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掌握核心技術 駕馭光的運用

技術文章

幹貨||機器視覺知識匯總

日期:2018-06-08 來源:币游国际
         到如今,中國已經成為世界機器視覺發展最為活躍地區,應用範圍涵蓋了工業、農業、醫藥、軍事、航天、氣象等國民經濟各個行業。雖然機器視覺的成長速度非常快,但是還是有很多人對機器視覺並不了解,今天我們來了解下機器視覺。
 
        機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺係統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置,分CMO和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理係統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像係統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控製現場的設備動作。
 
【機器視覺的優勢】
 
       機器視覺係統具有高效率、高度自動化的特點,可以實現很高的分辨率精度和速度。機器視覺係統與被檢測對象無接觸,安全可靠。

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【係統組成】
 
       一個典型的機器視覺係統包括以下部分:
 
1.照明
        照明是影響機器視覺係統輸入的重要因素,它直接影響輸入數據的質量和應用效果。由於沒有通用的機器視覺光源照明設備,所以針對每個特定的應用實例,要選擇相應的照明裝置,以達到最佳的效果。光源可分為可見光和不可見光,常見的幾種可見光源有白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點是光能不穩定。所以如何使光能在一定的程度上保持穩定,是目前急需解決的問題;另一方麵,環境光有可能影響圖像的質量,所以可采用加防護屏的方法來減少環境光的影響。
        照明係統按照照射方法可分為:背向照明、前向照明、結構光和頻閃光照明等。其中,背向光照明是被測物放在光源和攝像機之間,它的優點是能獲得高對比度的圖像;前向照明是光源和攝像機位於被測物的同側,這種方式便於安裝;結構光照明是將光柵或光源等投射到被測物上,根據它們產生的即便,調解出被測物體的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈衝照射到物體上,攝像機拍攝要求與光源同步。
 
2.鏡頭
工業鏡頭
         FOV(FieldOfvision)=所需分辨率*亞像素*相機尺寸/PRTM(零件測量公差)
選擇鏡頭需要注意:
①焦距②目標高度③影像高度④放大倍數⑤影像至目標的距離⑥中心點/節點⑦畸變
 
3.相機
        按照不同標準可分為:標準分辨率數字相機和模擬相機等。要根據不同的實際應用場合選不同的相機和高分辨率相機:線掃描CCD和麵陣CCD、單色相機和彩色相機。
 
4.圖像采集卡
         圖像采集卡隻是完整的機器視覺係統的一個部件,但是它扮演一個非常重要的角色;圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口:黑白、彩色、模擬、數字等。
比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡,可以將圖像迅速地傳送到計算機存儲器進行處理,有些采集卡有內置的多路開關。例如,可以連接8個不同的攝像機,然後告訴采集卡采用那一個相機抓拍到的信息。有些采集卡有內置的數字輸入以觸發采集卡進行捕捉,當采集卡抓拍圖像時數字輸出口就觸發閘門。
 
5.視覺處理器
         視覺處理器集采集卡與處理器與一體。以往計算機速度較慢時,采用視覺處理器加快視覺處理任務,現在由於采集卡可以快速傳輸圖像到存儲器,而且計算機也快多了,所以現在視覺處理器用的較少了。
 
【工業鏡頭】
 
1.工業鏡頭的接口:
C型:C型接口鏡頭與攝像機接觸麵至鏡頭焦平麵(攝像機CCD光電感應處的位置)的距離為17.5mm
CS型:CS型接口距離為12.5mm,CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個5mm的C/CS轉接環可以配合使用,CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。
F型:通用型接口,一般適用於焦距大於25mm的鏡頭。
 
【基本參數】
 
視場:即FOV,也叫視野範圍,指觀測物體的可視範圍,也就是充滿相機采集芯片的物體部分。
工作距離:即WD,指從鏡頭前部到受檢測物體的距離,即清晰成像的表麵距離。
分辨率:圖像係統可以測到的受檢驗物體上的最小可分辨率特征尺寸,在多數情況下,視野越小,分辨率越好。
景深:即DOF,物體離最佳焦點較近或比較較遠時,鏡頭保持所需分辨率的能力。
焦距(f):是光學係統中衡量光的聚集或發散的度量方式,指從透鏡的光心到光聚焦之焦點的距離,也是照相機中,從鏡片中心到底片或CCD等成像平麵的距離。 
焦距大小的影響情況:焦距越小,景深越大;焦距越小,畸變越大;焦距越小,漸暈現象越嚴重,使像差邊緣的照度降低。 
失真:又稱為畸變,指被攝物平麵內的主軸直線,經光學係統成像後變為曲線,則此光學係統的成像誤差稱為畸變,畸變像差隻影響影像的幾何形狀,而不影響影像的清晰度。
光圈與F值:光圈是一個用來控製鏡頭通光量的裝置,它通常是在鏡頭內,表達光圈大小我們是用F值,如f2,f4。

【工業相機的選擇要點】
 
1.視野範圍、光學放大倍數及期望的工作距離:在選擇鏡頭時,我們會選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭,有利於運動控製。
2.景深要求:對於對景深有要求的項目,盡可能使用小光圈;在選擇放大倍率的鏡頭時,在項目許可下盡可能選用低倍率鏡頭;如果項目要求比較苛刻時,傾向選擇高景深的尖端鏡頭。
3.芯片大小和相機接口:例如2/3鏡頭支持最大的工業相機耙麵為2/3,它是不能支持1英寸以上的工業相機。
4.注意與光源的配合,選配合適的鏡頭。
5.可安裝空間:在方案可選擇情況下,讓客戶更改設備尺寸是不現實的。

【機器視覺的工作原理】
 
        機器視覺檢測係統是采用CCD照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理係統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號,圖像處理係統對這些信號進行各種運算來收取目標的特征,如麵積、數量、位置、長度,再根據預設的允許度和其他條件輸出結果,包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等,實現自動識別功能。
 
【機器視覺的應用領域】
 
1.識別
2.標準一維碼、二維碼的解碼
3.光學字符識別(OCR)和確認(OCV)
4.檢測
5.色彩和瑕疵檢測
6.零件或部件的有無檢測
7.目標位置和方向檢測和測量
8.尺寸和容量檢測
9.預設標記的測量,如孔位到孔位的距離
10.機械手引導
11.輸出空間坐標引導機械手精確定位
 


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