機器視覺用機器代替人眼來做測量和判斷

1、機器視覺&用機器代替人眼來做測量和判斷1.1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)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。 由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設計信息以及及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領域。機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)

2、境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以人大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎技術。 半導體行業(yè)是最先利用機器視覺技術進行檢測的行業(yè)，其他行業(yè)也隨之而來。作為生產(chǎn)機械的OEM的設計工程師，最基本的問題就是：“我是要檢測這個部件還是整個這個產(chǎn)品”。檢測可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是也會有這樣的事實存在：檢測成本或者產(chǎn)品質(zhì)量要求并不需要這樣的檢測。比如說牙簽，假設每一個裝有500個牙簽的盒子里有一兩個不合恪，大多數(shù)人都不會怎么擔心。但是對于

3、很多產(chǎn)品，假如前面的盒了里裝的不是牙簽，而是針頭，試想不合格品可能會帶來什么樣的后果，所以產(chǎn)品功能性的檢測都是不可缺少的，即使只是外觀檢測，要證明內(nèi)在的品質(zhì)也必須要做到無缺陷。因此，為了達到這個目的，許多OEM將機器視覺世用到他們將要賣給用戶的系統(tǒng)中。機器視覺能夠為整個系統(tǒng)增值，表現(xiàn)在三個方面：提高生產(chǎn)效率，提高制造過程的精確性，減少成本。 那么，對丁一個設計工程師來說，怎么樣才能知道機器視覺是否適合他的系統(tǒng)呢?盡管最早的最基本的機器視覺系統(tǒng)在20世紀70年代引入，工業(yè)就將其視為主流應用。這就導致設計工程師要考慮它是否合適他們的應用，同時要考慮利用機器視覺檢測的成本與其所能帶來的利潤。 高復雜

4、度產(chǎn)品行業(yè)，比如說半導體行業(yè)和電子行業(yè)，由于它們的復雜性和小型化，從傳統(tǒng)上推動著機器視覺市場的發(fā)展。但是如今，所有產(chǎn)業(yè)，包括自動化、制藥、造紙等等都依靠機器視覺系統(tǒng)檢測產(chǎn)品以提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)專家們預言：在未來的20年到50年，機器視覺將成為橫跨所有行業(yè)的通用性技術，幾乎所有出產(chǎn)的產(chǎn)品部會由機器視覺系統(tǒng)來檢測。 使用機器視覺系統(tǒng)有以下五個主要原因： 精確性一由于人眼有物理條件的限制，在精確性上機器有明顯的優(yōu)點。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機器仍然會更加精確，因為它的精度能夠達到千分之一英寸。 重復性一機器可以以相同的辦法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品

5、時都會有細微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。 速度一機器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當檢測高速運動的物體時，比如說生產(chǎn)線上，機器能夠提高生產(chǎn)效率。 客觀性一人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結果會隨工人心情好壞產(chǎn)生變化，而機器沒有喜怒哀樂，檢測的結果自然非?？捎^可靠。 成本一由于機器比人快，一臺自動檢測機器能夠承擔好幾個人的任務。而且機器不需要停頓、不會生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。典型的基于PC的視覺系統(tǒng)通常由如圖111所示的幾部分組成： 圖111基于PC的視覺系統(tǒng)基本組成 、相機與鏡頭一這部分屬于成像器件，通常的視覺系統(tǒng)都是由一套或者多套這樣的成像系統(tǒng)組成

6、，如果有多路相機，可能由圖像采集卡切換來獲取圖像數(shù)據(jù)，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數(shù)據(jù)。根據(jù)應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻(RS-170CClR)、復合信號(YC)、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。 、光源-作為輔助成像器件，對成像質(zhì)量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。 傳感器-通常以光纖開關、接近開關等的形式出現(xiàn)，用以判斷被測對象的位置和狀態(tài)，告知圖像傳感器進行正確的采集。 、圖像采集卡一通常以插入卡的形式安裝在PC中，圖像采集卡的主要工作是把相機輸出的圖像輸送給電腦主機。它將來自相機

7、的模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，同時它可以控制相機的一些參數(shù)，比如觸發(fā)信號，曝光積分時間，快門速度等。圖像采集卡通常有不同的硬件結構以針對不同類型的相機，同時也有不同的總線形式，比如PCI、PCI64、Compact PCI，PCI04，lSA等。 、PC平臺一電腦是一個PC式視覺系統(tǒng)的核心，在這里完成圖像數(shù)據(jù)的處理和絕大部分的控制邏輯，對于檢測類型的應用，通常都需要較高頻率的CPU，這樣可以減少處理的時間。同時，為了減少工業(yè)現(xiàn)場電磁、振動、灰塵、溫度等的干擾，必須選擇工業(yè)級的電腦。 、視覺處理軟件機器視覺軟件用來完成輸入的圖像數(shù)據(jù)的處理，然后通過一定的運算得出結果，這個輸出的結果

