隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，機(jī)器視覺在智能制造業(yè)領(lǐng)域的作用越來越重要，為了能讓更多用戶獲取機(jī)器視覺的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，包括機(jī)器視覺技術(shù)是如何工作的、它為什么是實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化和質(zhì)量改進(jìn)的正確選擇等。小編為你準(zhǔn)備了這篇機(jī)器視覺入門學(xué)習(xí)資料。
機(jī)器視覺是一門學(xué)科技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造檢測等工業(yè)領(lǐng)域，用來保證產(chǎn)品質(zhì)量，控制生產(chǎn)流程，感知環(huán)境等。機(jī)器視覺系統(tǒng)是將被攝取目標(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，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。
機(jī)器視覺優(yōu)勢：機(jī)器視覺系統(tǒng)具有高效率、高度自動(dòng)化的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率精度與速度。機(jī)器視覺系統(tǒng)與被檢測對(duì)象無接觸，安全可靠。人工檢測與機(jī)器視覺自動(dòng)檢測的主要區(qū)別有：
為了更好地理解機(jī)器視覺，下面，我們來介紹在具體應(yīng)用中的幾種案例。
案例一：機(jī)器人+視覺自動(dòng)上下料定位的應(yīng)用：
現(xiàn)場有兩個(gè)振動(dòng)盤，振動(dòng)盤1作用是把玩偶振動(dòng)到振動(dòng)盤2中，振動(dòng)盤2作用是把玩偶從反面振動(dòng)為正面。該應(yīng)用采用了深圳視覺龍公司VD200視覺定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過判斷玩偶正反面，把玩偶處于正面的坐標(biāo)值通過串口發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人收到坐標(biāo)后運(yùn)動(dòng)抓取產(chǎn)品，當(dāng)振動(dòng)盤中有很多玩偶處于反面時(shí)，VD200視覺定位系統(tǒng)需判斷反面玩偶數(shù)量，當(dāng)反面玩偶數(shù)量過多時(shí)，VD200視覺系統(tǒng)發(fā)送指令給振動(dòng)盤2把反面玩偶振成正面。
該定位系統(tǒng)通過玩偶表面的小孔來判斷玩偶是否處于正面，計(jì)算出玩偶中心點(diǎn)坐標(biāo)，發(fā)送給機(jī)器人。通過VD200視覺定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，大大減少人工成本，庫卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，大幅提高生產(chǎn)效率。
案例二：視覺檢測在電子元件的應(yīng)用：
此產(chǎn)品為電子產(chǎn)品的按鈕部件，產(chǎn)品來料為料帶模式，料帶上面為雙排產(chǎn)品。通過對(duì)每個(gè)元器件定位后，使用斑點(diǎn)工具檢測產(chǎn)品固定區(qū)域的灰度值，來判斷此區(qū)域有無缺膠情況。
該應(yīng)用采用了深圳視覺龍公司的DragonVision視覺系統(tǒng)方案，使用兩個(gè)相機(jī)及光源配合機(jī)械設(shè)備，達(dá)到每次檢測雙面8個(gè)產(chǎn)品，每分鐘檢測大約1500個(gè)。當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品不良時(shí)，立刻報(bào)警停機(jī)，保證了產(chǎn)品的合格率和設(shè)備的正常運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。
案例三：啤酒廠采用的填充液位檢測系統(tǒng)案例：
當(dāng)每個(gè)啤酒瓶移動(dòng)經(jīng)過檢測傳感器時(shí)，檢測傳感器將會(huì)觸發(fā)視覺系統(tǒng)發(fā)出頻閃光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的圖像并將圖像保存到內(nèi)存后，視覺軟件將會(huì)處理或分析該圖像，并根據(jù)啤酒瓶的實(shí)際填充液位發(fā)出通過-未通過響應(yīng)。如果視覺系統(tǒng)檢測到一個(gè)啤酒瓶未填充到位，即未通過檢測，視覺系統(tǒng)將會(huì)向轉(zhuǎn)向器發(fā)出信號(hào)，將該啤酒瓶從生產(chǎn)線上剔除。操作員可以在顯示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持續(xù)的流程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域:
•識(shí)別
標(biāo)準(zhǔn)一維碼、二維碼的解碼
光學(xué)字符識(shí)別（OCR）和確認(rèn)（OCV）
•檢測
色彩和瑕疵檢測
零件或部件的有無檢測
