機器視覺系統(tǒng)(機器視覺系統(tǒng)的簡介)
1.機器視覺系統(tǒng)的簡介
視覺系統(tǒng)就是用機器代替人眼來做測量和判斷。視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，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；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。是用于生產(chǎn)、裝配或包裝的有價值的機制。它在檢測缺陷和防止缺陷產(chǎn)品被配送到消費者的功能方面具有不可估量的價值。
機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(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，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)?？梢栽谧羁斓纳a(chǎn)線上對產(chǎn)品進行測量、引導(dǎo)、檢測、和識別，并能保質(zhì)保量的完成生產(chǎn)任務(wù)。
2.機器視覺系統(tǒng)的組成及各部分功能
機器視覺系統(tǒng)一般是由：機器視覺光源，光學(xué)鏡頭，工業(yè)相機，傳感器，圖像分析處理軟件，通訊接口等組成的。
1、光源：在目前的機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，在物體需要檢測的部分與那些不重要部份之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別。其中 LED 光源憑借其諸多的優(yōu)點在現(xiàn)代機器視覺系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用
2、光學(xué)鏡頭：光學(xué)鏡頭相當于人眼的晶狀體，在機器視覺系統(tǒng)中非常重要。鏡頭的主要性能指標有焦距、光闌系數(shù)、倍率、接口等。
3、相機：相機是機器視覺系統(tǒng)獲取原始信息的最主要部分，目前主要使用的CMOS相機和CCD相機。目前 CCD 攝像機以其小巧、可靠、清晰度高等特點在商用與工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛地使用。
4、圖像采集卡：在基于 PC 機的機器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機拍照，完成圖像采集與數(shù)字化，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。
5、視覺傳感器：基于 PC 機的機器視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有模塊化，安裝不方便，可移植性差，特別是與工業(yè)廣泛使用的PLC 接口比較麻煩。從軟件和硬件開發(fā)兩個方面來考慮，都需要一種更適合工業(yè)需求的機器視覺組件。目前國外已經(jīng)開發(fā)出了一種叫做視覺傳感器的模塊化部件。這種視覺傳感器集成了光源、攝像頭、圖像處理器、標準的控制與通訊接口，自成為一個智能圖像采集與處理單元，內(nèi)部程序存儲器可存儲圖像處理算法，并能使用 PC 機，利用專用組態(tài)軟件編制各種算法下載到視覺傳感器的程序存儲器中。視覺傳感器將 PC 的靈活性，PLC 的可靠性、分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起。用這樣的視覺傳感器和PLC 可以更容易地構(gòu)成機器視覺系統(tǒng)。
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3.機器視覺系統(tǒng)的介紹
機器視覺系統(tǒng)就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算機學(xué)科的一個重要分支，它綜合了光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。圖像處理和模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展，也大大地推動了機器視覺的發(fā)展。
4.什么是機器視覺系統(tǒng)
機器視覺系統(tǒng)一般包括光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理單元（或圖像采集卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等。
光源：與視覺傳感器的照明因素一樣，它是影響機器視覺系統(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。針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳效果。其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。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用基于PC的方案主要針對電子生產(chǎn)測試設(shè)備，其優(yōu)點是高性能、高靈活度和高性價比，十分適合于高難度、高分辨率和高速的機器視覺應(yīng)用。 所以可采用加防護屏的方法來減少環(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，背向照明是被測物放在光源和攝像機之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機位于被測物的同側(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物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同步.
鏡頭：鏡頭選擇應(yīng)注意焦距，目標高度，影像高度，放大倍數(shù)，影像至目標的距離，中心點 / 節(jié)點與畸變.
