1、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
2、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 自人工 效率效率高效率低 速度速度快速度慢 精度高精度受主影响，精度一般 可靠性 效果定可靠易疲，受情波 工作可24小不停息工作工作 有限 信息集成方便信息集成不易信息集成 成本成本不断降低，一次性投入人力和管理成本不断上升 境适合劣、危 境不适合劣和危 境 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）
3、 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。 厂家擅前身 康耐 / /量一/二 思肯 / /量一/二 邦 / /量感器 Leuze / /量感器 基恩士 / /量感器 ABB机械手引 器 那科机械手引机器人 美国国家器公司数据采集/
4、交互硬件 、自化 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
5、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
6、、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
7、 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
8、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 成象面 物距 景深（DOV） 视野（FOV ） 像距 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 CCTV镜头专业摄影镜头远心镜头 价格低中高 分辨率低 （20L/MM） 中 （4080L/MM） 高 畸变高中低 焦距选择范围广泛广
9、泛狭窄 使用灵活性高中低 适合应用低精度测量/简单检测标准精度测量/定位高精度测量/纵深测量 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
10、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；
