机器视觉入门介绍.ppt

机器视觉,机器视觉概述,使机器具有像人一样的视觉功能，从而实现各种检测、判断、识别、测量等功能。一个典型的机器视觉系统组成包括：图像采集单元（光源、镜头、相机、采集卡、机械平台），图像处理分析单元（工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面），执行单元（电传单元、机械单元）,机器视觉概述,机器视觉系统通过图像采集单元将待检测目标转换成图像信号，并传送给图像处理分析单元。 图像处理分析单元的核心为图像处理分析软件，它包括图像增强与校正、图像分割、特征提取、图像识别与理解等方面。输出目标的质量判断、规格测量等分析结果。 分析结果输出至图像界面，或通过电传单元（PLC等）传递给机械单元执行相应操作，如剔除、报警等，或通过机械臂执行分拣、抓举等动作。,机器视觉优势,机器视觉系统具有高效率、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：,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,主流的解决方案提供商,提供从单一的视觉检测到视觉系统集成的完整视觉检测方案。 视觉检测方案主要包括两个方面： 硬件相机，控制器，光源及支架； 软件控制系统，图形用户界面(GUI)和图像分析算法。,机器视觉主要行业协会和标准,美国自动成像协会（AIA） 相机专用传输协议CameraLink标准 相机千兆网传输协议GigEVision标准 欧洲机器视觉协会（EMVA） 相机统一控制协议GenICam标准 相机灵敏度和成像质量评测EMVA1288,机器视觉发展历程（国外）,发展阶段： 20世纪50年代提出机器视觉概念， 20世纪70年代真正开始发展， 20世纪80年代进入发展期， 20世纪90年代发展趋于成熟， 20世纪90代后至今高速发展。 关键标志： 20世纪70年代CCD图像传感器的出现是机器视觉提供了可靠清晰的图像； 20世纪80年代以来处理器、图像处理技术的飞速发展为机器视觉的高速发展提供了基础条件； 2000年以来基于LED光源的任意光场设计使机器视觉在各种行业的应用成为可能。,机器视觉发展历程（国内）,起步于20世纪80年代 20世纪90年代进入发展期，加速发展是近几年的事情。 机遇与挑战并存 中国正在成为世界机器视觉发展最为活跃的地区之一； 中国已经成为全世界的制造中心，许多生产线已经迁至中国，许多国际先进水平的机器视觉系统也进入了中国； 国内机器视觉企业在与国际机器视觉企业的竞争中不断得到成长。,机器视觉系统组成,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,图像获取,组成：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台,Garbage In, Garbage Out,光源种类,LED：寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂形状/光均匀稳定/可以闪光； 荧光灯：光场均匀/价格便宜/亮度较LED高； 卤素灯：亮度特别高/通过光纤传输后可做成； 氙灯：使用寿命约1000小时/亮度高，色温与日光接近。 大部分机器视觉照明采用LED,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,明场照明,暗场照明,光源构造光源,光源构造光源,使用不同照明技术对滚珠轴承产生的影响：,滚珠轴承,光纤环光灯,荧光环光灯,漫射圆顶灯,同轴照明灯,直角持续漫射灯,持续漫射灯,镜头主要参数,工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。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,镜头主要参数,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。,相机,种类：线 大幅度降低工人的劳动强度;效率和柔性都比较高。 系统结构简单、安全文明、无污染，能在各种机械加工场合进行应用，满足了高效率、低能耗的生产要求。,机器视觉系统的项目评估,系统评估及选型：精度、速度、可靠性 精度：为什么要达到这么高的精度？高精度意味着高代价。系统的误差分配，系统精度、机台精度、控制传感精度，视觉部分的精度（分辨率、图像质量、安装精度、镜头、标定方法、算法、环境等） 速度：总指标、控制部分、动作的配合及协调、通信速度、采集速度（硬件）、处理速度（计算机硬件、软件算法、图像质量等） 可靠性：硬件的可靠性、软件算法的可靠性及稳定性、系统设计的可靠性等,机器视觉系统的开发流程,提出问题 定义检测目标 收集制订完整的规格列表 可行性研究 这个零件是如何被肉眼看到的？ 这个零件将如何照在其上的光的特性？ 将自己想成是那个零件 概念设计 实验室的反复实验 原型机生产 批量生产，先进制造,机器视觉系统的开发周期,需求了解/分析/确认；（前期多沟通很重要） 样品准备/测试；（需要客户密切配合） 系统软/硬件选型；（保证性价比最好） 系统开发设计；（严格按项目管理方法进行） 现场试运行/大量测试；（必不可少，需要配合） 系统的局部修改和完善；（往往耗时较多） 系统验收； 人员培训与系统维护；,