視覺檢測系統到底是什(shén)麽？

機器視覺系統是指利用(yòng)機器替代人(rén)眼做(zuò)出各種測量和(hé)判斷。機器視覺是工程領域和(hé)科學領域中的(de)一個(gè)非常重要的(de)研究領域，它是一門涉及光(guāng)學、機械、計算(suàn)機、模式識别、圖像處理(lǐ)、人(rén)工智能、信号處理(lǐ)以及光(guāng)電一體化(huà)等多(duō)個(gè)領域的(de)綜合性學科，其能以及應用(yòng)範圍随著(zhe)工業自動化(huà)的(de)發展逐漸完善和(hé)推廣，其中母子圖像傳感器、CMOS和(hé)CCD攝像機、DSP、ARM嵌入式技術、圖像處理(lǐ)和(hé)模式識别等技術的(de)快(kuài)速發展，有力地推動了(le)機器視覺的(de)發展。

機器視覺是一種比較複雜(zá)的(de)系統。因爲大(dà)多(duō)數系統監控對(duì)象都是運動物(wù)體，系統與運動物(wù)體的(de)匹配和(hé)協調動作尤爲重要，所以給系統各部分(fēn)的(de)動作時(shí)間和(hé)處理(lǐ)速度帶來(lái)了(le)嚴格的(de)要求。在某些應用(yòng)領域，例如機器人(rén)、飛(fēi)行物(wù)體導緻等，對(duì)整個(gè)系統或者系統的(de)一部分(fēn)的(de)重量、體積和(hé)功耗都會有嚴格的(de)要求。

一個(gè)完整的(de)機器視覺系統包括：照(zhào)明(míng)光(guāng)源、光(guāng)學鏡頭、 CCD 攝相機、圖像采集卡、圖像檢測軟件、監視器、通(tōng)訊單元等。

工業機器視覺系統的(de)工作過程主要如下(xià)：

1.傳感器探測到被檢測物(wù)接近運動至相機的(de)拍(pāi)攝中心，将觸發脈沖發送給圖像采集卡；

2.圖像采集卡根據已設定的(de)程序和(hé)延時(shí)，分(fēn)别向相機和(hé)照(zhào)明(míng)系統發出啓動脈沖；

3.相機在啓動脈沖來(lái)到之前處于等待狀态，啓動脈沖到來(lái)後啓動一幀掃描；

4.相機開始新的(de)一幀掃描之前打開曝光(guāng)機構，曝光(guāng)時(shí)間可(kě)以事先設定；

5.另一個(gè)啓動脈沖打開燈光(guāng)照(zhào)明(míng)，燈光(guāng)的(de)開啓時(shí)間應與相機的(de)曝光(guāng)時(shí)間匹配；

6.相機曝光(guāng)後，正式開始一幀圖像的(de)掃描和(hé)輸出；

7.圖像采集部分(fēn)接收模拟視頻(pín)信号通(tōng)過A/D将其數字化(huà)，或者是直接接收攝像機數字化(huà)後的(de)數字視頻(pín)數據；

8.圖像采集卡将數字圖像存儲在計算(suàn)機的(de)内存中；

9.計算(suàn)機對(duì)圖像進行處理(lǐ)、分(fēn)析和(hé)識别，獲得(de)檢測結果；

10.處理(lǐ)結果控制流水(shuǐ)線的(de)動作、進行定位、糾正運動的(de)誤差等。

 

二、機器視覺相關技術

1、圖像采集技術——機器視覺的(de)基礎

圖像采集部分(fēn)一般由光(guāng)源、鏡頭、數字攝像機和(hé)圖像采集卡構成。采集過程可(kě)簡單描述爲在光(guāng)源提供照(zhào)明(míng)的(de)條件下(xià)，用(yòng)數字攝像機拍(pāi)攝目标物(wù)體并将其轉化(huà)爲圖像信号，最後通(tōng)過圖像采集卡傳輸給圖像處理(lǐ)部分(fēn)。在設計圖像采集部分(fēn)時(shí)，要考慮到多(duō)方面的(de)問題，主要是關于數字攝像機、圖像采集卡和(hé)光(guāng)源方面的(de)問題。

（1）光(guāng)源照(zhào)明(míng)

照(zhào)明(míng)是影(yǐng)響機器視覺系統輸入的(de)重要因素，其直接影(yǐng)響輸入數據的(de)質量和(hé)應用(yòng)效果。到目前爲止，還(hái)未有哪種機器視覺照(zhào)明(míng)設備能通(tōng)用(yòng)各種應用(yòng)，因此在實際應用(yòng)中，需針對(duì)應用(yòng)選擇相應的(de)照(zhào)明(míng)設備以滿足特定需求。

照(zhào)明(míng)系統按其照(zhào)射方法可(kě)分(fēn)爲:背向照(zhào)明(míng)、前向照(zhào)明(míng)、結構光(guāng)和(hé)頻(pín)閃光(guāng)照(zhào)明(míng)等。其中，背向照(zhào)明(míng)是指将被測物(wù)放在光(guāng)源和(hé)攝像機之間，以提高(gāo)圖像的(de)對(duì)比度。前向照(zhào)明(míng)是光(guāng)源和(hé)攝像機位于被測物(wù)的(de)同側，其優點是便于安裝。結構光(guāng)照(zhào)明(míng)是将光(guāng)栅或線光(guāng)源等投射到被測物(wù)上，并根據其産生的(de)畸變，解調出被測物(wù)的(de)三維信息。頻(pín)閃光(guāng)照(zhào)明(míng)是将高(gāo)頻(pín)率的(de)光(guāng)脈沖照(zhào)射到物(wù)體上，攝像機拍(pāi)攝要求與光(guāng)源同。

