機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)一、概念視覺(jué)檢測(cè)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目的轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像解決系統(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(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行多個(gè)運(yùn)算來(lái)抽取目的的特性，進(jìn)而根據(jù)鑒別的成果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。典型構(gòu)造五大塊：照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、軟件照明照明是影響機(jī)器視覺(jué)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?，F(xiàn)在沒(méi)有通用的照明設(shè)備，具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇對(duì)應(yīng)的照明裝置。照射辦法可分為：分類(lèi)具體闡明優(yōu)點(diǎn)背向照明被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間能獲得高對(duì)比度的圖像前向照明光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)便于安裝構(gòu)造光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將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝規(guī)定與光源同時(shí)2.鏡頭鏡頭的選擇應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：焦距、目的高度、影像高度、放大倍數(shù)、影響至目的的距離、中心點(diǎn)/節(jié)點(diǎn)、畸變。3.相機(jī)按照不同原則可分為：原則分辨率數(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)。為優(yōu)化捕獲到的圖像，需要對(duì)光圈、對(duì)比度和快門(mén)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.圖像采集卡圖像采集卡是圖像采集部分和圖像解決部分的接口。將圖像信號(hào)采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文獻(xiàn)的形式保存在硬盤(pán)上。通過(guò)它，能夠把攝像機(jī)拍攝的視頻信號(hào)從攝像帶上轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中。5.軟件視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)使用軟件解決圖像。軟件采用算法工具協(xié)助分析圖像。視覺(jué)檢測(cè)解決方案使用這類(lèi)工具組合來(lái)完畢所需要的檢測(cè)。是視覺(jué)檢測(cè)的核心部分，最后形成缺點(diǎn)的判斷并能向后續(xù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。慣用的涉及，搜索工具，邊界工具，特性分析工具，過(guò)程工具，視覺(jué)打印工具等。核心——光源的選擇1.光源選型基本要素：對(duì)比度機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特性與需要被無(wú)視的圖像特性之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度，從而易于特性的分辨。好的照明應(yīng)當(dāng)能夠確保需要檢測(cè)的特性突出于其它背景。亮度當(dāng)光源不夠亮?xí)r的缺點(diǎn)。第一，相機(jī)的信噪比不夠；由于光源的亮度不夠，圖像的對(duì)比度必然不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。另首先，光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。另外，當(dāng)光源的亮度不夠的時(shí)候，自然光等隨機(jī)光對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)最大。魯棒性光源與否對(duì)部件的位置敏感度最小。當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時(shí)，成果圖像應(yīng)當(dāng)不會(huì)隨之變化。方向性很強(qiáng)的光源，增大了對(duì)高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的可能性，這不利于背面的特性提取。