目標(biāo)位置和方向檢測•測量
尺寸和容量檢測
預(yù)設(shè)標(biāo)記的測量，如孔位到孔位的距離
•機(jī)械手引導(dǎo)
輸出空間坐標(biāo)引導(dǎo)機(jī)械手精確定位
機(jī)器視覺系統(tǒng)的分類
•智能相機(jī)
•基于嵌入式
•基于PC
機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成
•圖像獲取：光源、鏡頭、相機(jī)、采集卡、機(jī)械平臺(tái)
•圖像處理與分析：工控主機(jī)、圖像處理分析軟件、圖形交互界面。
•判決執(zhí)行：電傳單元、機(jī)械單元
光源---光路原理
照相機(jī)并不能看見物體，而是看見從物體表面反射過來的光。
鏡面反射：平滑表面以對(duì)頂角反射光線
漫射反射：粗糙表面會(huì)從各個(gè)方向漫射光線
發(fā)散反射：多數(shù)表面既有紋理，又有平滑表面，KUKA機(jī)器人示教器維修，會(huì)對(duì)光線進(jìn)行發(fā)散反射
•光源---作用和要求
在機(jī)器視覺中的作用
照亮目標(biāo)，提高亮度
形成有利于圖像處理的效果
克服環(huán)境光照影響，保證圖像穩(wěn)定性
用作測量的工具或參照
良好的光場設(shè)計(jì)要求
對(duì)比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰
背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖像處理
與顏色有關(guān)的還需要顏色真實(shí)，亮度適中，不過曝或欠曝；
•光源---光場構(gòu)造
明場：光線反射進(jìn)入照相機(jī)
暗場：光線反射離開照相機(jī)
•光源---構(gòu)造光源
使用不同照明技術(shù)對(duì)被測目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，以滾珠軸承為例：
•相機(jī)
種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOS
指標(biāo)：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感應(yīng)曲線、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質(zhì)量、工作環(huán)境等
工作模式：Freerun、Trigger（多種）、長時(shí)間曝光等
傳輸方式：GIGE，Cameralinker,模擬
•相機(jī)--按照?qǐng)D像傳感器區(qū)分
CCD相機(jī)（ChargeCoupledDevice）：使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī),集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件。
CMOS相機(jī)(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)：使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī),將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。
•相機(jī)--按照輸出圖像顏色區(qū)分：
單色相機(jī)：輸出圖像為單色的圖像的相機(jī)。
彩色相機(jī)：輸出圖像為彩色的圖像的相機(jī)。
•相機(jī)--按輸出信號(hào)區(qū)分
模擬信號(hào)相機(jī)：從傳感器中傳出的信號(hào)，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，即普通視頻信號(hào)后再傳
到圖像采集卡中。
數(shù)字信號(hào)相機(jī)：信號(hào)自傳感器中的像素輸出后，在相機(jī)內(nèi)部直接數(shù)字化并輸出。數(shù)字相機(jī)
又包含1394相機(jī)、USB相機(jī)、Gige相機(jī)、CameraLink相機(jī)等
•相機(jī)--按照傳感器類型區(qū)分
面掃描相機(jī)：傳感器上像素呈面狀分布的相機(jī)，其所成圖像為二維面圖像。
線掃描相機(jī)：傳感器上呈線狀（一行或三行）分布的相機(jī)，其所成圖像為一維線圖像。
•相機(jī)--CMOSVSCCD
CCD
CMOS
串行處理
并行處理
光線靈敏度高，圖像對(duì)比度高
光線靈敏度低，圖像對(duì)比度低，高動(dòng)態(tài)范圍
低噪聲
存在固定模式噪音
集成度較低
高集成度，芯片上集成了很多功能
取圖速度慢，幀率低
取圖速度塊，幀率高
功耗一般
功耗較低
成本較高
成本低
•相機(jī)--傳感器的尺寸
圖像傳感器感光區(qū)域的面積大小。這個(gè)尺寸直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的物理放大率。如：1/3、1/2等。絕大多數(shù)模擬相機(jī)的傳感器的長寬比例是4：3(H：V)，數(shù)字相機(jī)的長寬比例則包括多種：1：1，4：3，3：2等。
•相機(jī)--像素
是成像于相機(jī)芯片的圖像的最小組成單位。以200萬像素的相機(jī)為例，滿屏有1600*1200個(gè)像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。
•相機(jī)--分辨率