394a1394bGigEEthernet速度Base: 1.5GbpsMedium: 3.8GbpsFull: 5.1 Gbps480Mbps400Mbps800Mbps1000Mbps100Mbps距离10m5m4.5m4.5m100m100m优势1.带宽高2.有带预处理功能的采集设备3.抗干扰能力强1.易用2.价格低3.多相机1.易用，价格低，多相机2.传输距离远，实际线缆可达到17.5m，光纤传输可达100m3.有标准D

8、CAM协议4.CPU占用最低1.易用，价格低，多相机2.传输距离远，线缆价格低3.标准GigE Vision协议1.易用，价格低2.传输距离远，线缆价格低缺点1.价格高1.无标准协议2.CPU占用高1.长距离传输线缆价格稍贵1.CPU占用高2.对主机配置要求高3.有时存在丢包现象1.无标准协议2.带宽过低3.CPU占用过高相机面阵相机机芯片是是M*N方式排列列；线阵相机机芯片是是1*N方式；系统组成成相机,光学部件件,软件最小可区区别的特特征大小小系统测量量精度系统精度度、重复复精度影响因素素分辨率 640 x480 1600 x1200光学部件件质量软件分辨辨率测量亚像素概概念特征点 5x5

9、像素区域域成像系统分辨率率目标校正正使用标准准的圆点点目标校校正板镜头畸变变补偿比例缩放放例如：在1英寸视场场内有1000个像素= 0.001”/像素重新标定定变化的的检测必必要条件件。(镜头，工工作距离离，光源源等等)比例缩放放无变形补补偿值=单位值/像素校正图像黑白白部分分分割界限限自动或者者固定的的阀值方方法0-25%0-75%灰度（阀阀值）边缘检测测方法灰度值的的变化率率梯度分析析较少多余余的干扰扰提高被测测的特征征点或者者边缘可能占用用宝贵的的检测时时间方法形态学方方法改变亮度级级别二值化图像增强强全部或者者部分图图像可多重反反复处理理延长检测时间间结果改良后图图像但是可能降低低或者

10、改改变源特特征降低干扰腐蚀/膨胀/打开/关闭/数学全部或者者部分图图像平衡亮度级级别的不不一致创建黑白白图像结果改良后的的图像图像增强亮度级别别/二值化优化工具具运行速速度，节节约检测测时间，实现精精确定位位检测方法边缘定位位Blob定位模式匹配配定位Origin工具1到3个ROI单点中心功能能结果- X, Y,以及角度度定位 LineFind工具1个ROI(单方向)多点(求平均)中心功能能结果直线以及及角度定位- Blob工具多特征(blob)重心以及及角度结果 X, Y,以及角度度定位Pattern Find训练新的的模式(作为标准准模型)搜寻匹配配结果-X,Y,以及角度度;匹配度%.测量

11、工具具直线/圆形测测量公差名义值,+/-标定值(标定成图图纸尺寸寸)方法直线测量量直线到基基准测量量圆形测量量测量 CircleGauge多点(多点形成成一个圆圆形)离群值检检测结果圆心,同心度, ID(内径),OD（外径）,pass/fail特征检测测多出/缺损特征征以及缺缺陷检测测方法灰度分析析灰度百分分比像素统计计Blob分析灰度像素素聚合通过大小小以及外外形过滤滤模式匹配配模板匹配配(可训练)结果条形码,字符读取取（OCR）等特征检测测 AverageIntensity/Contrast多个ROI通过百分比比、数量量检测结果亮度,像素数量量,pass/fail特征检测测 Blob分析多

12、个ROI外形过滤滤(面积，高度度，宽度度等)结果blob序列, blob数量,pass/fail模式匹配配训练理理想模式式查找最佳匹匹配结果定位,匹配率, pass/fail模板 Adaptive/Greyscale训练 理想想模式检测图像的的不同部部分结果结果差异异图像, blob数据, pass/fail读取工具具条形码(UPC,128, 2of5,等等)数据点阵阵（光学字字符识别别）OCR训练字形形库设置最小小匹配率率以及匹匹配字符符结果字符, pass/fail通讯工具具Pass/Fail结果状态输输出离散输出出给机器器控制理想控制制(快速&直接通通讯给出出结果)检测数据据给出过过程控制制（根据据具体的的硬件平平台确定定）数据尺寸,亮度，百百分比等等等串口输出出以太网口口输出协协议TCP/IPEtherNet/IPorPCCC (ABPLC)MODBUSActiveXOPCServer视觉应用用建立的的基本思思路前期评估估：拿到到检测样样品、要要求。根根据要求求在实验验室得到图像做出基基本思路路程