我們先從機(jī)器視覺(jué)的定義開(kāi)始，根據(jù)制造工程師協(xié)會(huì)的定義：機(jī)器視覺(jué)就是使用光學(xué)非接觸式感應(yīng)設(shè)備自動(dòng)接收并解釋真實(shí)場(chǎng)景的圖像以獲得信息控制機(jī)器或流程。
為了更好地理解機(jī)器視覺(jué)，下面，我們以啤酒廠采用的填充液位檢測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：
當(dāng)每個(gè)啤酒瓶移動(dòng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)傳感器時(shí)，檢測(cè)傳感器將會(huì)觸發(fā)視覺(jué)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(jué)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(guò)-未通過(guò)響應(yīng)。如果視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)到一個(gè)啤酒瓶未填充到位，即未通過(guò)檢測(cè)，視覺(jué)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(xiàn)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)。
另外，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還能夠進(jìn)行物品測(cè)量，比如確定火花塞間隙或提供位置信息，引導(dǎo)機(jī)器人在制造組裝過(guò)程中將元件對(duì)位。
在這個(gè)應(yīng)用示例中，填充液位檢驗(yàn)系統(tǒng)僅可提供兩種結(jié)果，這顯示了二進(jìn)制系統(tǒng)的特征：
1、 如果產(chǎn)品合格，則檢測(cè)結(jié)果為“通過(guò)”
2、 如果產(chǎn)品不合格，則檢測(cè)結(jié)果為“未通過(guò)”。
機(jī)器視覺(jué)的優(yōu)勢(shì)究竟有哪些？
雖然人類(lèi)視覺(jué)最擅長(zhǎng)于對(duì)復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化的場(chǎng)景進(jìn)行定性解釋?zhuān)珯C(jī)器視覺(jué)則憑借速度、精度和可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，擅長(zhǎng)于對(duì)結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景進(jìn)行定量測(cè)量，舉例來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)線(xiàn)上，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)每分鐘能夠?qū)?shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)元件進(jìn)行檢測(cè)。配備適當(dāng)分辨率的相機(jī)和光學(xué)元件后，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠輕松檢驗(yàn)小到人眼無(wú)法看到的物品細(xì)節(jié)特征。
另外，由于消除了檢驗(yàn)系統(tǒng)與被檢驗(yàn)元件之間的直接接觸，機(jī)器視覺(jué)還能夠防止元件損壞，也避免了機(jī)械部件磨損的維護(hù)時(shí)間和成本投入。通過(guò)減少制造過(guò)程中的人工參與，機(jī)器視覺(jué)還帶來(lái)了額外的安全性和操作優(yōu)勢(shì)。此外，機(jī)器視覺(jué)還能夠防止?jié)崈羰沂艿饺藶槲廴荆材茏尮と嗣馐芪ｋU(xiǎn)環(huán)境的威脅。
機(jī)器視覺(jué)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(cè)
色彩和瑕疵檢測(cè)
零件或部件的有無(wú)檢測(cè)
目標(biāo)位置和方向檢測(cè)
?測(cè)量
尺寸和容量檢測(cè)
預(yù)設(shè)標(biāo)記的測(cè)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(jué)系統(tǒng)的分類(lèi)
?智能相機(jī)
?基于嵌入式
?基于PC
機(jī)器視覺(jué)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---種類(lèi)
LED：壽命長(zhǎng)/可以有各種顏色/便于做成各種復(fù)雜形狀/光均勻穩(wěn)定/可以閃光；
熒光燈：光場(chǎng)均勻/價(jià)格便宜/亮度較LED高；
鹵素?zé)簦毫炼忍貏e高/通過(guò)光纖傳輸后可做成；
氙燈：使用壽命約1000小時(shí)/亮度高，色溫與日光接近。
（大部分機(jī)器視覺(jué)照明采用LED）
?光源---光路原理
照相機(jī)并不能看見(jiàn)物體，而是看見(jiàn)從物體表面反射過(guò)來(lái)的光。
鏡面反射：平滑表面以對(duì)頂角反射光線(xiàn)
漫射反射：粗糙表面會(huì)從各個(gè)方向漫射光線(xiàn)
發(fā)散反射：多數(shù)表面既有紋理，又有平滑表面，會(huì)對(duì)光線(xiàn)進(jìn)行發(fā)散反射
?光源---作用和要求
在機(jī)器視覺(jué)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(cè)量的工具或參照
良好的光場(chǎng)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(guò)曝或欠曝；
?光源---光場(chǎng)構(gòu)造
明場(chǎng)：光線(xiàn)反射進(jìn)入照相機(jī)
暗場(chǎng)：光線(xiàn)反射離開(kāi)照相機(jī)
?光源---構(gòu)造光源
使用不同照明技術(shù)對(duì)被測(cè)目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，以滾珠軸承為例：
?鏡頭---主要參數(shù)
工業(yè)的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計(jì)算時(shí)會(huì)忽略厚度對(duì)透鏡的影響將其等效成沒(méi)有厚度的播透鏡模型，即理想凸透鏡。
參數(shù)：焦距/視場(chǎng)/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數(shù)/畸變/接口
分辨率：對(duì)色彩和紋理的分辨能力。
畸變：鏡頭中心區(qū)域和四周區(qū)域的放大倍數(shù)不相同。
畸變的校正一般用黑白分明的方格圖像來(lái)進(jìn)行，過(guò)程并不復(fù)雜。一般如果畸變小于2%，人眼觀察不到；若畸變小于CCD的一個(gè)像素，攝像機(jī)也看不見(jiàn)。
?鏡頭---分類(lèi)
專(zhuān)業(yè)攝影鏡頭
遠(yuǎn)心鏡頭
?鏡頭---遠(yuǎn)心鏡頭
在測(cè)量系統(tǒng)中，物距常發(fā)生變化，從而使像高發(fā)生變化，所以測(cè)得的物體尺寸也發(fā)生變化，即產(chǎn)生了測(cè)量誤差；
即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)镃CD表面不易精確調(diào)整在像平面上，同樣也會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。
采用遠(yuǎn)心物鏡中的像方遠(yuǎn)心物鏡可以消除物距變化帶來(lái)的測(cè)量誤差，而物方遠(yuǎn)心物鏡則可以消除CCD位置不準(zhǔn)帶來(lái)的測(cè)量誤差。
?相機(jī)
種類(lèi)：線(xiàn)&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(xiàn)、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：Free run、Trigger（多種）、長(zhǎng)時(shí)間曝光等
傳輸方式：GIGE，Cameralinker,模擬
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