機(jī)器視覺精品課件

1、機(jī)器視覺第1頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四目錄機(jī)器視覺的概念機(jī)器視覺的工作原理機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成機(jī)器視覺的關(guān)鍵性技術(shù)機(jī)器視覺技術(shù)的現(xiàn)狀機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢結(jié)束語第2頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺的概念 機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD 兩種）將被攝取目標(biāo)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(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)場的設(shè)備動(dòng)作。第3頁，共32頁，20

2、22年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺的工作原理 機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測的目標(biāo)標(biāo)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，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別功能。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理 第5頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成 一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭

3、、 相機(jī)（包括CCD 相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 舉例說明其原理 基于機(jī)器視覺的公路車流 量監(jiān)測系統(tǒng)的原理 基于機(jī)器視覺的公路車流量檢測系統(tǒng)是由視頻采集、車流量數(shù)字視頻信號處理、不同環(huán)境下車流量檢測算法、以及車流量檢測結(jié)果輸出等幾部分組成。數(shù)字圖像采集部分的核心芯片是TVP5150，它可將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號。DM642運(yùn)行圖像算法對采集進(jìn)來的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 車流量數(shù)字視頻檢測算法

4、白天主要是使用改進(jìn)后的幀差法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測，夜間使用車燈檢測法。按照車道將采集到的公路圖像化分為四部分，每部分對應(yīng)一條車道。在每條車道中開設(shè)一個(gè)虛擬線圈(指圖像中一個(gè)矩形檢測區(qū)域，統(tǒng)稱為虛擬線圈)，當(dāng)有車壓過虛擬線圈時(shí)會(huì)引起虛擬線圈內(nèi)像素值發(fā)生變化。根據(jù)此變化控制I/O口產(chǎn)生每條車道的相應(yīng)脈沖，處理后發(fā)出脈沖給公路交通信號機(jī)，控制交通燈，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)智能交通的目的。同時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)將車流量信息傳到監(jiān)控中心。第8頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺的關(guān)鍵性技術(shù)（1）光照照明技術(shù)（2）光學(xué)鏡頭（3）CCD攝像機(jī)（4）圖像采集卡（5）視覺傳感器第9頁，共32頁，2022

5、年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（1）光照照明技術(shù) 在目前的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，起著非常重要的作用，并不是簡單的照亮物體而已，光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，在物體需要檢測的部分與那些不重要部分之間盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度，同時(shí)還應(yīng)保持足夠的整體亮度，物體位置的變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。 在機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中一般使用透射光和反射光，對于反射光情況應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對位置，物體表面的紋理，物體的幾何形狀等要素。 光源設(shè)備的選擇必須符合所需要的幾何形狀，照明亮度，均勻度，發(fā)光的光譜特性也必須符合實(shí)際的要求，同時(shí)還要考

6、慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。第10頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 其中LED光源憑借其諸多的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代機(jī)器視覺系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。第11頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（2）光學(xué)鏡頭 光學(xué)鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，在機(jī)器視覺系統(tǒng)中非常重要，鏡頭的種類按焦距可分為廣角鏡頭，標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，長焦距鏡頭；按動(dòng)作方式非為手動(dòng)鏡頭，電動(dòng)鏡頭；按安裝方式分為普通安裝鏡頭，隱藏安裝鏡頭，按光圈可分為手動(dòng)光圈，自動(dòng)光圈；按聚焦方式分為手動(dòng)聚焦，電動(dòng)聚焦，自動(dòng)聚焦；按變焦倍可分為2倍變焦，6倍變焦，10倍焦距，20倍焦距等，鏡頭的主要指標(biāo)性能有焦距，光闌系數(shù)，

7、倍率，接口等.第12頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（3）CCD攝像機(jī) 目前CCD攝像機(jī)以小巧，可靠，清晰度等特點(diǎn)在商業(yè)與工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛地使用。CCD攝像機(jī)按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD攝像機(jī)一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機(jī)前移過，才能獲得完整的圖像。它主要用于檢測條狀，筒狀產(chǎn)品。例如布匹，鋼板，紙張等。面陣式攝像機(jī)可以一次獲得整幅圖像的信息。第13頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（4）圖像采集卡 在基于PC機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機(jī)拍照，完成圖像采集與數(shù)字化