相機：按照不同標準可分為標準分辨率數(shù)字相機和模擬相機等。要根據(jù)不同的實際應(yīng)用場合選不同的相機和高分辨率相機：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機和彩色相機。
圖象采集卡：圖像采集卡只是完整的機器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。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。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算機存儲器進行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開關(guān)。例如，可以連接8個不同的攝像機，然后告訴采集卡采用那一個相機抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進行捕捉，當采集卡抓拍圖像時數(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。以往計算機速度較慢時，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)?，F(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖象到存儲器，而且計算機也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。
工作過程：視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號，而是經(jīng)過運算處理之后的檢測結(jié)果（如尺寸數(shù)據(jù)）。通常，機器視覺測試就是用機器代替肉眼來做測量和判斷.首先采用CCD照相機將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，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。圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等。
5.如何學(xué)習(xí)機器視覺
這個感覺是從論壇上大家所問的問題得出來的。因為。在論壇中看到不少朋友所問的問題，是相當可笑的。說可笑并非指所提問題過于簡單幼稚，而是所問的問題一看就是從書本上抄來的，而不是在實際情況下所遇到的。換句話說，論壇中的朋友大多只是在紙上談兵，極少有人真正自已動手開發(fā)視覺系統(tǒng)。這樣說是因為自己搞開發(fā)的人絕對問不出某些奇怪問題來的。往深了說一點，好象國內(nèi)的朋友們只喜歡啃書本，并不愿意（也可能是懶得）動手。
一句話，國外機器視覺發(fā)展到今天，已經(jīng)可以清清楚楚分為三個部分： 1，底層開發(fā)部分。 2，二次開發(fā)部分。
3，最終使用部分。于是在國外，從事這一行業(yè)的人現(xiàn)在也就可以簡單而清楚地分成三種人： 1，底層開發(fā)的人（從事底層開發(fā)工作的人）。
2，二次開發(fā)的人（從事二次開工作的人）。
3，使用及操作機器視覺系統(tǒng)的人（從事最終使用工作的人）。
第一類人。就是我們常說的，開發(fā)通用視覺系統(tǒng)（如：DVT，西門子，歐姆龍，EVISION,COGNEX等等）的開發(fā)人員，也就是DVT,COGNEX這些公司開發(fā)部的技術(shù)職工。
第二類。就是大家所說的OEM用戶。是專門用第一類人所開發(fā)出的系統(tǒng)，給第三類人搞二次開發(fā)，開發(fā)各種專為第三類人所用的系統(tǒng)。
第三類人，就是用戶（end
user）。這類人是真正將機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用到各個領(lǐng)域中的人，他們不僅在各自的行業(yè)中使用種種已經(jīng)開發(fā)成型的機器視覺系統(tǒng)。而且負責(zé)對各類系統(tǒng)進行測試及評估。
舉個實際例子，這里有不少朋友問過這類問題：如何檢測某一工件；檢測光盤表面的系統(tǒng)該如何配置CCD相機、鏡頭及燈源等。問這些問題的朋友應(yīng)該算是第三類人。他們公司要他們尋找一個系統(tǒng)可以用來檢測本公司的產(chǎn)品。但由于第一類人所開發(fā)的，只是通用的系統(tǒng)以及視覺系統(tǒng)開發(fā)工具的軟件包。并沒有哪家公司專門開發(fā)一套系統(tǒng)來檢測光盤或是某種特定的工件。所以，這些朋友就應(yīng)該來找我，因為我是第二類人。
我的工作就是，專門用DVT,EVISION,COGNEX等的視覺卡，以及視覺系統(tǒng)開發(fā)工具軟件包為他們專門開發(fā)一套他們所需要的光盤檢測系統(tǒng)或是工件檢測系統(tǒng)。
