咨询电话:4000-400-816工业4.0实训基地

机器视觉系统
您当前的位置:首页 >  教学资源 > 基础讲座 > 机器视觉系统

第1讲机器视觉概述

发布时间:2017-01-12 | 阅读次数:2166

目录

机器视觉的概念
机器视觉的工作原理
机器视觉系统的构成
机器视觉的关键性技术
机器视觉技术的现状
机器视觉的发展趋势

机器视觉的概念

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分 CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉的工作原理

机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,如面积、数量、位置、长度,再根据预设的允许度和其他条件输出结果,包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等,实现自动识别功能。

机器视觉系统的工作原理

机器视觉系统的工作原理

机器视觉系统的构成

一个典型的工业机器视觉系统包括:光源、镜头、 相机(包括CCD 相机COMS相机)、图像处理单元(或图像捕获卡)、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。

举例说明其原理

——基于机器视觉的公路车流量监测系统的原理

基于机器视觉的公路车流量检测系统是由视频采集、车流量数字视频信号处理、不同环境下车流量检测算法、以及车流量检测结果输出等几部分组成。数字图像采集部分的核心芯片是TVP5150,它可将模拟视频信号转换为数字视频信号。DM642运行图像算法对采集进来的图像进行数字图像处理。

车流量数字视频检测算法白天主要是使用改进后的帧差法进行运动检测,夜间使用车灯检测法。按照车道将采集到的公路图像化分为四部分,每部分对应一条车道。在每条车道中开设一个虚拟线圈(指图像中一个矩形检测区域,统称为虚拟线圈),当有车压过虚拟线圈时会引起虚拟线圈内像素值发生变化。根据此变化控制I/O口产生每条车道的相应脉冲,处理后发出脉冲给公路交通信号机,控制交通灯,从而达到实现智能交通的目的。同时,可以通过网络将车流量信息传到监控中心。

机器视觉的关键性技术

光照照明技术
光学镜头
CCD摄像机
图像采集卡
视觉传感器

(1)光照照明技术

在目前的机器视觉应用系统中,好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键,起着非常重要的作用,并不是简单的照亮物体而已,光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量,在物体需要检测的部分与那些不重要部分之间尽可能地产生明显的区别,增加对比度,同时还应保持足够的整体亮度,物体位置的变化不应该影响成像的质量。

在机器视觉应用系统中一般使用透射光和反射光,对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置,物体表面的纹理,物体的几何形状等要素。

光源设备的选择必须符合所需要的几何形状,照明亮度,均匀度,发光的光谱特性也必须符合实际的要求,同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。

机器视觉LED光源的应用

LED光源凭借其诸多的优点在现代机器视觉系统中得到越来越多的应用。

(2)光学镜头

光学镜头相当于人眼的晶状体,在机器视觉系统中非常重要,镜头的种类按焦距可分为广角镜头,标准镜头,长焦距镜头;按动作方式非为手动镜头,电动镜头;按安装方式分为普通安装镜头,隐藏安装镜头,按光圈可分为手动光圈,自动光圈;按聚焦方式分为手动聚焦,电动聚焦,自动聚焦;按变焦倍可分为2倍变焦,6倍变焦,10倍焦距,20倍焦距等,镜头的主要指标性能有焦距,光阑系数,倍率,接口等.

(3)CCD摄像机

目前CCD摄像机以小巧,可靠,清晰度等特点在商业与工业领域都得到了广泛地使用。CCD摄像机按照其使用的CCD器件可以分为线阵式和面阵式两大类。线阵CCD摄像机一次只能获得图像的一行信息,被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过,才能获得完整的图像。它主要用于检测条状,筒状产品。例如布匹,钢板,纸张等。面阵式摄像机可以一次获得整幅图像的信息。

(4)图像采集卡

在基于PC机的机器视觉系统中,图像采集卡是控制摄像机拍照,完成图像采集与数字化,协调整个系统的重要设备,他一般具有以下功能模块。

①图像信号的接受与A/D转换模块,负责图像信号的放大与数字化。有用于彩色或黑白图像的采集卡,彩色输入信号可分为复合信号或RGB分量信号。同时,不同的采集卡有不同的采集精读,一般有8Bit和10Bit两种。

②摄像机控制输入输出接口,主要负责协调摄像机进行同步或实现异步重置拍照,定时拍照等。

③总线接口,负责通过PC机内部总线高速输出数字数据,一般是PCI接口,传输速率可高达130Mbps,完全能够胜任高精度图像的实时传输,且占用较少的CPU时间。

有的图像采集卡同时还显示模块。负责高质量的图像实时显示,通讯接口负责通讯,一些高档图像采集卡还带有DSP数字处理模块,能进行高速图像预处理,适用于高档高速应用。

(5)视觉传感器

工业相机

基于PC机的机器视觉系统结构没有模块化,安装不方便,可移植性差,特别是与工业广泛使用的PLC接口比较麻烦,从软件和硬件开放两个方面来考虑,都需要一种更是和工业需求的机器视觉组件。目前国外已经开发出了一种叫做视觉传感器的模块化部件。下图为实物图