8、，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備，他一般具有以下功能模塊。（1）圖像信號的接受與A/D轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)圖像信號的放大與數(shù)字化。有用于彩色或黑白圖像的采集卡，彩色輸入信號可分為復(fù)合信號或RGB分量信號。同時(shí)，不同的采集卡有不同的采集精讀，一般有8Bit和10Bit兩種。（2）攝像機(jī)控制輸入輸出接口，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)攝像機(jī)進(jìn)行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照，定時(shí)拍照等。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（3）總線接口，負(fù)責(zé)通過PC機(jī)內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達(dá)130Mbps，完全能夠勝任高精度圖像的實(shí)時(shí)傳輸，且占用較少的CPU時(shí)間。 有的圖像采集卡同時(shí)還顯示模

9、塊。負(fù)責(zé)高質(zhì)量的圖像實(shí)時(shí)顯示，通訊接口負(fù)責(zé)通訊，一些高檔圖像采集卡還帶有DSP數(shù)字處理模塊，能進(jìn)行高速圖像預(yù)處理，適用于高檔高速應(yīng)用。第15頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（5）視覺傳感器 基于PC機(jī)的機(jī)器視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有模塊化，安裝不方便，可移植性差，特別是與工業(yè)廣泛使用的PLC接口比較麻煩，從軟件和硬件開放兩個(gè)方面來考慮，都需要一種更是和工業(yè)需求的機(jī)器視覺組件。目前國外已經(jīng)開發(fā)出了一種叫做視覺傳感器的模塊化部件。下圖為實(shí)物圖第16頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 這種視覺傳感器繼承了光源，攝像機(jī)，圖像處理器，標(biāo)準(zhǔn)的控制與通訊接口自稱為一個(gè)

10、智能圖像采集與處理單元，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)圖像處理算法，并能使用PC機(jī)，利用專用組態(tài)軟件編制各種算法下載到視覺傳感器的程序存儲(chǔ)器中，視覺傳感器將PC的靈活性，PLC的可靠性，分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，用這樣的視覺傳感器和PLC可以更容易地構(gòu)成機(jī)器視覺系統(tǒng)。第17頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 機(jī)器視覺被稱為自動(dòng)化的眼睛，在國民經(jīng)濟(jì)，科學(xué)研究及國防建設(shè)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，另外，視覺方式能檢測的對象十分廣泛，可以說是對對象不加選擇，人眼觀察不到的范圍，機(jī)器視覺可以觀察，人無法長時(shí)間地觀察對象，機(jī)器視覺則不知疲勞，始終如一地觀測，所以機(jī)器視覺可以廣泛地適用于長時(shí)間惡

11、劣的工作環(huán)境。 機(jī)器視覺的應(yīng)用第18頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四1、工業(yè)上的應(yīng)用：生產(chǎn)線上部件安裝，自動(dòng)焊接，切割加工，大規(guī)模集成電路生產(chǎn)線上自動(dòng)連接引線，對準(zhǔn)芯片和封裝；石油、煤礦等鉆探中數(shù)據(jù)流自動(dòng)監(jiān)測和濾波；在紡織、印染業(yè)進(jìn)行自動(dòng)分色、配色。零件的識別與定位第19頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四2、在各類檢驗(yàn)、監(jiān)視中的應(yīng)用：如檢查印刷底板的裂痕，短路及不合格的連接部，檢查標(biāo)簽文字標(biāo)記，玻璃產(chǎn)品的裂痕和氣泡等。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四產(chǎn)品檢驗(yàn)第21頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分

