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一、概述 機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給的圖像處理系統(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(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 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(lái)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)。 正是由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。 二、組成結(jié)構(gòu) 一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭、 CCD 照相機(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)可分為： 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) 、CCT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) 等部分。 三、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(lái)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(wú)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。 四、機(jī)器視覺系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 機(jī)器視覺LED光源 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*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幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈?？梢姽獾娜秉c(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(lái)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
工業(yè)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 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):線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。 機(jī)器視覺工業(yè)相機(jī) 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)。現(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖像到存儲(chǔ)器，而且計(jì)算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。 五、機(jī)器視覺的應(yīng)用 1.自動(dòng)光學(xué)檢查（如圖像識(shí)別、圖像檢測(cè)、視覺定位、物品分揀等） 2.人臉偵測(cè) 3.無(wú)人駕駛汽車 【機(jī)器視覺特點(diǎn)】 1.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； 2.零件的尺寸范圍為2.4mm到12mm，厚度可以不同； 3.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； 4.針對(duì)不同尺寸的零件，排序裝置和輸送裝置可以調(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)； 5.機(jī)器視覺系統(tǒng)分辨率達(dá)到1600×1200，動(dòng)態(tài)檢測(cè)精度可以達(dá)到0.02mm； 6.廢品漏檢率為0； 7.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； 8.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； 9.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； 10.實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)畫面，中文界面，可以瀏覽zui近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； 11.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。 機(jī)器視覺在紡織工業(yè)上的應(yīng)用案例 在布匹的生產(chǎn)過程中，像布匹質(zhì)量檢測(cè)這種有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成,在現(xiàn)代化流水線后面常?？煽吹胶芏嗟臋z測(cè)工人來(lái)執(zhí)行這道工序,給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí),卻仍然不能保證100 %的檢驗(yàn)合格率（即“*”） 。對(duì)布匹質(zhì)量的檢測(cè)是重復(fù)性勞動(dòng)，容易出錯(cuò)且效率低。 流水線進(jìn)行自動(dòng)化的改造，使布匹生產(chǎn)流水線變成快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、的流水線。在流水線上，所有布匹的顏色、及數(shù)量都要進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)（以下簡(jiǎn)稱“布匹檢測(cè)”）。現(xiàn)在采用機(jī)器視覺的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)完成以前由人工來(lái)完成的工作。在大批量的布匹檢測(cè)中，用人工檢查產(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。 特征提取辨識(shí) 一般布匹檢測(cè)（自動(dòng)識(shí)別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標(biāo)準(zhǔn)圖像，在此基礎(chǔ)上設(shè)定一定標(biāo)準(zhǔn)；然后拍攝被檢測(cè)的圖像，再將兩者進(jìn)行對(duì)比。但是在布匹質(zhì)量檢測(cè)工程中要復(fù)雜一些： 1． 圖像的內(nèi)容不是單一的圖像，每塊被測(cè)區(qū)域存在的雜質(zhì)的數(shù)量、大小、顏色、位置不一定一致； 2． 雜質(zhì)的形狀難以事先確定； 3． 由于布匹快速運(yùn)動(dòng)對(duì)光線產(chǎn)生反射，圖像中可能會(huì)存在大量的噪聲； 4． 在流水線上，對(duì)布匹進(jìn)行檢測(cè)，有實(shí)時(shí)性的要求； 由于上述原因，圖像識(shí)別處理時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的算法，提取雜質(zhì)的特征，進(jìn)行模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)智能分析。 Color檢測(cè) 一般而言，從彩色CCD相機(jī)中獲取的圖像都是RGB圖像。也就是說每一個(gè)像素都由紅（R）綠（G）籃（B）三個(gè)成分組成，來(lái)表示RGB色彩空間中的一個(gè)點(diǎn)。問題在于這些色差不同于人眼的感覺。即使很小的噪聲也會(huì)改變顏色空間中的位置。所以無(wú)論我們?nèi)搜鄹杏X有多么的近似，在顏色空間中也不盡相同。基于上述原因，我們需要將RGB像素轉(zhuǎn)換成為另一種顏色空間CIELAB。目的就是使我們?nèi)搜鄣母杏X盡可能的與顏色空間中的色差相近。 Blob檢測(cè) 根據(jù)上面得到的處理圖像，根據(jù)需求，在純色背景下檢測(cè)雜質(zhì)色斑，并且要計(jì)算出色斑的面積,以確定是否在檢測(cè)范圍之內(nèi)。因此圖像處理軟件要具有分離目標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)，并且計(jì)算出其面積的功能。 Blob分析（Blob Analysis）是對(duì)圖像中相同像素的連通域進(jìn)行分析，該連通域稱為Blob。經(jīng)二值化（Binary Thresholding）處理后的圖像中色斑可認(rèn)為是blob。Blob分析工具可以從背景中分離出目標(biāo)，并可計(jì)算出目標(biāo)的數(shù)量、位置、形狀、方向和大小，還可以提供相關(guān)斑點(diǎn)間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在處理過程中不是采用單個(gè)的像素逐一分析，而是對(duì)圖形的行進(jìn)行操作。圖像的每一行都用游程長(zhǎng)度編碼（RLE）來(lái)表示相鄰的目標(biāo)范圍。這種算法與基于象素的算法相比，大大提高處理速度。 結(jié)果處理和控制 應(yīng)用程序把返回的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)或用戶的位置，并根據(jù)結(jié)果控制機(jī)械部分做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)識(shí)別的結(jié)果，存入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息管理。以后可以隨時(shí)對(duì)信息進(jìn)行檢索查詢，管理者可以獲知某段時(shí)間內(nèi)流水線的忙閑，為下一步的工作作出安排；可以獲知近期內(nèi)布匹的質(zhì)量情況等等。 機(jī)器視覺在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀 在國(guó)外，機(jī)器視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。SMT表面貼裝：SMT工藝與設(shè)備、焊接設(shè)備、測(cè)試儀器、返修設(shè)備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等；再流焊機(jī)、波峰焊機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著*的地位。除此之外，機(jī)器視覺還用于其他各個(gè)領(lǐng)域。 而在中國(guó)，視覺技術(shù)的應(yīng)用開始于90年代，因?yàn)樾袠I(yè)本身就屬于新興的領(lǐng)域，再加之機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，導(dǎo)致以上各行業(yè)的應(yīng)用幾乎空白。到二十一世紀(jì)，隨著科學(xué)進(jìn)步，視覺技術(shù)開始在自動(dòng)化行業(yè)成熟應(yīng)用，目前在我國(guó)隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的*，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測(cè)等領(lǐng)域。這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測(cè)分裝、印刷色彩檢測(cè)等。真正的應(yīng)用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用空間還比較大。當(dāng)然、其他領(lǐng)域如指紋檢測(cè)等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。 | 
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