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機器視覺廣泛應用于生產制造檢測等工業(yè)領域,用來保證產品質量,控制生產流程,感知環(huán)境等。中利特公司在自動化行業(yè)深耕十多年,在機器視覺應用了很多案例,今天小編特把其中典型的4個案例,講解機器視覺的秘密......
機器視覺系統(tǒng)是將被攝取目標轉換成圖像信號,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)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。
一 、機器視覺優(yōu)勢 機器視覺系統(tǒng)具有高效率、高度自動化的特點,可以實現(xiàn)很高的分辨率精度與速度。機器視覺系統(tǒng)與被檢測對象無接觸,安全可靠。 人工檢測與機器視覺自動檢測的主要區(qū)別有: 二 、案例 為了更好地理解機器視覺,下面,我們來介紹在具體應用中的幾種案例。 01 啤酒廠采用的填充液位檢測系統(tǒng)為例 當每個啤酒瓶移動經過檢測傳感器時,檢測傳感器將會觸發(fā)視覺系統(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存后,視覺軟件將會處理或分析該圖像,并根據(jù)啤酒瓶的實際填充液位發(fā)出通過-未通過響應。如果視覺系統(tǒng)檢測到一個啤酒瓶未填充到位,即未通過檢測,視覺系統(tǒng)將會向轉向器發(fā)出信號,將該啤酒瓶從生產線上剔除。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)計數(shù)據(jù)。 機器人視覺引導玩偶定位應用 02 現(xiàn)場有兩個振動盤,振動盤1作用是把玩偶振動到振動盤2中,振動盤2作用是把玩偶從反面振動為正面。該應用采用了深圳視覺龍公司VD200視覺定位系統(tǒng),該系統(tǒng)通過判斷玩偶正反面,把玩偶處于正面的坐標值通過串口發(fā)送給機器人,機器人收到坐標后運動抓取產品,當振動盤中有很多玩偶處于反面時,VD200視覺定位系統(tǒng)需判斷反面玩偶數(shù)量,當反面玩偶數(shù)量過多時,VD200視覺系統(tǒng)發(fā)送指令給振動盤2把反面玩偶振成正面。 該定位系統(tǒng)通過玩偶表面的小孔來判斷玩偶是否處于正面,計算出玩偶中心點坐標,發(fā)送給機器人。通過VD200視覺定位系統(tǒng)實現(xiàn)自動上料,大大減少人工成本,大幅提高生產效率。 03 視覺檢測在電子元件的應用 此產品為電子產品的按鈕部件,產品來料為料帶模式,料帶上面為雙排產品。通過對每個元器件定位后,使用斑點工具檢測產品固定區(qū)域的灰度值,來判斷此區(qū)域有無缺膠情況。 該應用采用了深圳**龍公司的DragonVision視覺系統(tǒng)方案,使用兩個相機及光源配合機械設備,達到每次檢測雙面8個產品,每分鐘檢測大約1500個。當出現(xiàn)產品不良時,立刻報警停機,保證了產品的合格率和設備的正常運行,提高生產效率。 機器視覺的應用領域 04 ? 識別 標準一維碼、二維碼的解碼 光學字符識別(OCR)和確認(OCV) ? 檢測 色彩和瑕疵檢測 零件或部件的有無檢測 目標位置和方向檢測?測量 尺寸和容量檢測 預設標記的測量,如孔位到孔位的距離 ? 機械手引導 輸出空間坐標引導機械手精確定位 三 、機器視覺系統(tǒng)的組成 ▼ 分類 ▼ 組成 ○ 圖像獲?。汗庠?、鏡頭、相機、采集卡、機械平臺 ○ 圖像處理與分析:工控主機、圖像處理分析軟件、圖形交互界面。 ○ 判決執(zhí)行:電傳單元、機械單元 01 光源 (1)光路原理 照相機并不能看見物體,而是看見從物體表面反射過來的光。 鏡面反射:平滑表面以對頂角反射光線 漫射反射:粗糙表面會從各個方向漫射光線 發(fā)散反射:多數(shù)表面既有紋理,又有平滑表面,會對光線進行發(fā)散反射 (2)作用和要求 在機器視覺中的作用: 照亮目標,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。 要求: 用作測量的工具或參照; 良好的光場設計要求; 對比度明顯,目標與背景的邊界清晰; 背景盡量淡化而且均勻,不干擾圖像處理; 與顏色有關的還需要顏色真實,亮度適中,不過曝或欠曝。 (3)光場構造 明場:光線反射進入照相機 暗場:光線反射離開照相機 (4)構造光源 使用不同照明技術對被測目標會產生不同的影響,以滾珠軸承為例: 鏡頭 02 (1)主要參數(shù) 工業(yè)的鏡頭大都是多組鏡片組合在一起的。計算時會忽略厚度對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/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍數(shù)/畸變/接口 分辨率:對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行,過程并不復雜。