光源類(lèi)型類(lèi)型特點(diǎn)應(yīng)用環(huán)形光源提供不同照射角度以及不同顏色，能夠突出物體全方面信息。LED陣列的密度高、亮度大。且排列布陣空間緊湊，節(jié)省空間。PCB基板檢測(cè)、IC元件檢測(cè)背光源在物體的背光面，采用高強(qiáng)度的LED陣列做光源。能夠突出外形輪廓特性。電子元件，膠片污點(diǎn)檢測(cè)條形光源照射角度能夠隨意安裝，合用于方形構(gòu)造或者是大物件的檢測(cè)。圖像掃描、LED面板檢測(cè)同軸光源采用分光鏡設(shè)計(jì)，能夠減少陰影帶來(lái)的困擾，使得光源能夠均勻照射在物體表面，提高成像清晰度。合用于表面凹凸不平不完整的物體圖像采集過(guò)程1工件定位檢測(cè)器探測(cè)到物體已經(jīng)運(yùn)動(dòng)至靠近攝像系統(tǒng)的視野中心，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖，可分為持續(xù)觸發(fā)和外部觸發(fā)。2圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時(shí)，分別向攝像機(jī)和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)脈沖。3攝像機(jī)停止現(xiàn)在的掃描，重新開(kāi)始新的一幀掃描，或者攝像機(jī)在啟動(dòng)脈沖來(lái)到之前處在等待狀態(tài)，啟動(dòng)脈沖到來(lái)后啟動(dòng)一幀掃描。4攝像機(jī)開(kāi)始新的一幀掃描之前打開(kāi)曝光機(jī)構(gòu)，曝光時(shí)間能夠事先設(shè)定。5另一種啟動(dòng)脈沖打開(kāi)燈光照明，燈光的啟動(dòng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)與攝像機(jī)的曝光時(shí)間匹配。6攝像機(jī)曝光后，正式開(kāi)始一幀圖像的掃描和輸出。7圖像采集部分接受模擬視頻信號(hào)通過(guò)A/D將其數(shù)字化，或者是直接接受攝像機(jī)數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。8圖像采集部分將數(shù)字圖像寄存在解決器或計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。9解決器對(duì)圖像進(jìn)行解決、分析、識(shí)別，獲得測(cè)量成果或邏輯控制值（合格或不合格）。10解決成果控制流水線的動(dòng)作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動(dòng)的誤差等。11通過(guò)Excel等方式打印缺點(diǎn)輸出成果（生產(chǎn)批號(hào)、缺點(diǎn)位置、坐標(biāo)、面積、類(lèi)別、產(chǎn)生時(shí)間等信息）五、視覺(jué)檢測(cè)分類(lèi)（1）按照檢測(cè)功效可劃分：定位、缺點(diǎn)檢測(cè)、計(jì)數(shù)/遺漏檢測(cè)、尺寸測(cè)量。

（2）按照其安裝的載體可分為：在線檢測(cè)系統(tǒng)和離線檢測(cè)系統(tǒng)。

（3）按照檢測(cè)技術(shù)劃分，普通有立體視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、斑點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)、尺寸測(cè)量技術(shù)、OCR技術(shù)等等。六、視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用印刷行業(yè)檢測(cè)運(yùn)用在線/離線的視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)印刷過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題，如堆墨、飛墨、缺印/淺印、套印不準(zhǔn)、顏色偏差等，同時(shí)在線設(shè)備可將顏色偏差和墨量多少的檢測(cè)成果反饋給PLC,控制印刷設(shè)備的供墨量，對(duì)供墨量進(jìn)行在線調(diào)節(jié)，提高印刷質(zhì)量和效率。PCB板檢測(cè)運(yùn)用視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)PCB裸板進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)板上的導(dǎo)線和元件的位置和間距錯(cuò)誤、線路和元件的尺寸錯(cuò)誤、元件形狀錯(cuò)誤、線路的通段、板上污損等。零件檢測(cè)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)能夠輕松應(yīng)對(duì)金屬零件生產(chǎn)的質(zhì)量控制，如硬幣、汽車(chē)零部件、連接器等。