这种视觉传感器继承了光源,摄像机,图像处理器,标准的控制与通讯接口自称为一个智能图像采集与处理单元,内部程序存储器可存储图像处理算法,并能使用PC机,利用专用组态软件编制各种算法下载到视觉传感器的程序存储器中,视觉传感器将PC的灵活性,PLC的可靠性,分布式网络技术结合在一起,用这样的视觉传感器和PLC可以更容易地构成机器视觉系统。

机器视觉的应用

机器视觉被称为自动化的眼睛,在国民经济,科学研究及国防建设等领域都有着广泛的应用,另外,视觉方式能检测的对象十分广泛,可以说是对对象不加选择,人眼观察不到的范围,机器视觉可以观察,人无法长时间地观察对象,机器视觉则不知疲劳,始终如一地观测,所以机器视觉可以广泛地适用于长时间恶劣的工作环境。

1、工业上的应用:生产线上部件安装,自动焊接,切割加工,大规模集成电路生产线上自动连接引线,对准芯片和封装;石油、煤矿等钻探中数据流自动监测和滤波;在纺织、印染业进行自动分色、配色。

机器视觉工业应用

2、在各类检验、监视中的应用:如检查印刷底板的裂痕,短路及不合格的连接部,检查标签文字标记,玻璃产品的裂痕和气泡等。

机器视觉检测

产品检验

3、在商业上的应用:自动巡视商店或其他重要场所门廊,自动跟踪可疑的人并及时报警。

4、在遥感方面:自动制图,卫星图像与地形图对准,自动测绘地图;国土资源管理,如森林、水面、土壤的管理等,还可以对环境、火警自动检测。

机器视觉应用

5、医学方面:对染色体切片,癌细胞切片,X摄线图像、超声波图像的自动检查,进而自动诊断等。

机器视觉医学应用

6、军事方面:自动巡视军事目标,自动发现、跟踪运动目标,自动巡航目标和确定距离。

机器视觉军事应用

7、残疾人引路:如为盲人带路的"带路机器狗"。

机器视觉技术的现状

在国外,机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业,其中大概40%-50%都集中在半导体行业。具体如PCB印刷电路:各类生产印刷电路板组装技术、设备;单、双面、多层线路板,覆铜板及所需的材料及辅料;辅助设施以及耗材、油墨、药水药剂、配件;电子封装技术与设备;丝网印刷设备及丝网周边材料等。电子生产加工设备:电子元件制造设备、半导体及集成电路制造设备、元器件成型设备、电子工模具。机器视觉系统还在质量检测的各个方面已经得到了广泛的应用,并且其产品在应用中占据着举足轻重的地位。

在国内,机器视觉产品技术的普及不够,只是低端方面的应用。目前在我国随着配套基础建设的完善,技术、资金的积累,各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始广泛出现,国内有关大专院校、研究所和企业近两年在图像和机器视觉技术领域进行了积极思索和大胆的尝试,逐步开始了工业现场的应用。其主要应用于制药、印刷、矿泉水瓶盖检测等领域。这些应用大多集中在如药品检测分装、印刷色彩检测等。真正高端的应用还很少,因此,以上相关行业的应用空间还比较大。当然、其他领域如指纹检测等等领域也有着很好的发展空间。

机器视觉的发展趋势

(1)技术方面的趋势是数字化、实时化、智能化

图像采集与传输的数字化是机器视觉在技术方面发展的必然趋势。更多的数字摄像机,更宽的图像数据传输带宽,更高的图像处理速度,以及更先进的图像处理算法将会推出,将会得到更广泛的应用。这样的技术发展趋势将使机器视觉系统向着实时性更好和智能程度更高的方向不断发展。

(2)基于嵌入式的产品将取代板卡式产品

从产品本身看,机器视觉会越来越趋于依靠PC技术。基于嵌入式的产品将逐渐取代板卡式产品,这是一个不断增长的趋势。主要原因是随着计算机技术和微电子技术的迅速发展,嵌入式系统应用领域越来越广泛,尤其是其具备低功耗技术的特点得到人们的重视。另外,嵌入式操作系统绝大部分是以C语言为基础的,使用高级语言的优点是可以提高工作效率,缩短开发周期,更主要的是开发出的产品可靠性高、可维护性好、便于不断完善和升级换代等。

(3)价格持续下降,市场份额迅速扩大

目前,在我国机器视觉技术还不太成熟,主要靠进口国外整套系统,价格比较昂贵。随着技术的进步和市场竞争的激烈,价格下降已成必然趋势,这意味着机器视觉技术将逐渐被接受。另外,机器视觉市场将不断增大。一方面已经采用机器视觉产品的应用领域,对机器视觉产品的的依赖性将更强;另一方面机器视觉产品将应用到其他更广的领域。

机器视觉技术诞生和应用,极大地解放了人类劳动力,提高了生产自动化水平,改善了人类生活现状,其应用前景极为广阔,目前在国外,机器视觉技术已广泛应用于生产,生活中,而我国正处于初步阶段,急需广大科技工作者的共同努力,来迅速提高我国机器视觉技术的发展水平,为我国的现代化建设做出自己的贡献。

  • 上一篇:已经是第一篇了
  • 下一篇:没有了