機(jī)器視覺(jué)期末考試

1、1 .機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)范圍技術(shù)層次：底層基礎(chǔ)元件和材料、圖像和視覺(jué)核心算法、視覺(jué)硬件和系統(tǒng)(含照明)、軟件開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)流程：取像=»分析=»結(jié)果輸出部件與系統(tǒng)軟：硬件：照明、光學(xué)元件、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、工具軟件、智能相機(jī)相關(guān)技術(shù)：運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人、通訊2 .鏡頭基本概念視野(FOV)圖像采集設(shè)備所能夠覆蓋的范圍，它可以是在監(jiān)視器上可以見(jiàn)到的范圍，也可以使設(shè)備所輸出的數(shù)字圖像所能覆蓋的最大范圍。最大/最小工作距離(WorkDistance)從物鏡到被檢測(cè)物體的距離的范圍，小于最小工作距離大于最大工作距離系統(tǒng)均不能正確成像。景深(DepthOfField)在某個(gè)調(diào)焦位置上，

2、景深內(nèi)的物體都可以清晰成像。畸變幾何畸變指的是由于鏡頭方面的原因?qū)е碌膱D像范圍內(nèi)不同位置上的放大率存在的差異。幾何畸變主要包括徑向畸變和切向畸變。如枕形或桶形失真。成像面可以在鏡頭的像面上清晰成像的物方平面光圈與F值光圈是一個(gè)用來(lái)控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1.4,f2,f2.8etc。焦距焦距是像方主面到像方焦點(diǎn)的距離。如16mm,25mm分辨率測(cè)量系統(tǒng)能夠重現(xiàn)的最小的細(xì)節(jié)的尺寸常常用每毫米線對(duì)來(lái)表示，也就是根據(jù)這個(gè)鏡頭能夠分辨一毫米內(nèi)多少對(duì)直線。選擇鏡頭的時(shí)候必須注意廠商給出的分辨率的定義方式。3 .鏡頭的分類按照等效焦距分為廣角鏡頭等效焦距小于標(biāo)準(zhǔn)

3、鏡頭（等效焦距為50mm）的鏡頭。特點(diǎn)是最小工作距離短,景深大，視角大。常常表現(xiàn)為桶形畸變。中焦距鏡頭焦距介于廣角鏡頭和長(zhǎng)焦鏡頭之間的鏡頭。通常情況下畸變校正較好。長(zhǎng)焦距鏡頭等效焦距超過(guò)200mm的鏡頭。工作距離長(zhǎng)，放大比大，畸變常常表現(xiàn)為枕形狀畸變。按照功能分變焦距鏡頭鏡頭的焦距可以調(diào)節(jié)，鏡頭的視角，視野可變定焦距鏡頭鏡頭的焦距不能調(diào)節(jié)，鏡頭視角固定。聚焦位置和光圈可以調(diào)節(jié)定光圈鏡頭光圈不能調(diào)節(jié)，通常情況下聚焦也不能調(diào)節(jié)按照用途分微距鏡頭（或者成為顯微鏡頭）用于拍攝較小的目標(biāo)具有很大的放大比遠(yuǎn)心鏡頭包括物方遠(yuǎn)心鏡頭和像方遠(yuǎn)心鏡頭以及雙邊遠(yuǎn)心鏡頭。4 .工業(yè)相機(jī)的基本概念物理放大率傳感器感光面

4、積于視野的比值，整個(gè)參數(shù)基本取決于鏡頭系統(tǒng)放大率最后顯示環(huán)節(jié)上目標(biāo)的尺寸于實(shí)際目標(biāo)尺寸的比值。系統(tǒng)放大率取決于物理放大率和顯示系統(tǒng)的闡述。對(duì)于自動(dòng)測(cè)量和檢測(cè)系統(tǒng)而言，物理放大率具有關(guān)鍵的意義。系統(tǒng)放大率僅僅對(duì)于需要人機(jī)交互進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)有意義像素(Pixel=picture+element)傳感器感光面上最小感光單位分辨率(Resolution)模擬制式相機(jī)的分辨率取決于傳感器上像素的數(shù)目以及后期處理電路的質(zhì)量，數(shù)字相機(jī)的傳分辨率則直接取決與傳感器上像素的數(shù)目。相機(jī)掃描方式：隔行掃描、逐行掃描CCD的基本工作原理：當(dāng)光子撞擊到硅原子上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自由電子，再將這些自由電子收集在一起形成信號(hào)。工業(yè)