繞了老大一圈，其實要說的問題就是一個----我所發(fā)現(xiàn)的問題：這里80%以上朋友把自己的身分混淆了，越俎代庖。
不客氣的說，目前國內(nèi)搞這行的朋友似乎都有些好高騖遠。不少從事第二部分工作朋友（搞二次開發(fā)的第二類人）對于機器視覺有關(guān)知識的了解，尚不如國外第三類人的知識水平（我是從大家所問的問題感覺到的）。而國內(nèi)第三類朋友知識水平就更可想而知。
可是奇怪的是，每個人所問的卻都是第二類人要問的，有些甚至是一類人才會問的問題。好象，機器視覺是個十分簡單的技術(shù)，憑大家隨便問幾個“關(guān)鍵性”的問題，再由所謂的“專家”三言兩語的回答一下。大家就一夜之間都可以自己搞底層開發(fā)，成第一類人了。
要成為第一類人，又分硬件及軟件兩種。要對自己所負責(zé)的這個模塊非常了解，搞軟件要知道算法及運行速度；搞硬件要明白公司所選用芯片的特點等等。同時還要清楚對手公司的優(yōu)缺點以及機器視覺這一行的種種動態(tài)和最新技術(shù)。
總結(jié)一下。這三種人相比，第一類人一定要專業(yè)，對機器視覺的某一領(lǐng)域非常非常了解；第二類人雖比不上第一類人那么專業(yè)，但更加全面；第三類人更熟悉各個應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)公司（第二類人）的優(yōu)缺點。
現(xiàn)在大家可以看得出，機器視覺發(fā)展到今天，其分工已經(jīng)越來越細，每個部分的工作其實是很難相互取代的。大家不要以為第三類人就比第一類人低一等，這是一個錯誤的等級概念。我本人過去曾屬于第一類人，現(xiàn)在作的是第二類工作。而我的幾個“師弟師妹”（當初曾一起作第一類人時的同事）現(xiàn)在就在干第三類工作。大家別小看第三類工作，以為這是小兒科，你能真作好這一行也不是很容易。畢竟這也是一門行當也是一個飯碗！另外，以我個人來看：以國內(nèi)現(xiàn)在機器視覺的水平，對于那些想作第一類人的朋友我在這里勸一句：還是算了吧。
國內(nèi)的機器視覺水平打根子上就差，您還打算搞底層？算法本身都是抄人家的，就只能和對手拼程序的寫法了。不過我覺得那更沒戲。
這樣說我絕沒有看不起初學(xué)者的意思。我說過：所問的問題再簡單，我都不會笑話你。對于每樣事物我們都是從無知開始的。但是，對于那些極不實際的好高騖遠的問題，我還是要說，希望大家踏實下來，戒浮躁，從最基本地學(xué)起----先確定自己的身份。
6.機器視覺系統(tǒng)的工作原理是什么
說白了就是用機器替代人眼完成檢測，具體實現(xiàn)的過程是用工業(yè)相機采集被檢測器件的圖像，而這個采集的過程可以說是機器視覺最為重要的一個環(huán)節(jié)了，因為要將被采集器件需要檢測的特征全部都體現(xiàn)出來，所以如何采集圖像需要不斷地根據(jù)器件的特征調(diào)整光源以及相機的參數(shù)，確保能夠采集到準確的圖像需要不斷地進行調(diào)整，
1.當然這個時候是模擬量，然后利用專業(yè)的圖像處理軟件將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，
2.再對其進行運算，抽取目標的待檢測特征，比如說顏色、器件表面是否有劃痕、規(guī)格大小是否合格、表面涂料是否均勻等等等，
3.輸出結(jié)果，反饋到機械端對于器件進行分檢，將不合格器件挑選出來。
7.機器視覺系統(tǒng)有哪些組成部分
機器視覺主要由5部分組成：照明、鏡頭、相機、圖像采集卡、視覺處理器。
照明：照明是影響機器視覺系統(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。由于沒有通用的機器視覺光源照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳效果。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。可見光的缺點是光能不能保持穩(wěn)定。
鏡頭：
鏡頭選擇應(yīng)注意：焦距；目標高度 ；影像高度 ；放大倍數(shù) ；影像至目標的距離 ；中心點 / 節(jié)點 ；畸變。
相機：按照不同標準可分為：標準分辨率數(shù)字相機和模擬相機等。要根據(jù)不同的實際應(yīng)用場合選不同的相機和高分辨率相機：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機和彩色相機。
圖像采集卡：圖像采集卡只是完整的機器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。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。
視覺處理器：視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計算機速度較慢時，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)。
