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1、機(jī)器視覺,,機(jī)器視覺概述,使機(jī)器具有像人一樣的視覺功能，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、判斷、識(shí)別、測(cè)量等功能。一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)組成包括：圖像采集單元（光源、鏡頭、相機(jī)、采集卡、機(jī)械平臺(tái)），圖像處理分析單元（工控主機(jī)、圖像處理分析軟件、圖形交互界面），執(zhí)行單元（電傳單元、機(jī)械單元）,機(jī)器視覺概述,機(jī)器視覺系統(tǒng)通過圖像采集單元將待檢測(cè)目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并傳送給圖像處理分析單元。 圖像處理分析單元的核心為圖像處理分析軟件，它包括圖像增強(qiáng)與校正、圖像分割、特征提取、圖像識(shí)別與理解等方面。輸出目標(biāo)的質(zhì)量判斷、規(guī)格測(cè)量等分析結(jié)果。 分析結(jié)果輸出至圖像界面，或通過電傳單元（PLC等）傳遞給機(jī)械單元執(zhí)行相應(yīng)操作，
2、如剔除、報(bào)警等，或通過機(jī)械臂執(zhí)行分揀、抓舉等動(dòng)作。,機(jī)器視覺優(yōu)勢(shì),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(cè)對(duì)象無接觸，安全可靠。人工檢測(cè)與機(jī)器視覺自動(dòng)檢測(cè)的主要區(qū)別有：,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(cè) 色彩和瑕疵檢測(cè) 零件或部件的有無檢測(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)器視覺系統(tǒng)的分類,智能相機(jī),基于嵌入式,基于PC,主流的解決方案提供商,提供從單一的視覺檢測(cè)到視覺系統(tǒng)集成的完整視覺
3、檢測(cè)方案。 視覺檢測(cè)方案主要包括兩個(gè)方面： 硬件相機(jī)，控制器，光源及支架； 軟件控制系統(tǒng)，圖形用戶界面(GUI)和圖像分析算法。,機(jī)器視覺主要行業(yè)協(xié)會(huì)和標(biāo)準(zhǔn),美國自動(dòng)成像協(xié)會(huì)（AIA） 相機(jī)專用傳輸協(xié)議CameraLink標(biāo)準(zhǔn) 相機(jī)千兆網(wǎng)傳輸協(xié)議GigEVision標(biāo)準(zhǔn) 歐洲機(jī)器視覺協(xié)會(huì)（EMVA） 相機(jī)統(tǒng)一控制協(xié)議GenICam標(biāo)準(zhǔn) 相機(jī)靈敏度和成像質(zhì)量評(píng)測(cè)EMVA1288,機(jī)器視覺發(fā)展歷程（國外）,發(fā)展階段： 20世紀(jì)50年代提出機(jī)器視覺概念， 20世紀(jì)70年代真正開始發(fā)展， 20世紀(jì)80年代進(jìn)入發(fā)展期， 20世紀(jì)90年代發(fā)展趨于成熟， 20世紀(jì)90代后至今高速發(fā)展。 關(guān)鍵標(biāo)志： 20世紀(jì)
4、70年代CCD圖像傳感器的出現(xiàn)是機(jī)器視覺提供了可靠清晰的圖像； 20世紀(jì)80年代以來處理器、圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展為機(jī)器視覺的高速發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件； 2000年以來基于LED光源的任意光場(chǎng)設(shè)計(jì)使機(jī)器視覺在各種行業(yè)的應(yīng)用成為可能。,機(jī)器視覺發(fā)展歷程（國內(nèi)）,起步于20世紀(jì)80年代 20世紀(jì)90年代進(jìn)入發(fā)展期，加速發(fā)展是近幾年的事情。 機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存 中國正在成為世界機(jī)器視覺發(fā)展最為活躍的地區(qū)之一； 中國已經(jīng)成為全世界的制造中心，許多生產(chǎn)線已經(jīng)遷至中國，許多國際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺系統(tǒng)也進(jìn)入了中國； 國內(nèi)機(jī)器視覺企業(yè)在與國際機(jī)器視覺企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中不斷得到成長(zhǎng)。,機(jī)器視覺系統(tǒng)組成,圖像獲取：光源、鏡頭
5、、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,圖像獲取,組成：光源、鏡頭、相機(jī)、采集卡、機(jī)械平臺(tái),Garbage In, Garbage Out,光源種類,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)器視覺照明采用LED,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
6、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，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(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，不過曝或欠曝；,光源光場(chǎng)構(gòu)造,明場(chǎng)： 光線反射進(jìn)入照相機(jī) 暗場(chǎng)： 光線反射離開照相機(jī),明場(chǎng)照明,暗場(chǎng)照明,光源構(gòu)造光源,光源構(gòu)造光源,使用不同照明技術(shù)對(duì)滾珠軸承產(chǎn)生的影響：,滾珠軸承,光纖環(huán)光燈,熒光環(huán)光燈,漫射圓頂燈,同軸照明燈,直角持續(xù)
7、漫射燈,持續(xù)漫射燈,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,鏡頭主要參數(shù),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進(jìn)行，過程并不復(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。,鏡頭分類,CCTV鏡頭,專業(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
8、產(chǎn)生了測(cè)量誤差； 即使物距是固定的，也會(huì)因?yàn)镃CD敏感表面不易精確調(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)帶來的測(cè)量誤差。,相機(jī),種類：線 大幅度降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;效率和柔性都比較高。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全文明、無污染，能在各種機(jī)械加工場(chǎng)合進(jìn)行應(yīng)用，滿足了高效率、低能耗的生產(chǎn)要求。,機(jī)器視覺系統(tǒng)的項(xiàng)目評(píng)估,系統(tǒng)評(píng)估及選型：精度、速度、可靠性 精度：為什么要達(dá)到這么高的精度？高精度意味著高代價(jià)。系統(tǒng)的誤差分配，系統(tǒng)精度、機(jī)臺(tái)精度、控制傳感精度，視覺部分的精度（分辨率、圖像質(zhì)量、安裝精度、鏡頭、標(biāo)定方
9、法、算法、環(huán)境等） 速度：總指標(biāo)、控制部分、動(dòng)作的配合及協(xié)調(diào)、通信速度、采集速度（硬件）、處理速度（計(jì)算機(jī)硬件、軟件算法、圖像質(zhì)量等） 可靠性：硬件的可靠性、軟件算法的可靠性及穩(wěn)定性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性等,機(jī)器視覺系統(tǒng)的開發(fā)流程,提出問題 定義檢測(cè)目標(biāo) 收集制訂完整的規(guī)格列表 可行性研究 這個(gè)零件是如何被肉眼看到的？ 這個(gè)零件將如何照在其上的光的特性？ 將自己想成是那個(gè)零件 概念設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)實(shí)驗(yàn) 原型機(jī)生產(chǎn) 批量生產(chǎn)，先進(jìn)制造,機(jī)器視覺系統(tǒng)的開發(fā)周期,需求了解/分析/確認(rèn)；（前期多溝通很重要） 樣品準(zhǔn)備/測(cè)試；（需要客戶密切配合） 系統(tǒng)軟/硬件選型；（保證性價(jià)比最好） 系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)；（嚴(yán)格按項(xiàng)目管理方法進(jìn)行） 現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行/大量測(cè)試；（必不可少，需要配合） 系統(tǒng)的局部修改和完善；（往往耗時(shí)較多） 系統(tǒng)驗(yàn)收； 人員培訓(xùn)與系統(tǒng)維護(hù)；,
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