機(jī)器視覺(jué)與視覺(jué)檢測(cè)知識(shí)點(diǎn)歸納

1、總介使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)五個(gè)主要原因：1. 精確性（無(wú)人眼限制）2. 重復(fù)性（相同方法檢測(cè)無(wú)疲憊）3. 速度（更快檢測(cè)）4. 客觀性（無(wú)情緒主觀性）5. 成本（一臺(tái)機(jī)器可承擔(dān)好幾人工作）機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成：光學(xué)：1相機(jī)與鏡頭；2光源；過(guò)渡：3傳感器（判斷被測(cè)對(duì)象位置及狀態(tài)）；4.圖像采集卡（把相機(jī)圖像傳到電腦主機(jī)） 電學(xué)（計(jì)算機(jī)）：5.PC平臺(tái)；6視覺(jué)處理軟件；7控制單元。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)一般工作過(guò)程：1圖像采集；2圖像處理；3特征提??；4判決和控制。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1非接觸測(cè)量；2具有較寬的光譜響應(yīng)圍；3連續(xù)性；4成本較低; 5機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成；6精度高；7靈活性。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域兩大類(lèi)：

2、科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用科學(xué)研究主要對(duì)運(yùn)動(dòng)和變化的規(guī)律作分析；工業(yè)方面主要是在線(xiàn)檢測(cè)產(chǎn)品，機(jī)器視覺(jué)所能提供的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)功能主要有：有/無(wú)判斷、面積檢測(cè)、方向檢測(cè)、角度測(cè)量、尺寸測(cè)量、位置檢測(cè)、數(shù)量檢測(cè)、圖形匹配、條形碼 識(shí)別、字符識(shí)別、顏色識(shí)別等。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成相機(jī)的主要特性參數(shù)：分辨率：衡量相機(jī)對(duì)物象中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力。最大幀率：相機(jī)采集傳輸圖像的速率。曝光方式和快門(mén)速度；0（*）*）0 ?像素深度：每一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)。固定圖像噪聲：不隨像素點(diǎn)的空間坐標(biāo)改變的噪聲。動(dòng)態(tài)圍等CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)的區(qū)別：1. 設(shè)計(jì)：CCD是單一感光器，CMOS是感光器連接放大器。2. 靈敏度：同樣面積下，C

3、CD靈敏度高；CMOS由于感光開(kāi)口小，靈敏度低。3. 成本：CCD線(xiàn)路品質(zhì)影響程度高，成本高；CMOS由整合集成，成本低。4. 解析度：CCD連接復(fù)雜度低，解析度高；CMOS新技術(shù)解析度高。5. 噪點(diǎn)比：CCD信號(hào)單一放大，噪點(diǎn)低； CMOS百萬(wàn)放大（每個(gè)像素都有各自的 放大器），噪點(diǎn)高。6. 功耗比： CCD 需外加電壓，功耗高； CMOS 直接放大，功耗低。鏡頭主要參數(shù)：焦距：從鏡頭中心點(diǎn)到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離， 其大小決定視角大 ?。ń咕嘈∫暯谴笥^察圍大，焦距大視角小觀察圍?。?。光圈/相對(duì)孔徑：光圈即通光量，大小為f/D,相對(duì)孔徑是光圈的值的倒數(shù)。視野圍：衡量鏡頭成像圍，

4、是相機(jī)實(shí)際拍到區(qū)域的尺寸。景深：在被攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離，其影像仍然清晰的圍，其隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化 。接口、工作距離、像面尺寸、分辨率等鏡頭劃分：根據(jù)焦距是否能調(diào)節(jié)， 分為定焦與變焦兩種。 依據(jù)焦距長(zhǎng)短 ，定焦分為魚(yú)眼、 短焦標(biāo)準(zhǔn)、長(zhǎng)焦 。焦距的長(zhǎng)短劃分以 像角的大小 為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)。鏡頭的選擇：機(jī)器視覺(jué)應(yīng)該考慮的四個(gè)主要因素：1. 波長(zhǎng)、變焦與否 確定鏡頭的工作波長(zhǎng)及是否需要變焦。2. 特殊要求優(yōu)先考慮 是否有測(cè)量功能，是否需要使用遠(yuǎn)心鏡頭，成像的景深是否很大等。3. 工作距離、焦距 0（*）*）0 ?4. 像面大小和像質(zhì)所選鏡頭 像面大小要與相機(jī)感光面兼容

5、，遵循“大的兼容小的”原則。5. 光圈和接口光圈影響像面亮度， 鏡頭接口需和像面接口匹配， 不能匹配就需考慮 轉(zhuǎn)接。6. 成本和技術(shù)成熟度基本分析如下：案例：給硬幣檢測(cè)成像系統(tǒng)選配鏡頭。 （詳細(xì) P44 ） 與白色 LED 光源配合使用， 鏡頭應(yīng)是可見(jiàn)光波段， 定焦鏡頭； 用于工業(yè)檢測(cè)，其中帶有測(cè)量功能，所以要求畸變較小； 工作距離和焦距要滿(mǎn)足一定關(guān)系；選擇 鏡頭像面應(yīng)該不小于 CCD 尺寸，即至少 2/3in ； 鏡頭的接口要 C 口，能配合相機(jī)使用。圖像采集卡：概述：將攝像機(jī)的圖像視頻信號(hào)，以幀為單位，送到計(jì)算機(jī)的存和VGA 幀 存。一般連接在臺(tái)式機(jī)的 PCI 擴(kuò)展槽上?；驹砼c技術(shù)參數(shù)

