視覺系統(tǒng)介紹

機(jī)器視覺-系統(tǒng)組成中華工控網(wǎng)(收藏本文］ ［查看我的收歳］機(jī)器視覺-系統(tǒng)組成一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括以下五大塊：視覺系統(tǒng)光源照明照明是影響機(jī)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(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)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(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用加防護(hù)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(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)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(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)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(jī)拍攝要求與光源同步。鏡頭FOV(FieldOfVision)=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM(零件測(cè)量公差比)鏡頭選擇應(yīng)注意：①焦距②目標(biāo)高度③影像高度④放大倍數(shù)⑤影像至目標(biāo)的距離⑥中心點(diǎn)/節(jié)點(diǎn)⑦畸變相機(jī)按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī):線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。圖像采集卡圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)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。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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)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(gè)不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)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(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)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(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，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像到存儲(chǔ)器，而且計(jì)算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。機(jī)器視覺的常用術(shù)語中華工控網(wǎng)［收藏本文］ ［查看我的收藏］DAC：即數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的裝置。DAC的位數(shù)越高，信號(hào)失真就越小，圖像也更清晰穩(wěn)定。AVIAVI是將語音和影像同步組合在一起的文件格式。它對(duì)視頻文件采用了一種有損壓縮方式，但壓縮比較高，因此盡管畫面質(zhì)量不是太好，但其應(yīng)用范圍仍然非常廣泛。AVI支持256色和RLE壓縮。AVI信息主要應(yīng)用在多媒體光盤上，用來保存電視、電影等各種影像信息。RGB顏色空間對(duì)一種顏色進(jìn)行編碼的方法統(tǒng)稱為“顏色空間”或“色域”。用最簡(jiǎn)單的話說，世界上任何一種顏色的“顏色空間”都可定義成一個(gè)固定的數(shù)字或變量。RGB（紅、綠、藍(lán)）只是眾多顏色空間的一種。采用這種編碼方法，每種顏色都可用三個(gè)變量來表示一-紅色、綠色以及藍(lán)色的強(qiáng)度。記錄及顯示彩色圖像時(shí)，RGB是最常見的一種方案。但是，它缺乏與早期黑白顯示系統(tǒng)的良好兼容性。因此，許多電子電器廠商普遍采用的做法是，將RGB轉(zhuǎn)換成YUV顏色空間，以維持兼容；再根據(jù)需要轉(zhuǎn)換回RGB格式，以便在電腦顯示器上顯示彩色圖形。YUV色彩系統(tǒng)YUV（亦稱YcrCb）是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法（屬于PAL）。YUV主要用于優(yōu)化彩色視頻信號(hào)的傳輸，使其向后兼容老式黑白電視。與RGB視頻信號(hào)傳輸相比，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于只需占用極少的帶寬（RGB要求三個(gè)獨(dú)立的視頻信號(hào)同時(shí)傳輸）。其中“Y”表示明亮度（luminance或Luma），也就是灰階值；而“U”和“V”表示的則是色度（ChrominanceChroma），作用是描述影像色彩及飽和度，用于指定像素的顏色?！傲炼取笔峭ㄟ^RGB輸入信號(hào)來創(chuàng)建的，方法是將RGB信號(hào)的特定部分疊加到一起。“色度”則定義了顏色的兩個(gè)方面——色調(diào)與飽和度，分別用Cr和CB來表示。其中，Cr反映了GB輸入信號(hào)紅色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。而CB反映的是RGB輸入信號(hào)藍(lán)色部分與RGB信號(hào)亮度值之間的差異。復(fù)合視頻和S-VideoNTSC和PAL彩色視頻信號(hào)是這樣構(gòu)成的一-首先有一個(gè)基本的黑白視頻信號(hào)，然后在每個(gè)水平同步脈沖之后，加入一個(gè)顏色脈沖和一個(gè)亮度信號(hào)。因?yàn)椴噬盘?hào)是由多種數(shù)據(jù)“疊加”起來的，故稱之為“復(fù)合視頻”。S-Video則是一種信號(hào)質(zhì)量更高的視頻接口，它取消了信號(hào)疊加的方法，可有效避免一些無謂的質(zhì)量損失。它的功能是將RGB三原色和亮度進(jìn)行分離處理。NTSC、PAL和SECAM基帶視頻是一種簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)，由視頻模擬數(shù)據(jù)和視頻同步數(shù)據(jù)構(gòu)成，用于接收端正確地顯示圖像。信號(hào)的細(xì)節(jié)取決于采用的視頻標(biāo)準(zhǔn)或者“制式”—NTSC（美國全國電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，NationalTelevisionStandardsCommittee）、PAL（逐行倒相,PhaseAlternateLine）以及SECAM（順序傳送與存儲(chǔ)彩色電視系統(tǒng)，法國采用的一種電視制式，SequentialCouleurAvecMemoire）。在PC領(lǐng)域，由于使用的制式不同，存在不兼容的情況。就拿分辨率來說，有的制式每幀有625線（50Hz），有的則每幀只有525線（60Hz）。后者是北美和日本采用的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱為NTSC。通常，一個(gè)視頻信號(hào)是由一個(gè)視頻源生成的，比如攝像機(jī)、VCR或者電視調(diào)諧器等。為傳輸圖像，視頻源首先要生成一個(gè)垂直同步信號(hào)（VSYNC）。這個(gè)信號(hào)會(huì)重設(shè)接收端設(shè)備（PC顯示器），保證新圖像從屏幕的頂部開始顯示。發(fā)出VSYNC信號(hào)之后，視頻源接著掃描圖像的第一行。完成后，視頻源又生成一個(gè)水平同步信號(hào)，重設(shè)接收端，以便從屏幕左側(cè)開始顯示下一行。并針對(duì)圖像的每一行，都要發(fā)出一條掃描線，以及一個(gè)水平同步脈沖信號(hào)。另外，NTSC標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定視頻源每秒鐘需要發(fā)送30幅完整的圖像（幀）。假如不作其它處理，閃爍現(xiàn)象會(huì)非常嚴(yán)重。為解決這個(gè)問題，每幀又被均分為兩部分，每部分262.5行。一部分全是奇數(shù)行，另一部分則全是偶數(shù)行。顯示的時(shí)候，先掃描奇數(shù)行，再掃描偶數(shù)行，就可以有效地改善圖像顯示的穩(wěn)定性，減少閃爍。當(dāng)前世界上彩色電視主要有三種制式，即NTSC、PAL和SECAM制式，三種制式目前尚無法統(tǒng)一。我國采用的是PAL-D制式。Ultra