機(jī)器視覺用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷

1、機(jī)器視覺&用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷1.1機(jī)器視覺的概念 機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，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(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)

2、境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)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(jī)器視覺檢測(cè)方法可以人大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。 半導(dǎo)體行業(yè)是最先利用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的行業(yè)，其他行業(yè)也隨之而來。作為生產(chǎn)機(jī)械的OEM的設(shè)計(jì)工程師，最基本的問題就是：“我是要檢測(cè)這個(gè)部件還是整個(gè)這個(gè)產(chǎn)品”。檢測(cè)可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是也會(huì)有這樣的事實(shí)存在：檢測(cè)成本或者產(chǎn)品質(zhì)量要求并不需要這樣的檢測(cè)。比如說牙簽，假設(shè)每一個(gè)裝有500個(gè)牙簽的盒子里有一兩個(gè)不合恪，大多數(shù)人都不會(huì)怎么擔(dān)心。但是對(duì)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(huì)帶來什么樣的后果，所以產(chǎn)品功能性的檢測(cè)都是不可缺少的，即使只是外觀檢測(cè)，要證明內(nèi)在的品質(zhì)也必須要做到無缺陷。因此，為了達(dá)到這個(gè)目的，許多OEM將機(jī)器視覺世用到他們將要賣給用戶的系統(tǒng)中。機(jī)器視覺能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)增值，表現(xiàn)在三個(gè)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(duì)丁一個(gè)設(shè)計(jì)工程師來說，怎么樣才能知道機(jī)器視覺是否適合他的系統(tǒng)呢?盡管最早的最基本的機(jī)器視覺系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代引入，工業(yè)就將其視為主流應(yīng)用。這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)工程師要考慮它是否合適他們的應(yīng)用，同時(shí)要考慮利用機(jī)器視覺檢測(cè)的成本與其所能帶來的利潤。 高復(fù)雜

4、度產(chǎn)品行業(yè)，比如說半導(dǎo)體行業(yè)和電子行業(yè)，由于它們的復(fù)雜性和小型化，從傳統(tǒng)上推動(dòng)著機(jī)器視覺市場(chǎng)的發(fā)展。但是如今，所有產(chǎn)業(yè)，包括自動(dòng)化、制藥、造紙等等都依靠機(jī)器視覺系統(tǒng)檢測(cè)產(chǎn)品以提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)專家們預(yù)言：在未來的20年到50年，機(jī)器視覺將成為橫跨所有行業(yè)的通用性技術(shù)，幾乎所有出產(chǎn)的產(chǎn)品部會(huì)由機(jī)器視覺系統(tǒng)來檢測(cè)。 使用機(jī)器視覺系統(tǒng)有以下五個(gè)主要原因： 精確性一由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測(cè)產(chǎn)品，機(jī)器仍然會(huì)更加精確，因?yàn)樗木饶軌蜻_(dá)到千分之一英寸。 重復(fù)性一機(jī)器可以以相同的辦法一次一次的完成檢測(cè)工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測(cè)產(chǎn)品

5、時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。 速度一機(jī)器能夠更快的檢測(cè)產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，比如說生產(chǎn)線上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率。 客觀性一人眼檢測(cè)還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測(cè)結(jié)果會(huì)隨工人心情好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒有喜怒哀樂，檢測(cè)的結(jié)果自然非?？捎^可靠。 成本一由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器能夠承擔(dān)好幾個(gè)人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、不會(huì)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(jī)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(jī)，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(shí)獲取多相機(jī)通道的數(shù)據(jù)。根據(jù)應(yīng)用的需要相機(jī)可能是輸出標(biāo)準(zhǔn)的單色視頻(RS-170CClR)、復(fù)合信號(hào)(YC)、RGB信號(hào)，也可能是非標(biāo)準(zhǔn)的逐行掃描信號(hào)、線掃描信號(hào)、高分辨率信號(hào)等。 、光源-作為輔助成像器件，對(duì)成像質(zhì)量的好壞往往能起到至關(guān)重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素?zé)舻榷既菀椎玫健?傳感器-通常以光纖開關(guān)、接近開關(guān)等的形式出現(xiàn)，用以判斷被測(cè)對(duì)象的位置和狀態(tài)，告知圖像傳感器進(jìn)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(jī)輸出的圖像輸送給電腦主機(jī)。它將來自相機(jī)