6、： 圖像采集卡基本結(jié)構(gòu)大致相同，其基本組成模塊各個(gè)部分主要構(gòu)成 及功能：視屏輸入模塊：是圖像采集卡的前端，直接與相機(jī)相連。A/D 轉(zhuǎn)換模塊：圖像采集卡 核心部分 ，將輸入的模擬視屏信號(hào)轉(zhuǎn)換 為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。時(shí)序及采集控制模塊：包括圖像采集卡中整個(gè)時(shí)序、同步、采集控 制電路。圖像處理模塊：對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。 （實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換數(shù) 字信號(hào)為數(shù)據(jù)圖像等 ，盡管可由主機(jī)來(lái)完 成，但用圖像采集卡硬件可獲得 更高的處理 速度）。PCI 總線(xiàn)接口及控制模塊：完成對(duì)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的傳輸。相機(jī)控制模塊：提供相機(jī)的設(shè)置及其控制信號(hào)0（*廠*）0 ?數(shù)字輸入、輸出模塊：用于控制和響應(yīng)外部信號(hào)。

7、分類(lèi)：按圖像采集卡主要特性分： 可分為彩色圖像采集卡與黑白圖像 采集卡、模擬圖像采集卡與數(shù)字圖像采集 卡、面陣圖像采集卡和線(xiàn)陣圖像采集卡。按用途劃分： 可分為廣播級(jí)（分辨率高，支持高清和標(biāo) 準(zhǔn)，但所需硬盤(pán)空間大） ，專(zhuān)業(yè)級(jí)（性能比廣 播級(jí)稍低，分辨率相同，但壓縮比稍大一 些），民用級(jí)（動(dòng)態(tài)分辨率一般較低） 。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理，選擇機(jī)器視覺(jué)光源時(shí)應(yīng)該考慮的主要特性:1. 亮度：最佳選擇是最亮的那個(gè)。2. 光源均勻性：不均勻的光會(huì)造成不均勻的反射。3. 光譜特征：光源顏色及物體表面顏色決定反射到攝像頭的光能大小及 波長(zhǎng)。4. 壽命特性：為使圖像處理保持一致的精確，視覺(jué)系統(tǒng)必須保證

8、長(zhǎng)時(shí)間 獲得穩(wěn)定一致的圖像（光源一般需要持續(xù)使用） 。5. 對(duì)比度：對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要。 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征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn) 生最大的對(duì)比度，從而易于特征的區(qū)分 。光源的選型：1. 選擇光照角度： 根據(jù)期望的圖像效果，選擇不同入射角度的光源。高角度 照射，圖像整體較亮，適合 表面不反光 物體；低角度照射， 圖像背景為黑，特征為白， 可以突出被測(cè)物輪廓及表面凹凸 變化 ；多角度照射，整體效果柔和， 適合曲面問(wèn)題檢測(cè) ；背 光照射，圖像效果為黑白分明的被測(cè)物輪廓， 常用于尺寸測(cè) 量；同軸光照射，圖像效果為明亮背景上的黑色特征，用于 反光強(qiáng)

9、烈 的平面物體檢測(cè)。2. 選擇光源的顏色： 使用與被測(cè)物同色系的光會(huì)使圖像變亮 （如紅紅 ）；使用與 被測(cè)物相反色系的光會(huì)使圖像變暗（如紅藍(lán)） ； 波長(zhǎng)越長(zhǎng)， 穿透能力越強(qiáng)；波長(zhǎng)越短，擴(kuò)散能力越強(qiáng) 。紅外的穿透能 力強(qiáng)，可進(jìn)行棕色玻璃瓶雜質(zhì)檢測(cè)（透光性差） ；紫外擴(kuò)散 能力強(qiáng)，對(duì)表面細(xì)微特征敏感，可進(jìn)行食用油瓶上的文字 檢測(cè)（對(duì)比不明顯） 。3. 選擇光源的形狀和尺寸： 通常情況下選與被測(cè)物體形狀相同的光源。尺寸 選擇，要求保障整個(gè)視野光線(xiàn)均勻，略大于視野為 佳。4. 選擇是否使用漫射光源： 如被測(cè)物體 表面反光 ，最好用漫反射光源。三 機(jī)器視覺(jué)成像技術(shù)光源的作用，就是獲得對(duì)比鮮明的圖像，具體