5、相機(jī)分類：按照?qǐng)D像傳感器區(qū)分CCD相機(jī)：使用CCD感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)CMOS相機(jī)：使用CMOS感光芯片為圖像傳感器的相機(jī)按照輸出圖像顏色區(qū)分：?jiǎn)紊鄼C(jī)：輸出圖像為單色圖像的相機(jī)。彩色相機(jī)：輸出圖像為彩色圖像的相機(jī)。按照傳感器類型區(qū)分面掃描相機(jī)傳感器上像素呈面狀分布的相機(jī)，其所成圖像為二維面”圖像。線掃描相機(jī)傳感器上呈線狀(一行或三行)分布的相機(jī)，其所成圖像為一維線”圖像。按輸出信號(hào)區(qū)分模擬信號(hào)相機(jī)從傳感器中傳出的信號(hào)，被轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，即普通視頻信號(hào)，后再傳到圖像采集卡中。數(shù)字信號(hào)相機(jī)信號(hào)自傳感器中的像素輸出后，在相機(jī)內(nèi)部直接數(shù)字化并輸出。5 .圖像采集卡的基本概念圖像采集卡(Fr

6、ameGraber)圖像采集卡是圖像采集部分和處理部分的接口。圖像經(jīng)過(guò)采樣、量化以后轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像并輸入、存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)器的過(guò)程，叫做采集、數(shù)字化。A/D轉(zhuǎn)換視頻量化處理是指將相機(jī)所輸出的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PC所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，即A/D轉(zhuǎn)換。視頻信號(hào)的量化處理是圖像采集處理的重要組成部分。6 .光源簡(jiǎn)述機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)工作的基本程序：取像=»分析=»結(jié)果輸出光源：為確保視覺(jué)系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息而提供照明的裝置光源的目的?是將待測(cè)區(qū)域與背景明顯區(qū)分開?將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)“凝固”在圖像上?增強(qiáng)待測(cè)目標(biāo)邊緣清晰度?消除陰影?抵消噪光光源是一個(gè)視覺(jué)應(yīng)用開始工作的第一步適合的光源可以

7、提高系統(tǒng)檢測(cè)精度、運(yùn)行速度及工作效率獲得完美圖像的6大要素：高系統(tǒng)精度、清晰成象、避免畸變、保持待測(cè)物體在成象中大小一致、圖像中待測(cè)部分反差最大化、恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光獲得完美圖像的6大要素及控制因素 高系統(tǒng)精度?？刂埔蛩兀阂曇?、相機(jī)分辨率。 清晰成象?？刂埔蛩兀虹R頭、光源 避免畸變?？刂埔蛩兀虹R頭、系統(tǒng)標(biāo)定 保持待測(cè)物體在成象中大小一致?？刂埔蛩兀阂曇?、拍照角度、待測(cè)物位置 反差最大化?？刂埔蛩兀汗庠?恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光?？刂埔蛩兀汗庠?、鏡頭如何獲得完美圖像 選擇適合的光源、鏡頭、相機(jī) 學(xué)會(huì)如何使用、控制光源、鏡頭、相機(jī)如何選擇光源：背光一一測(cè)量系統(tǒng)的最佳選擇、亮場(chǎng)一一最直接的照明、暗場(chǎng)一一適合光

8、滑表面的照明、結(jié)構(gòu)光法一一最簡(jiǎn)便的三維測(cè)量、影子的利用一一最不直接的測(cè)量、同軸光一一昂貴的光源、彩色的考慮7.圖像處理的基本步驟高通濾波：增強(qiáng)對(duì)比度10-10、-15-10-10低通濾波：降低噪音-101-202-101Sobel:提取邊緣I -1-2-1000II 一2.1基本形態(tài)算子 腐蝕(erosion):取最小值 膨脹(dilation):取最大值 中值濾波(Medianfilter):取中間值門限種類 單門限：將圖像像素分2類 雙門限：將圖像像素分3類門限選取方式 手動(dòng)選?。喝缃^對(duì)值、相對(duì)值等,自動(dòng)選?。喝缱罴验T限8.邊緣檢測(cè)算法Roberts邊緣檢測(cè)算子；Sobel邊緣檢測(cè)算子；P