（2）光(guāng)學攝像頭

光(guāng)學攝像頭的(de)任務就是進行光(guāng)學成像，一般在測量領域都有專門的(de)用(yòng)于測量的(de)攝像鏡頭，因爲其對(duì)成像質量有著(zhe)關鍵性的(de)作用(yòng)。攝像頭需要注意的(de)一個(gè)問題是畸變。這(zhè)個(gè)就需要使用(yòng)相應的(de)畸變校正方法，目前也(yě)開發出了(le)很多(duō)自動畸變自動校正系統。

（3）CCD 攝像機及圖像采集卡

CCD( Charge Coupled Device) 攝像機及圖像采集卡共同完成對(duì)目标圖像的(de)采集與數字化(huà)。目前 CCD，CMOS等固體器件的(de)應用(yòng)技術，線陣圖型敏感器件，像元尺寸不斷減小，陣列像元數量不斷增加，像元電荷傳輸速率也(yě)得(de)到大(dà)幅提高(gāo)。在基于PC機的(de)機器視覺系統中，圖像采集卡是控制攝像機拍(pāi)照(zhào)來(lái)完成圖像的(de)采集與數字化(huà)，并協調整個(gè)系統的(de)重要設備。

圖像采集卡直接決定了(le)攝像頭的(de)接口爲：黑(hēi)白、彩色、模拟、數字等形式。

 

2、圖像處理(lǐ)與分(fēn)析——機器視覺的(de)核心

用(yòng)于機器視覺的(de)圖像處理(lǐ)與分(fēn)析方法的(de)核心是，解決目标的(de)檢測識别問題。當所需要識别的(de)目标比較複雜(zá)時(shí)，就需要通(tōng)過幾個(gè)環節，從不同的(de)側面綜合來(lái)實現。

對(duì)目标進行識别提取的(de)時(shí)候，首先是要考慮如何自動地将目标物(wù)從背景中分(fēn)離出來(lái)。目标物(wù)提取的(de)複雜(zá)性一般就在于目标物(wù)與非目标物(wù)的(de)特征差異不是很大(dà)，在确定了(le)目标提取方案後，就需要對(duì)目标特征進行增強。

随著(zhe)計算(suàn)機技術、微電子技術以及大(dà)規模集成電路的(de)發展，圖像信息處理(lǐ)工作越來(lái)越多(duō)地借助硬件完成，如 DSP 芯片、專用(yòng)的(de)圖像信号處理(lǐ)卡等。軟件部分(fēn)主要用(yòng)來(lái)完成算(suàn)法中并不成熟又較複雜(zá)或需不斷完善改進的(de)部分(fēn)。這(zhè)一方面提高(gāo)了(le)系統的(de)實時(shí)性，同時(shí)又降低了(le)系統的(de)複雜(zá)度。

 

機器視覺技術的(de)優勢：

1.效率更高(gāo)：人(rén)工檢測效率低下(xià)。機器視覺檢測速度要快(kuài)得(de)多(duō)，每分(fēn)鐘(zhōng)能夠對(duì)數百個(gè)甚至數千個(gè)元件進行檢測，而且能夠24小時(shí)不間斷持續工作。

2.準确性更高(gāo)：人(rén)眼有物(wù)理(lǐ)條件的(de)限制，也(yě)會受到主觀性、身體精力等因素的(de)影(yǐng)響，不能保證準确性。機器不受主觀控制，隻要參數設置沒有差異，具有相同配置的(de)多(duō)台機器就可(kě)以保證相同的(de)精度。

3.總體成本更低：機器比人(rén)工檢測更有效，從長(cháng)遠(yuǎn)來(lái)說，機器視覺檢測的(de)成本更低。

4.信息集成：機器視覺檢測可(kě)以通(tōng)過多(duō)站測量方法一次測量多(duō)個(gè)技術參數，例如要檢測的(de)産品的(de)輪廓，尺寸，外觀缺陷和(hé)産品高(gāo)度。

5.數字化(huà)統計管理(lǐ)：測量數據并在測量後生成報告，而無需一個(gè)個(gè)地手動添加。

6.可(kě)适用(yòng)于危險的(de)檢測環境：機器可(kě)以在惡劣、危險的(de)環境中，以及在人(rén)類視覺難以滿足需求的(de)場(chǎng)合很好地完成檢測工作。

7.不會對(duì)産品造成接觸損傷：機器視覺在檢測工件的(de)過程中，不需要接觸工件，不會對(duì)工件造成接觸損傷。人(rén)工檢測必須對(duì)工件進行接觸檢測，容易産生接觸損傷。

8.更客觀穩定：人(rén)工檢測過程中，檢測結果會受到個(gè)人(rén)标準、情緒、精力等因素的(de)影(yǐng)響。而機器嚴格遵循所設定的(de)标準，檢測結果更加客觀、可(kě)靠、穩定。

9.避免二次污染：人(rén)工操作有時(shí)會帶來(lái)不确定污染源，從而污染的(de)工件。

10.維護簡單：對(duì)操作者的(de)技術要求低，使用(yòng)壽命長(cháng)等優點。

總體來(lái)說，機器視覺檢測對(duì)比人(rén)工檢測具有客觀性、非接觸性和(hé)高(gāo)精度等特點。特别是在工業生産領域，在重複和(hé)機械性的(de)工作中具有強大(dà)的(de)應用(yòng)價值，對(duì)企業來(lái)說不僅确保了(le)産品質量的(de)穩定性而且還(hái)提高(gāo)産品競争力。