一般如果畸變小于2%,人眼觀察不到;若畸變小于CCD的一個像素,攝像機也看不見。 (2)鏡頭---分類 (3)鏡頭---遠心鏡頭 在測量系統(tǒng)中,物距常發(fā)生變化,從而使像高發(fā)生變化,所以測得的物體尺寸也發(fā)生變化,即產生了測量誤差;即使物距是固定的,也會因為CCD敏感表面不易精確調整在像平面上,同樣也會產生測量誤差。采用遠心物鏡中的像方遠心物鏡可以消除物距變化帶來的測量誤差,而物方遠心物鏡則可以消除CCD位置不準帶來的測量誤差。 03 相機 種類:線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOS 指標:像元尺寸、分辨率、靶面大小、感應曲線、動態(tài)范圍、靈敏度、速度噪聲、填充因子、體積、質量、工作環(huán)境等。 工作模式:Free run、Trigger(多種)、長時間曝光等。 傳輸方式:GIGE,Cameralinker,模擬。 (1)相機--按照圖像傳感器區(qū)分 CCD相機:使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機,集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體,是典型的固體成像器件。 CMOS相機:使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機 ,將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上,還具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。 (2)相機--按照輸出圖像顏色區(qū)分 單色相機:輸出圖像為單色圖像的相機。 彩色相機:輸出圖像為彩色圖像的相機。 (3)相機--按輸出信號區(qū)分 模擬信號相機:從傳感器中傳出的信號,被轉換成模擬電壓信號,即普通視頻信號后再傳到圖像采集卡中。 數(shù)字信號相機:信號自傳感器中的像素輸出后,在相機內部直接數(shù)字化并輸出。數(shù)字相機又包含1394相機、USB相機、Gige相機、CameraLink相機等。 (4)相機--按照傳感器類型區(qū)分 面掃描相機:傳感器上像素呈面狀分布的相機,其所成圖像為二維“面”圖像。 線掃描相機:傳感器上呈線狀(一行或三行)分布的相機,其所成圖像為一維“線”圖像。 (5)相機--CMOS VS CCD (6)相機--傳感器的尺寸 圖像傳感器感光區(qū)域的面積大小。這個尺寸直接決定了整個系統(tǒng)的物理放大率。如:1/3“、1/2”等。絕大多數(shù)模擬相機的傳感器的長寬比例是4:3 (H:V),數(shù)字相機的長寬比例則包括多種:1:1,4:3,3:2 等。 (7)相機--像素 是成像于相機芯片的圖像的最小組成單位。以200萬像素的相機為例,滿屏有1600*1200個像素,成像于1/1.8英寸大小的CCD芯片。 (8)相機--分辨率 由相機所采用的芯片分辨率決定,是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機的分辨率用水平和垂直分辨率兩個數(shù)字表示,如:1920(H)x 1080(V),前面的數(shù)字表示每行的像元數(shù)量,即共有1920個像元,后面的數(shù)字表示像元的行數(shù),即1080行。 (9)相機--幀率和行頻 由相機的幀率/行頻表示相機采集圖像的頻率,通常面陣相機用幀率表示,單位fps(Frame Per second),如30fps,表示相機在1秒鐘內最多能采集30幀圖像;線性相機通常用行頻表示,單位KHz,如12KHz表示相機在1秒鐘內最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。 (10)相機--快門速度(Shutter Speed) CCD/CMOS相機多數(shù)采用電子快門,通過電信號脈沖的寬度來控制傳感器的光積分(曝光)時間。對于一般性能的的相機快門速度可以達到1/10000-1/100000秒。 卷簾快門(Rolling Shutter):多數(shù)CMOS圖像傳感器上使用的快門,其特征是逐行曝光,每一行的曝光時間不一致。 全局快門(Global Shutter):CCD傳感器和極少數(shù)CMOS傳感器采用的快門,傳感器上所有像素同時刻曝光。 (11)相機--智能相機 智能工業(yè)相機是一種高度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內,從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。智能工業(yè)相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡通信裝置等構成。由于應用了最新的 DSP、FPGA及大容量存儲技術,其智能化程度不斷提高,可滿足多種機器視覺的應用需求。
來源:網(wǎng)絡轉載
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