12、，星期四3、在商業(yè)上的應(yīng)用：自動(dòng)巡視商店或其他重要場所門廊，自動(dòng)跟蹤可疑的人并及時(shí)報(bào)警。4、在遙感方面：自動(dòng)制圖，衛(wèi)星圖像與地形圖對準(zhǔn)，自動(dòng)測繪地圖；國土資源管理，如森林、水面、土壤的管理等，還可以對環(huán)境、火警自動(dòng)檢測。第22頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四第23頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四5、醫(yī)學(xué)方面：對染色體切片，癌細(xì)胞切片，X攝線圖像、超聲波圖像的自動(dòng)檢查，進(jìn)而自動(dòng)診斷等。第24頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四6、軍事方面：自動(dòng)巡視軍事目標(biāo)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，自動(dòng)巡航目標(biāo)和確定距離。 7、殘疾人引路：

13、如為盲人帶路的“帶路機(jī)器狗”。第25頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺技術(shù)的現(xiàn)狀 在國外，機(jī)器視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè)，其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路：各類生產(chǎn)印刷電路板組裝技術(shù)、設(shè)備；單、雙面、多層線路板，覆銅板及所需的材料及輔料；輔助設(shè)施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件；電子封裝技術(shù)與設(shè)備；絲網(wǎng)印刷設(shè)備及絲網(wǎng)周邊材料等。電子生產(chǎn)加工設(shè)備：電子元件制造設(shè)備、半導(dǎo)體及集成電路制造設(shè)備、元器件成型設(shè)備、電子工模具。機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測的各個(gè)方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且其產(chǎn)品在應(yīng)用中占據(jù)著舉足輕重的地位。第26頁，

14、共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四 在國內(nèi)，機(jī)器視覺產(chǎn)品技術(shù)的普及不夠，只是低端方面的應(yīng)用。目前在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開始廣泛出現(xiàn)，國內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和機(jī)器視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極思索和大膽的嘗試，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領(lǐng)域。這些應(yīng)用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等。真正高端的應(yīng)用還很少，因此，以上相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用空間還比較大。當(dāng)然、其他領(lǐng)域如指紋檢測等等領(lǐng)域也有著很好的發(fā)展空間。 第27頁，共32頁，2022年，5月20

15、日，20點(diǎn)55分，星期四機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢（1）技術(shù)方面的趨勢是數(shù)字化、實(shí)時(shí)化、智能化 圖像采集與傳輸?shù)臄?shù)字化是機(jī)器視覺在技術(shù)方面發(fā)展的必然趨勢。更多的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，更寬的圖像數(shù)據(jù)傳輸帶寬，更高的圖像處理速度，以及更先進(jìn)的圖像處理算法將會(huì)推出，將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。這樣的技術(shù)發(fā)展趨勢將使機(jī)器視覺系統(tǒng)向著實(shí)時(shí)性更好和智能程度更高的方向不斷發(fā)展。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（2）基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品 從產(chǎn)品本身看，機(jī)器視覺會(huì)越來越趨于依靠PC技術(shù)。且基于嵌入式的產(chǎn)品將逐漸取代板卡式產(chǎn)品，這是一個(gè)不斷增長的趨勢。主要原因是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速

16、發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，尤其是其具備低功耗技術(shù)的特點(diǎn)得到人們的重視。另外，嵌入式操作系統(tǒng)絕大部分是以C語言為基礎(chǔ)的，使用高級語言的優(yōu)點(diǎn)是可以提高工作效率，縮短開發(fā)周期，更主要的是開發(fā)出的產(chǎn)品可靠性高、可維護(hù)性好、便于不斷完善和升級換代等。第29頁，共32頁，2022年，5月20日，20點(diǎn)55分，星期四（3）價(jià)格持續(xù)下降，市場份額迅速擴(kuò)大 目前，在我國機(jī)器視覺技術(shù)還不太成熟，主要靠進(jìn)口國外整套系統(tǒng)，價(jià)格比較昂貴。隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場競爭的激烈，價(jià)格下降已成必然趨勢，這意味著機(jī)器視覺技術(shù)將逐漸被接受。另外，機(jī)器視覺市場將不斷增大。一方面已經(jīng)采用機(jī)器視覺產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，對機(jī)器視覺產(chǎn)品的的依賴性將更強(qiáng)；另一方面機(jī)器視覺產(chǎn)品將