7、的模擬或數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，同時(shí)它可以控制相機(jī)的一些參數(shù)，比如觸發(fā)信號(hào)，曝光積分時(shí)間，快門速度等。圖像采集卡通常有不同的硬件結(jié)構(gòu)以針對(duì)不同類型的相機(jī)，同時(shí)也有不同的總線形式，比如PCI、PCI64、Compact PCI，PCI04，lSA等。 、PC平臺(tái)一電腦是一個(gè)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(duì)于檢測(cè)類型的應(yīng)用，通常都需要較高頻率的CPU，這樣可以減少處理的時(shí)間。同時(shí)，為了減少工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁、振動(dòng)、灰塵、溫度等的干擾，必須選擇工業(yè)級(jí)的電腦。 、視覺處理軟件機(jī)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(yùn)算得出結(jié)果，這個(gè)輸出的結(jié)果

8、可能是PASSFAIL信號(hào)、坐標(biāo)位置、字符串等。常見的機(jī)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(cè)，BGA檢測(cè)，模版對(duì)準(zhǔn)等)，也可以是通用目的的（包括定位、測(cè)量、條碼字符識(shí)別、斑點(diǎn)檢測(cè)等）。 、控制單元（包含IO、運(yùn)動(dòng)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(jìn)行通信以完成對(duì)生產(chǎn)過程的控制。簡(jiǎn)單的控制可以直接利用部分圖像采集卡自帶的IO，相對(duì)復(fù)雜的邏輯運(yùn)動(dòng)控制則必須依靠附加可編程邏輯控制單元運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)必要的動(dòng)作。上述的7個(gè)部分是一個(gè)基于PC式的視覺系統(tǒng)的基本組成，在實(shí)際的應(yīng)

9、用中針對(duì)不同的場(chǎng)合可能會(huì)有不同的增加或裁減。機(jī)器視覺相機(jī)的選型首先明確需求第一、要先確定檢測(cè)產(chǎn)品的精度要求第二、要確定相機(jī)要看的視野大小第三、要確定檢測(cè)物體的速度第四、要確定是動(dòng)態(tài)檢測(cè)還是靜態(tài)檢測(cè)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(chǎng)上的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般都保證在誤差為一個(gè)像素，所以我們得到如下計(jì)算公式：精度=視野（長或?qū)挘┫鄼C(jī)像素（長或?qū)挘┯辛艘陨瞎轿覀冇钟辛说谝缓兔慷€(gè)需求就不難確定相機(jī)的像素大小了假設(shè)視野為10mm，精度要求為0.02mm,那么相機(jī)的像素=100.0

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

11、動(dòng)態(tài)檢測(cè)可選擇，產(chǎn)品連續(xù)運(yùn)動(dòng)能給觸發(fā)信號(hào)的可選擇3）硬件觸發(fā)模式 對(duì)高速動(dòng)態(tài)檢測(cè)可選擇，產(chǎn)品連續(xù)高速運(yùn)動(dòng)能給觸發(fā)信號(hào)的可選擇鏡頭的選擇公式機(jī)器視覺系統(tǒng)鏡頭焦距的選擇主要和以下幾個(gè)參數(shù)有關(guān)：1.鏡頭到物體的工作距離2.相機(jī)的CCD盡寸（長或?qū)挘?.相機(jī)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(jī)器視覺軟件開發(fā)包CkVision介紹CkVision機(jī)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(jī)器視覺軟件開發(fā)包，特點(diǎn)是精度高，識(shí)別速度快，功能全面,對(duì)環(huán)境光線等干擾不敏感，檢測(cè)可靠性極高。CkVision的設(shè)計(jì)理念是提供一套簡(jiǎn)單容易的應(yīng)用開發(fā)函數(shù)包，接口函數(shù)豐富（多達(dá)400多個(gè)函數(shù)）,提供DLL和OCX。支持VB、VC等多個(gè)開發(fā)工具。在OCX功能表中，每個(gè)功能之間都有坐標(biāo)聯(lián)系接口，提高了功能之間的整合性能。同時(shí)提供大量的范例代碼以幫助開發(fā)者對(duì)圖像識(shí)別的開發(fā)速度。在軟件中只需要簡(jiǎn)單地調(diào)用相應(yīng)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(yīng)的范例。CkVision集成BLOB分析，對(duì)象計(jì)數(shù)、幾何匹配、灰度匹配、彩色匹配、字符識(shí)別、條碼識(shí)別、測(cè)圓、找圓、卡尺測(cè)量、外徑內(nèi)徑測(cè)量、顏色識(shí)別、圖像基本運(yùn)算（二值化、比例變換、開運(yùn)算、閉運(yùn)算、膨脹、腐蝕、濾波、邊緣檢測(cè)）、幾何運(yùn)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(jié)構(gòu)，能很好地兼容多種流行的圖像采集卡、數(shù)字相機(jī)、模擬相機(jī)、線性相機(jī)，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(jiǎn)易。CkVision的定位工具是根據(jù)幾何特征，采用最先進(jìn)的輪廓檢測(cè)技術(shù)來識(shí)別對(duì)象和模式。這