通過(guò)圖像解決的辦法，發(fā)現(xiàn)金屬零件表面的劃傷、殘缺、變色、粘膜等缺點(diǎn)，并指導(dǎo)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將殘缺品剔除，大大提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)對(duì)缺點(diǎn)類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)分析能夠指導(dǎo)生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)節(jié)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。汽車(chē)安全這類(lèi)數(shù)字化系統(tǒng)的工作原理就是通過(guò)視覺(jué)傳感器對(duì)人的眼瞼眼球的幾何特性和動(dòng)作特性、眼睛的凝視角度及其動(dòng)態(tài)變化、頭部位置和方向的變化等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和測(cè)量，建立駕駛?cè)搜鄄款^部特性與疲勞狀態(tài)的關(guān)系模型，研究疲勞狀態(tài)的多參量綜合描述辦法；同時(shí)研究多元信息的快速融合辦法，提高疲勞檢測(cè)的可靠性和精確性，從而研制穩(wěn)定可靠的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它檢測(cè)的辦法諸多，例如：人臉快速檢測(cè)辦法、疲勞程度檢測(cè)辦法、疲勞駕駛問(wèn)題檢測(cè)等等。同時(shí)，在交通行業(yè)的車(chē)牌識(shí)別和流量檢測(cè)、藥品行業(yè)的包裝檢測(cè)、飲料行業(yè)的容量檢測(cè)和外包裝檢測(cè)、煙草行業(yè)的煙標(biāo)檢測(cè)和外包裝檢測(cè)、紡織行業(yè)的布匹瑕疵檢測(cè)、五金行業(yè)的螺絲釘檢測(cè)、運(yùn)輸行業(yè)的貨品分揀、食品行業(yè)的水果分揀、電子行業(yè)的焊接檢測(cè)和裝配定位、鋼鐵行業(yè)的鋼板表面缺點(diǎn)檢測(cè)、智能讀表、智能抄表等都有應(yīng)用。七、一套高品質(zhì)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，必須含有的條件1.高品質(zhì)的成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)被稱(chēng)為視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備的“眼睛”，因此“眼睛”識(shí)別能力的好壞是評(píng)價(jià)成像系統(tǒng)的最核心指標(biāo)。普通，成像系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)重要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）能否發(fā)現(xiàn)存在的缺點(diǎn)基于圖像辦法進(jìn)行的檢測(cè)，所能夠根據(jù)的最原始也是唯一的資料即是所采到的圖像上的顏色(或者亮度)變化，除此之外，沒(méi)有其它資料可供參考。因此，一種高品質(zhì)的成像系統(tǒng)首先應(yīng)當(dāng)是一種能充足體現(xiàn)被檢測(cè)物表面顏色變化的成像系統(tǒng)。因此除了選擇含有高清晰度的相機(jī)與鏡頭之外，用以營(yíng)造成像環(huán)境的光照設(shè)計(jì)也顯得非常重要，有時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)為特殊缺點(diǎn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的光照系統(tǒng)。經(jīng)常所說(shuō)的100%質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，事實(shí)上指的是在能夠充足體現(xiàn)多個(gè)缺點(diǎn)的圖像中的100%全檢。（2）能夠發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)的最小尺寸數(shù)字圖像的最小計(jì)量單位是像素(pixel)，它本身并不代表被攝物實(shí)際的尺寸大小。被攝物實(shí)際尺寸大小與像素之間的關(guān)聯(lián)是通過(guò)一種叫做分辨力的物理量來(lái)完畢的。分辨力指的是每單位像素代表的實(shí)際物體尺寸。分辨力數(shù)值越小，圖像的精細(xì)程度就越高，檢測(cè)系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)尺寸就越小，檢測(cè)精度就越高。（3）能否足夠快地?cái)z取圖像猶如人眼看運(yùn)動(dòng)物體同樣，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的足夠快時(shí)，人眼就不能再清晰的觀察到物體的全部。