機器視覺精品課件

1、機器視覺第1頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四目錄機器視覺的概念機器視覺的工作原理機器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成機器視覺的關(guān)鍵性技術(shù)機器視覺技術(shù)的現(xiàn)狀機器視覺的發(fā)展趨勢結(jié)束語第2頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四機器視覺的概念 機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(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。第3頁，共32頁，20

2、22年，5月20日，20點55分，星期四機器視覺的工作原理 機器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機將被檢測的目標標轉(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，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等，實現(xiàn)自動識別功能。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 機器視覺系統(tǒng)的工作原理 第5頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四機器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成 一個典型的工業(yè)機器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭

3、、 相機（包括CCD 相機和COMS相機）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 舉例說明其原理 基于機器視覺的公路車流 量監(jiān)測系統(tǒng)的原理 基于機器視覺的公路車流量檢測系統(tǒng)是由視頻采集、車流量數(shù)字視頻信號處理、不同環(huán)境下車流量檢測算法、以及車流量檢測結(jié)果輸出等幾部分組成。數(shù)字圖像采集部分的核心芯片是TVP5150，它可將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號。DM642運行圖像算法對采集進來的圖像進行數(shù)字圖像處理。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 車流量數(shù)字視頻檢測算法

4、白天主要是使用改進后的幀差法進行運動檢測，夜間使用車燈檢測法。按照車道將采集到的公路圖像化分為四部分，每部分對應一條車道。在每條車道中開設(shè)一個虛擬線圈(指圖像中一個矩形檢測區(qū)域，統(tǒng)稱為虛擬線圈)，當有車壓過虛擬線圈時會引起虛擬線圈內(nèi)像素值發(fā)生變化。根據(jù)此變化控制I/O口產(chǎn)生每條車道的相應脈沖，處理后發(fā)出脈沖給公路交通信號機，控制交通燈，從而達到實現(xiàn)智能交通的目的。同時，可以通過網(wǎng)絡(luò)將車流量信息傳到監(jiān)控中心。第8頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四機器視覺的關(guān)鍵性技術(shù)（1）光照照明技術(shù)（2）光學鏡頭（3）CCD攝像機（4）圖像采集卡（5）視覺傳感器第9頁，共32頁，2022

5、年，5月20日，20點55分，星期四（1）光照照明技術(shù) 在目前的機器視覺應用系統(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，起著非常重要的作用，并不是簡單的照亮物體而已，光源與照明方案的配合應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分之間盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度，同時還應保持足夠的整體亮度，物體位置的變化不應該影響成像的質(zhì)量。 在機器視覺應用系統(tǒng)中一般使用透射光和反射光，對于反射光情況應充分考慮光源和光學鏡頭的相對位置，物體表面的紋理，物體的幾何形狀等要素。 光源設(shè)備的選擇必須符合所需要的幾何形狀，照明亮度，均勻度，發(fā)光的光譜特性也必須符合實際的要求，同時還要考

6、慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。第10頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 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用。第11頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（2）光學鏡頭 光學鏡頭相當于人眼的晶狀體，在機器視覺系統(tǒng)中非常重要，鏡頭的種類按焦距可分為廣角鏡頭，標準鏡頭，長焦距鏡頭；按動作方式非為手動鏡頭，電動鏡頭；按安裝方式分為普通安裝鏡頭，隱藏安裝鏡頭，按光圈可分為手動光圈，自動光圈；按聚焦方式分為手動聚焦，電動聚焦，自動聚焦；按變焦倍可分為2倍變焦，6倍變焦，10倍焦距，20倍焦距等，鏡頭的主要指標性能有焦距，光闌系數(shù)，

7、倍率，接口等.第12頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（3）CCD攝像機 目前CCD攝像機以小巧，可靠，清晰度等特點在商業(yè)與工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛地使用。CCD攝像機按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機前移過，才能獲得完整的圖像。它主要用于檢測條狀，筒狀產(chǎn)品。例如布匹，鋼板，紙張等。面陣式攝像機可以一次獲得整幅圖像的信息。第13頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（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

8、，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備，他一般具有以下功能模塊。（1）圖像信號的接受與A/D轉(zhuǎn)換模塊，負責圖像信號的放大與數(shù)字化。有用于彩色或黑白圖像的采集卡，彩色輸入信號可分為復合信號或RGB分量信號。同時，不同的采集卡有不同的采集精讀，一般有8Bit和10Bit兩種。（2）攝像機控制輸入輸出接口，主要負責協(xié)調(diào)攝像機進行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照，定時拍照等。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（3）總線接口，負責通過PC機內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字數(shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達130Mbps，完全能夠勝任高精度圖像的實時傳輸，且占用較少的CPU時間。 有的圖像采集卡同時還顯示模