9、rewitt邊緣檢測(cè)算子;Krisch邊緣檢測(cè)；LoG_Laplacian高斯-拉普拉斯算子;邊緣上的這種變化可以通過(guò)微分算子進(jìn)行檢測(cè)：一階導(dǎo)數(shù)：通過(guò)梯度來(lái)計(jì)算特點(diǎn):：對(duì)于亮的邊，邊的變化起點(diǎn)是正的，結(jié)束是負(fù)的。對(duì)于暗邊，結(jié)論相反。常數(shù)部分為零。用途：用于檢測(cè)圖像中邊的存在二階導(dǎo)數(shù)：通過(guò)拉普拉斯算子來(lái)計(jì)算特點(diǎn):：二階微分在亮的一邊是正的，在暗的一邊是負(fù)的。常數(shù)部分為零。用途：確定邊上的像素是在亮的一邊，還是暗的一邊，0用于確定邊的準(zhǔn)確位置邊緣檢測(cè)算法有如下四個(gè)步驟濾波：邊緣檢測(cè)算法主要是基于圖像強(qiáng)度的一階和二階導(dǎo)數(shù)，但導(dǎo)數(shù)的計(jì)算對(duì)噪聲很敏感，因此必須使用濾波器來(lái)改善與噪聲有關(guān)的邊緣檢測(cè)器的性能

10、.需要指出，大多數(shù)濾波器在降低噪聲的同時(shí)也導(dǎo)致了邊緣強(qiáng)度的損失，因此，增強(qiáng)邊緣和降低噪聲之間需要折衷.增強(qiáng)：增強(qiáng)邊緣的基礎(chǔ)是確定圖像各點(diǎn)鄰域強(qiáng)度的變化值.增強(qiáng)算法可以將鄰域（或局部）強(qiáng)度值有顯著變化的點(diǎn)突顯出來(lái).邊緣增強(qiáng)一般是通過(guò)計(jì)算梯度幅值來(lái)完的.檢狽U：在圖像中有許多點(diǎn)的梯度幅值比較大，而這些點(diǎn)在特定的應(yīng)用領(lǐng)域中并不都是邊緣，所以應(yīng)該用某種方法來(lái)確定哪些點(diǎn)是邊緣點(diǎn).最簡(jiǎn)單的邊緣檢測(cè)判據(jù)是梯度幅值閾值判據(jù).定位：如果某一應(yīng)用場(chǎng)合要求確定邊緣位置，則邊緣的位置可在子像素分辨率上來(lái)估計(jì)，邊緣的方位也可以被估計(jì)出來(lái).邊緣檢測(cè)中經(jīng)常碰到的問(wèn)題是：圖像中存在太多的細(xì)節(jié)。比如，前面例子中的磚墻圖像受到噪聲的干擾，不能準(zhǔn)確的檢測(cè)邊緣解決的一個(gè)方法是在邊緣檢測(cè)之前對(duì)圖像進(jìn)行平滑Roberts邊緣檢測(cè)算子實(shí)現(xiàn)步驟(1)取得原圖的數(shù)據(jù)區(qū)指針。(2)開辟一個(gè)和原圖相同大小的圖像緩沖區(qū)，并設(shè)定新圖像初值為全白(255)。(3)每個(gè)像素依次循環(huán)，用Roberts邊緣檢測(cè)算子分別計(jì)算圖像中各點(diǎn)灰度值，對(duì)它們平方之和，再開方。(4)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)復(fù)制到原圖數(shù)據(jù)區(qū)。Sobel邊緣檢測(cè)算子1210001 21_水平邊緣融電算子實(shí)現(xiàn)步驟10-12 0-2p_10-1_垂直邊緣國(guó)中電算子，(1)取