機(jī)器視覺
機(jī)器視覺是配有感測(cè)視覺儀器的檢測(cè)機(jī)器，其中光學(xué)檢測(cè)儀器占有比重非常高，可用于檢測(cè)出各種產(chǎn)品的缺陷，或者用與判斷并選擇出物體等，應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)在線對(duì)物料進(jìn)行校準(zhǔn)與定位。是計(jì)算機(jī)視覺中最具有產(chǎn)業(yè)化的部分，主要大量應(yīng)用于工廠自動(dòng)化檢測(cè)及機(jī)器人產(chǎn)業(yè)等。
機(jī)器視覺（Machine vision）機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。
將近80%的工業(yè)視覺系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量、采集產(chǎn)品資料等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測(cè)功能中。
視覺系統(tǒng)檢測(cè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，決定產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，并根據(jù)結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸入上位機(jī)。圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等；圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)；輸出設(shè)備是與制造過程相連的有關(guān)系統(tǒng)，包括可編程控制器和警報(bào)設(shè)備等。
資料傳輸?shù)诫娔X，進(jìn)行分析和產(chǎn)品控制，若發(fā)現(xiàn)不合格品，則報(bào)警器告警，并將其排除出生產(chǎn)線。機(jī)器視覺的結(jié)果是CAQ系統(tǒng)的質(zhì)量信息來源，也可以和CIMS其他系統(tǒng)集成。
簡(jiǎn)介定義
機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、I/O卡等)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。
機(jī)器視覺系統(tǒng)最基本的特點(diǎn)就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時(shí)，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度。
基本構(gòu)造
一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭（定焦鏡頭、變倍鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭）、相機(jī)（包括CCD相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。
系統(tǒng)可再分為
一、采集和分析分開的系統(tǒng)。
主端電腦（Host Computer)
影像擷取卡（Frame Grabber)與影像處理器
影像攝影機(jī)
定焦鏡頭鏡頭
顯微鏡頭
照明設(shè)備
Halogen光源LED光源
高周波螢光燈源
閃光燈源
其他特殊光源
影像顯示器
LCD
機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)
PLC、PC-Base控制器
精密桌臺(tái)
伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)臺(tái)
二、采集和分析一體的系統(tǒng)
智能相機(jī)（圖像采集和分析一體）
其他配套外圍設(shè)備：光源、顯示、PLC控制系統(tǒng)等等。
工作原理
機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。
典型結(jié)構(gòu)
一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括以下五大塊：
照明
照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。
鏡頭
FOV（Field of Vision）=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM（零件測(cè)量公差比）
鏡頭選擇應(yīng)注意：
①焦距②目標(biāo)高度③影像高度④放大倍數(shù)⑤影像至目標(biāo)的距離⑥中心點(diǎn)/節(jié)點(diǎn)⑦畸變
視覺檢測(cè)中如何確定鏡頭的焦距
為特定的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的工業(yè)鏡頭時(shí)必須考慮以下因素：
·視野-被成像區(qū)域的大小。
·工作距離(WD)-攝像機(jī)鏡頭與被觀察物體或區(qū)域之間的距離。
·CCD-攝像機(jī)成像傳感器裝置的尺寸。
·這些因素必須采取一致的方式對(duì)待。如果在測(cè)量物體的寬度，則需要使用水平方向的CCD規(guī)格，等等。如果以英寸為單位進(jìn)行測(cè)量，則以英尺進(jìn)行計(jì)算，最后再轉(zhuǎn)換為毫米。
參考如下例子：有一臺(tái)1/3” C 型安裝的 CCD 攝像機(jī)（水平方向?yàn)?nbsp;4.8 毫米）。物體到鏡頭前部的距離為 12”（305 毫米）。視野或物體的尺寸為2.5”（64 毫米）。換算系數(shù)為 1” = 25.4 毫米（經(jīng)過圓整）。
FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫米
FL = 1464 毫米 / 64 毫米
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
FL = 0.19” x 12” / 2.5”
FL = 2.28” / 2.5”
FL = 0.912” x 25.4 毫米/inch
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
注：勿將工作距離與物體到像的距離混淆。工作距離是從工業(yè)鏡頭前部到被觀察物體之間的距離。而物體到像的距離是 CCD 傳感器到物體之間的距離。計(jì)算要求的工業(yè)鏡頭焦距時(shí)，必須使用工作距離
高速相機(jī)
按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：
按成像色彩劃分，可分為彩色相機(jī)和黑白相機(jī)；
按分辨率劃分，像素?cái)?shù)在38萬以下的為普通型，像素?cái)?shù)在38萬以上的高分辨率型；
按光敏面尺寸大小劃分，可分為1/4、1/3、1/2、1英寸相機(jī)；
按掃描方式劃分，可分為行掃描相機(jī)（線陣相機(jī)）和面掃描相機(jī)（面陣相機(jī)）兩種方式；（面掃描相機(jī)又可分為隔行掃描相機(jī)和逐行掃描相機(jī)）；
按同步方式劃分，可分為普通相機(jī)（內(nèi)同步）和具有外同步功能的相機(jī)等。
圖像采集卡
圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)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(shù)字等等。
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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開關(guān)。例如，可以連接8個(gè)不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門。
視覺處理器
視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)。采集卡傳輸圖像到存儲(chǔ)器，進(jìn)而計(jì)算分析。當(dāng)前主流配置的PLC，且配置較高，視覺處理器已經(jīng)幾乎退出市場(chǎng)。
?應(yīng)用領(lǐng)域
機(jī)器視覺的應(yīng)用主要有檢測(cè)和機(jī)器人視覺兩個(gè)方面：
⒈ 檢測(cè)：又可分為高精度定量檢測(cè)（例如顯微照片的細(xì)胞分類、機(jī)械零部件的尺寸和位置測(cè)量）和不用量器的定性或半定量檢測(cè)（例如產(chǎn)品的外觀檢查、裝配線上的零部件識(shí)別定位、缺陷性檢測(cè)與裝配完全性檢測(cè)）。
⒉機(jī)器人視覺：用于指引機(jī)器人在大范圍內(nèi)的操作和行動(dòng)，如從料斗送出的雜亂工件堆中揀取工件并按一定的方位放在傳輸帶或其他設(shè)備上（即料斗揀取問題）。至于小范圍內(nèi)的操作和行動(dòng)，還需要借助于觸覺傳感技術(shù)。
此外還有：
1自動(dòng)光學(xué)檢查
2人臉識(shí)別
3無人駕駛汽車
4產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)分類
5印刷品質(zhì)量自動(dòng)化檢測(cè)
6文字識(shí)別
7紋理識(shí)別
8追蹤定位......
等機(jī)器視覺圖像識(shí)別的應(yīng)用。
【機(jī)器視覺特點(diǎn)】
⒈攝像機(jī)的拍照速度自動(dòng)與被測(cè)物的速度相匹配，拍攝到理想的圖像；
⒉零件的尺寸范圍為2.4mm到12mm，厚度可以不同；
⒊系統(tǒng)根據(jù)操作者選擇不同尺寸的工件，調(diào)用相應(yīng)視覺程序進(jìn)行尺寸檢測(cè)，并輸出結(jié)果；
⒋針對(duì)不同尺寸的零件，排序裝置和輸送裝置可以精確調(diào)整料道的寬度，使零件在固定路徑上運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行視覺檢測(cè)；
⒌機(jī)器視覺系統(tǒng)分辨率達(dá)到2448×2048，動(dòng)態(tài)檢測(cè)精度可以達(dá)到0.02mm；
⒍廢品漏檢率為0；
⒎本系統(tǒng)可通過顯示圖像監(jiān)視檢測(cè)過程，也可通過界面顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)查看檢測(cè)結(jié)果；
⒏具有對(duì)錯(cuò)誤工件及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出剔除控制信號(hào)、剔除廢品的功能；
⒐系統(tǒng)能夠自檢其主要設(shè)備的狀態(tài)是否正常，配有狀態(tài)指示燈；同時(shí)能夠設(shè)置系統(tǒng)維護(hù)人員、使用人員不同的操作權(quán)限；
⒑實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)畫面，中文界面，可以瀏覽幾次不合格品的圖像，具有能夠存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)察看錯(cuò)誤工件圖像的功能；
⒒能生成錯(cuò)誤結(jié)果信息文件，包含對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤圖像，并能打印輸出。