8、可能是PASSFAIL信號、坐標位置、字符串等。常見的機器視覺軟件以CC+圖像庫，ActiveX控件，圖形式編程環(huán)境等形式出現(xiàn)，可以是專用功能的(比如僅僅用于LCD檢測，BGA檢測，模版對準等)，也可以是通用目的的（包括定位、測量、條碼字符識別、斑點檢測等）。 、控制單元（包含IO、運動控制、電平轉(zhuǎn)化單元等）一一旦視覺軟件完成圖像分析(除非僅用于監(jiān)控)，緊接著需要和外部單元進行通信以完成對生產(chǎn)過程的控制。簡單的控制可以直接利用部分圖像采集卡自帶的IO，相對復雜的邏輯運動控制則必須依靠附加可編程邏輯控制單元運動控制卡來實現(xiàn)必要的動作。上述的7個部分是一個基于PC式的視覺系統(tǒng)的基本組成，在實際的應

9、用中針對不同的場合可能會有不同的增加或裁減。機器視覺相機的選型首先明確需求第一、要先確定檢測產(chǎn)品的精度要求第二、要確定相機要看的視野大小第三、要確定檢測物體的速度第四、要確定是動態(tài)檢測還是靜態(tài)檢測然后確定硬件類型1.相面像素大小的確定目前市面上的軟件精度一般都是基本上沒有誤差的也就是人們所說的亞像素，但雖軟件沒有誤差，但硬件的誤差是不可避免的，所以現(xiàn)在市場上的機器視覺系統(tǒng)一般都保證在誤差為一個像素，所以我們得到如下計算公式：精度=視野（長或?qū)挘┫鄼C像素（長或?qū)挘┯辛艘陨瞎轿覀冇钟辛说谝缓兔慷€需求就不難確定相機的像素大小了假設視野為10mm，精度要求為0.02mm,那么相機的像素=100.0

10、2=500像素，那就只需要30萬（640*480）像素的相機就可以了2相機傳輸方式的確定目前市面上的相機傳輸方式有：1）模擬相機（PCI采集卡） 對速度要求不高可選擇優(yōu)點：穩(wěn)定，性價比高 缺點：幀率低，一般只能達到25幀30幀2）USB接口相機 系統(tǒng)只用到單個相機的可先擇，要求高速的時候可先擇優(yōu)點：不需要占PCI插槽，幀頻高，性價比高 缺點：占系統(tǒng)CPU3）1394接口相機 系統(tǒng)用到多個相機的時候可先擇，要求高速的時候可先擇優(yōu)點：不占系統(tǒng)CPU，幀頻高， 缺點：占PCI插槽，價格昂貴3相機的觸發(fā)方式的選擇1）連續(xù)采集模式 對靜態(tài)檢測可選擇，產(chǎn)品連續(xù)運動不能給觸發(fā)信號的可選擇2）軟件觸發(fā)模式 對

11、動態(tài)檢測可選擇，產(chǎn)品連續(xù)運動能給觸發(fā)信號的可選擇3）硬件觸發(fā)模式 對高速動態(tài)檢測可選擇，產(chǎn)品連續(xù)高速運動能給觸發(fā)信號的可選擇鏡頭的選擇公式機器視覺系統(tǒng)鏡頭焦距的選擇主要和以下幾個參數(shù)有關：1.鏡頭到物體的工作距離2.相機的CCD盡寸（長或?qū)挘?.相機所看到的視野（長或?qū)挘┕綖?鏡頭焦距=（工作距離CCD尺寸（長或?qū)挘┮曇埃ㄩL或?qū)挘├?；工作距離為100mm，視野為20mm，CCD尺寸長為4.8mm（CCD尺寸一般以英寸為單位的，現(xiàn)在市面上一般有1/4、1/3、1/2、2/3、1的CCD，轉(zhuǎn)換成毫米CCD的尺寸長分別為3.2mm、4.8mm、6.4mm、8.8mm、12.8mm）那么 鏡頭焦距

12、=1004.820=24mm國產(chǎn)機器視覺軟件開發(fā)包CkVision介紹CkVision機器視覺軟件開發(fā)包是創(chuàng)科公司自行開發(fā)的一款高性能的機器視覺軟件開發(fā)包，特點是精度高，識別速度快，功能全面,對環(huán)境光線等干擾不敏感，檢測可靠性極高。CkVision的設計理念是提供一套簡單容易的應用開發(fā)函數(shù)包，接口函數(shù)豐富（多達400多個函數(shù)）,提供DLL和OCX。支持VB、VC等多個開發(fā)工具。在OCX功能表中，每個功能之間都有坐標聯(lián)系接口，提高了功能之間的整合性能。同時提供大量的范例代碼以幫助開發(fā)者對圖像識別的開發(fā)速度。在軟件中只需要簡單地調(diào)用相應的函數(shù)就可以完成你要的功能。另外還可以根據(jù)客戶的要求提供相應的范例。CkVision集成BLOB分析，對象計數(shù)、幾何匹配、灰度匹配、彩色匹配、字符識別、條碼識別、測圓、找圓、卡尺測量、外徑內(nèi)徑測量、顏色識別、圖像基本運算（二值化、比例變換、開運算、閉運算、膨脹、腐蝕、濾波、邊緣檢測）、幾何運算、圖像合并、圖像旋轉(zhuǎn)、輪廓提取等功能。另外可根據(jù)客戶要求定制特殊功能。CkVision軟件是基于開放式的體系結構，能很好地兼容多種流行的圖像采集卡、數(shù)字相機、模擬相機、線性相機，開發(fā)包提供有直接從硬件上得到圖像數(shù)據(jù)的功能，使用起來更加簡易。CkVision的定位工具是根據(jù)幾何特征，采用最先進的輪廓檢測技術來識別對象和模式。這