10、有：1. 將感興趣部分和其他部分的灰度值差異加大。2. 盡量消隱不感興趣部分。3. 提高信噪比，利于圖像處理。4. 減少因材質(zhì)、照射角度對(duì)成像的影響。適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)計(jì)，有能使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離，以降低圖 像處理算法的難度等優(yōu)點(diǎn)。最佳照明方法和光源的選擇往往需要大量的試驗(yàn)。光源的種類(lèi)：1自然光源：即太源。2人工光源：即燈光光源，大多在自然光照度很低和夜晚攝像使用。人工光源有：1. 熒光燈：主要優(yōu)點(diǎn)發(fā)光效能高，光線(xiàn)較分散，廣泛用于較柔和 的照明。2. 鹵素?zé)簦航饘冫u素?zé)糇畲髢?yōu)點(diǎn)是發(fā)光效能高，其不能立即點(diǎn) 亮。又名冷光源，適合對(duì)環(huán)境溫度比較敏感的場(chǎng)合。0(* 廠*)o ?3氣體放電

11、光源0(*)*)0?4發(fā)光二極管：簡(jiǎn)稱(chēng) LED,與傳統(tǒng)光源相比優(yōu)點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、啟動(dòng)時(shí) 間短、結(jié)構(gòu)牢固、發(fā)光效能高、能耗小、模型簡(jiǎn) 單、發(fā)光的方向性很強(qiáng)。5激光光源0(*) *)0 ?選擇光源應(yīng)考慮的系統(tǒng)特性：1對(duì)比度(非常重要)；2亮度；3魯棒性；4光源可預(yù)測(cè)；5物體表面；6控制反射；7表面紋理；8表面形狀等。合適的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的對(duì)比度、亮度足夠 ，且對(duì)部件的位置變化不敏 感。機(jī)器視覺(jué)關(guān)心的是反射光 (使用背光除外)，光源控制的訣竅歸結(jié)到一點(diǎn)就 是如何控制光源反射。如果能控制好光源的反射，那么就可以獲得優(yōu)質(zhì)圖像。六種照明技術(shù)：1. 一般目的：通用一般采用環(huán)狀或點(diǎn)狀照明。2. 背光照明：產(chǎn)

12、生很強(qiáng)對(duì)比度，常用于檢測(cè)輪廓。3. 同軸照明：對(duì)于實(shí)現(xiàn)扁平物體且有鏡面特征的表面的均勻照明很有用。4. 連續(xù)漫反射照明0(*) *)0 ?5. 暗域照明：相對(duì)于物體表面提供低角度照明；6. 結(jié)構(gòu)光：可測(cè)量相機(jī)到光源的距離。彩色照明技術(shù):顏色三種基本屬性：亮度、色調(diào)、飽和度。真彩色R,G,B三波段的合成顯示圖，假彩色任意非R,G,B波段的合成圖，偽彩色只含有一個(gè)任意波段的圖像顯示四機(jī)器視覺(jué)核心算法圖像預(yù)處理： 圖像預(yù)處理主要目的是 消除圖中無(wú)關(guān)的信息，恢復(fù)有用的真實(shí)信息，增強(qiáng)有關(guān)信息的可檢測(cè)性和最大限度地簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)。預(yù)處理過(guò)程一般有數(shù)字化、幾何變換、歸一化、平滑、復(fù)原和增強(qiáng) 等步驟。由于外界環(huán)境或

13、設(shè)備本身原因，通常所獲取的原始數(shù)字圖像質(zhì)量 不是非常高，因此在對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)、圖像分割等操作前，一 般都需要對(duì)原始數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理（改善視覺(jué)效果和突出特 征），圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理技術(shù)中最基本的容之一，也是圖像預(yù) 處理的方法之一。圖像增強(qiáng)可分為：基于空間域的（直接處理圖像像素）如均值濾 波，中值濾波；基于頻率域（修改圖像傅里葉變換為基礎(chǔ)）的如低 通濾波，高頻濾波器。空間濾波的基本步驟：1建立一個(gè)掩模；2在待處理的圖像中逐點(diǎn) 移動(dòng)掩模；3在每一點(diǎn)（x,y）處作相應(yīng)的運(yùn)算頻域?yàn)V波的基本步驟：1傅里葉變換；2頻率域?yàn)V波處理：3傅里 葉反變換（低頻的信號(hào)包含了圖像的粗糙背景信息，高頻的信號(hào)攜帶了圖像的細(xì)節(jié)部分信息）數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)：即是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量和提取圖像中的對(duì)應(yīng)形狀以達(dá)到對(duì)圖像分析和識(shí)別的目的。基本運(yùn)算有：膨脹、腐蝕、開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算（形態(tài)運(yùn)算實(shí)質(zhì)上是一種二維卷積運(yùn)算）?；叶染獾哪康氖菫榱诵Ｕ痪鶆蛘丈??；叶戎狈綀D反映一副圖像中各灰度級(jí)與各灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系。邊緣檢測(cè)：計(jì)算機(jī)視覺(jué)模仿人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)識(shí)目標(biāo)過(guò)程（先