9、塊。負責高質(zhì)量的圖像實時顯示，通訊接口負責通訊，一些高檔圖像采集卡還帶有DSP數(shù)字處理模塊，能進行高速圖像預處理，適用于高檔高速應用。第15頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（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，從軟件和硬件開放兩個方面來考慮，都需要一種更是和工業(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。下圖為實物圖第16頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 這種視覺傳感器繼承了光源，攝像機，圖像處理器，標準的控制與通訊接口自稱為一個

10、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)。第17頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 機器視覺被稱為自動化的眼睛，在國民經(jīng)濟，科學研究及國防建設(shè)等領(lǐng)域都有著廣泛的應用，另外，視覺方式能檢測的對象十分廣泛，可以說是對對象不加選擇，人眼觀察不到的范圍，機器視覺可以觀察，人無法長時間地觀察對象，機器視覺則不知疲勞，始終如一地觀測，所以機器視覺可以廣泛地適用于長時間惡

11、劣的工作環(huán)境。 機器視覺的應用第18頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四1、工業(yè)上的應用：生產(chǎn)線上部件安裝，自動焊接，切割加工，大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上自動連接引線，對準芯片和封裝；石油、煤礦等鉆探中數(shù)據(jù)流自動監(jiān)測和濾波；在紡織、印染業(yè)進行自動分色、配色。零件的識別與定位第19頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四2、在各類檢驗、監(jiān)視中的應用：如檢查印刷底板的裂痕，短路及不合格的連接部，檢查標簽文字標記，玻璃產(chǎn)品的裂痕和氣泡等。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四產(chǎn)品檢驗第21頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分

12、，星期四3、在商業(yè)上的應用：自動巡視商店或其他重要場所門廊，自動跟蹤可疑的人并及時報警。4、在遙感方面：自動制圖，衛(wèi)星圖像與地形圖對準，自動測繪地圖；國土資源管理，如森林、水面、土壤的管理等，還可以對環(huán)境、火警自動檢測。第22頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四第23頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四5、醫(yī)學方面：對染色體切片，癌細胞切片，X攝線圖像、超聲波圖像的自動檢查，進而自動診斷等。第24頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四6、軍事方面：自動巡視軍事目標，自動發(fā)現(xiàn)、跟蹤運動目標，自動巡航目標和確定距離。 7、殘疾人引路：

13、如為盲人帶路的“帶路機器狗”。第25頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四機器視覺技術(shù)的現(xiàn)狀 在國外，機器視覺的應用普及主要體現(xiàn)在半導體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個方面已經(jīng)得到了廣泛的應用，并且其產(chǎn)品在應用中占據(jù)著舉足輕重的地位。第26頁，

14、共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四 在國內(nèi)，機器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，只是低端方面的應用。目前在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機器視覺技術(shù)的工業(yè)自動化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機器視覺技術(shù)領(lǐng)域進行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應用。其主要應用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域。這些應用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等。真正高端的應用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應用空間還比較大。當然、其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。 第27頁，共32頁，2022年，5月20

15、日，20點55分，星期四機器視覺的發(fā)展趨勢（1）技術(shù)方面的趨勢是數(shù)字化、實時化、智能化 圖像采集與傳輸?shù)臄?shù)字化是機器視覺在技術(shù)方面發(fā)展的必然趨勢。更多的數(shù)字攝像機，更寬的圖像數(shù)據(jù)傳輸帶寬，更高的圖像處理速度，以及更先進的圖像處理算法將會推出，將會得到更廣泛的應用。這樣的技術(shù)發(fā)展趨勢將使機器視覺系統(tǒng)向著實時性更好和智能程度更高的方向不斷發(fā)展。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（2）基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品 從產(chǎn)品本身看，機器視覺會越來越趨于依靠PC技術(shù)。且基于嵌入式的產(chǎn)品將逐漸取代板卡式產(chǎn)品，這是一個不斷增長的趨勢。主要原因是隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速

16、發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是其具備低功耗技術(shù)的特點得到人們的重視。另外，嵌入式操作系統(tǒng)絕大部分是以C語言為基礎(chǔ)的，使用高級語言的優(yōu)點是可以提高工作效率，縮短開發(fā)周期，更主要的是開發(fā)出的產(chǎn)品可靠性高、可維護性好、便于不斷完善和升級換代等。第29頁，共32頁，2022年，5月20日，20點55分，星期四（3）價格持續(xù)下降，市場份額迅速擴大 目前，在我國機器視覺技術(shù)還不太成熟，主要靠進口國外整套系統(tǒng)，價格比較昂貴。隨著技術(shù)的進步和市場競爭的激烈，價格下降已成必然趨勢，這意味著機器視覺技術(shù)將逐漸被接受。另外，機器視覺市場將不斷增大。一方面已經(jīng)采用機器視覺產(chǎn)品的應用領(lǐng)域，對機器視覺產(chǎn)品的的依賴性將更強；另一方面機器視覺產(chǎn)品將