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的“眼睛”攝像機(jī)也有一種拍攝速度上限，即相機(jī)主頻。當(dāng)被攝物的運(yùn)行速度超出了攝像機(jī)的主頻上限時(shí)，攝像機(jī)就不能獲得清晰、完整的圖像，檢測(cè)就不能正常地繼續(xù)下去。攝像機(jī)主頻越高，采集速度也就越快，檢測(cè)才干保持高效進(jìn)行。因此，與否采用了足夠高主頻的攝像機(jī)也是評(píng)價(jià)一種成像系統(tǒng)與否高品質(zhì)的核心因素。2.成熟的圖像解決與分析算法圖像解決與分析算法在整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)中相稱(chēng)于人工檢測(cè)時(shí)人腦的判斷思維，由于機(jī)器視覺(jué)是一種實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，評(píng)價(jià)一種算法的好壞更多的是依賴(lài)于實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證而非考察算法中與否采用了比較先進(jìn)或高深復(fù)雜的理論。因此一種能夠充足模擬人腦判斷過(guò)程與辦法并且穩(wěn)定、高效的圖像解決與分析算法才是我們需要的，也就是所謂的成熟的解決與分析算法。因此，在設(shè)計(jì)解決算法時(shí)，需要充足分析人的判斷過(guò)程，并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言。3.可操作性好可操作性好重要規(guī)定檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用操作要含有簡(jiǎn)潔、方便并易于理解的特點(diǎn)。例如系統(tǒng)有和諧的人機(jī)交互界面、良好的導(dǎo)向性操作設(shè)計(jì)等。4.穩(wěn)定的其它配套設(shè)施其它配套設(shè)施指的是除了檢測(cè)系統(tǒng)以外的設(shè)施，如傳輸控制平臺(tái)、缺點(diǎn)解決裝置(剔除、報(bào)警、標(biāo)記等)。對(duì)配套設(shè)施的規(guī)定是必須運(yùn)行穩(wěn)定、信號(hào)響應(yīng)及時(shí)、快速。八、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)第一：打光的穩(wěn)定性工業(yè)視覺(jué)應(yīng)用普通分成四大類(lèi)：定位、測(cè)量、檢測(cè)和識(shí)別，其中測(cè)量對(duì)光照的穩(wěn)定性規(guī)定最高，由于光照只要發(fā)生10-20%的變化，測(cè)量成果將可能偏差出1-2個(gè)像素，這不是軟件的問(wèn)題，這是光照變化，造成了圖像上邊沿位置發(fā)生了變化，即使再厲害的軟件也解決不了問(wèn)題，必須從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，排除環(huán)境光的干擾，同時(shí)要確保主動(dòng)照明光源的發(fā)光穩(wěn)定性。固然通過(guò)硬件相機(jī)分辨率的提高也是提高精度，抗環(huán)境干擾的一種方法。第二：工件位置的不一致性普通做測(cè)量的項(xiàng)目，無(wú)論是離線檢測(cè)，還是在線檢測(cè)，只要是全自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備，首先做的第一步工作都是要能找到待測(cè)目的物。每次待測(cè)目的物出現(xiàn)在拍攝視場(chǎng)中時(shí)，要能精確懂得待測(cè)目的物在哪里，即使你使用某些機(jī)械夾具等，也不能特別高精度確保待測(cè)目的物每次都出現(xiàn)在同一位置的，這就需要用到定位功效，如果定位不精確，可能測(cè)量工具出現(xiàn)的位置就不精確，測(cè)量成果有時(shí)會(huì)有較大偏差。第三：標(biāo)定普通在高精度測(cè)量時(shí)需要做下列幾個(gè)標(biāo)定，一光學(xué)畸變標(biāo)定（如果不是用的軟件鏡頭，普通都必須標(biāo)定），二投影畸變的標(biāo)定，也就是由于安裝位置誤差代表的圖像畸變校正，三物像空間的標(biāo)定，也就是具體算出每個(gè)像素對(duì)應(yīng)物空間的尺寸。但是現(xiàn)在的標(biāo)定算法都是基于平面的標(biāo)定，如果待測(cè)量的物理不是平面的，標(biāo)定就會(huì)需要作某些特種算法來(lái)解決，普通的標(biāo)定算法是解決不了的。另外有些標(biāo)定，由于不方面使用標(biāo)定板，也必須設(shè)計(jì)特殊的標(biāo)定辦法，因此標(biāo)定不一定能通過(guò)軟件中已有的標(biāo)定算法全部解決。【智能制造領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)器人的定位是全部功效中相對(duì)較難的一種，由于對(duì)于作業(yè)精度和作業(yè)速度的需求，該功效的難點(diǎn)重要在于標(biāo)定（圖像坐標(biāo)系與外部坐標(biāo)系的映射）精確度與標(biāo)定速度的提高，定位過(guò)