IR感覺系統(tǒng)精講課件

IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講16.3.2增量式光電編碼器作為速度傳感器可以在模擬方式和數(shù)字方式下使用。1.模擬方式

在這種方式下，必須有一個頻率-電壓(F/V)變換器，用來把編碼器測得的脈沖頻率轉換成與速度成正比的模擬電壓。F/V變換器必須有良好的零輸入、零輸出特性和較小的溫度漂移才能滿足測試要求。6.3.2增量式光電編碼器作為速度傳感器可以在模擬方式和數(shù)字22.數(shù)字方式

利用數(shù)學方式用計算機軟件計算出速度。角速度是轉角對時間的一階導數(shù)，如果能測得單位時間?t內編碼器轉過的角度?θ，則編碼器在該時間內的平均轉速為單位時間取得越小，則所求得的轉速越接近瞬時轉速，然而時間太短，編碼器通過的脈沖數(shù)太少，導致所得到的速度分辨率下降。在實踐中通常用以下方法來解決這一問題（自學）。2.數(shù)字方式利用數(shù)學方式用計算機軟件計算出速度。角速度是轉36.3.3微硅陀螺儀微硅陀螺儀（Micro-silicongyroscope）是一種新型的電子式陀螺儀（角速度傳感器），可以檢測移動平臺繞車軸傾斜的角速度。用微硅陀螺儀和電子傾角傳感器的組合構成姿態(tài)傳感器，來檢測機器人行走過程中的運行姿態(tài)，在步行機器人、平行雙輪電動車等方面得到了廣闊的應用。6.3.3微硅陀螺儀微硅陀螺儀（Micro-silicon4通常只有二值輸出，表明在一規(guī)定距離范圍內是否有物體存在，用于判斷物體的抓取或避障6.4接近覺傳感器電感式電容式光電式霍爾效應式超聲波式氣壓式通常只有二值輸出，表明在一規(guī)定距離范圍內是否有物體存在，用于51.電感式工作原理由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬物體。6.4.1電感式與電容式接近覺傳感器1.電感式工作原理由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金62.電容式工作原理電容式接近開關的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通和關斷。這種接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。2.電容式工作原理電容式接近開關的測量頭通常是構成電容器的一7紅外線光電開關（光電傳感器）屬于光電接近開關，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。6.4.2光電式傳感器紅外線光電開關（光電傳感器）屬于光電接近開關，它是利用被檢測8IR感覺系統(tǒng)精講課件9行程開關產品計數(shù)料位的控制物體的定位Applications行程開關產品計數(shù)料位的控制物體的定位Applications10當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為U=K·I·B/d其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場的磁感應強度，d是薄片的厚度。霍爾開關的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到一定的程度（如B1）時，霍爾開關內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。6.4.4霍爾傳感器當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩11人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20Hz～20kHz范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十kHz～幾十MHz。6.4.5超聲波傳感器人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20Hz～20126.4.6氣壓接近覺傳感器6.4.6氣壓接近覺傳感器136．5觸覺傳感器觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機器人發(fā)展中的技術關鍵之一。6.5.1接觸覺傳感器1.微動開關微動開關的觸點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速，具有使用方便、結構簡單的優(yōu)點。缺點是易產生機械振蕩和觸頭易氧化，僅有0和1兩個信號。在實際應用中，通常以微動開關和相應的機械裝置(探頭、探針等)相結合構成一種觸角傳感器。6．5觸覺傳感器觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時的重要感覺功能142.柔性觸覺傳感器

（1）柔性薄層觸覺傳感器（2）導電橡膠（3）氣壓式觸覺傳感器2.柔性觸覺傳感器（1）柔性薄層觸覺傳感器（2）導電橡膠（153.觸覺傳感器陣列4.仿生皮膚3.觸覺傳感器陣列4.仿生皮膚166.5.2力覺傳感器電阻應變片式6維力和力矩傳感器6.5.2力覺傳感器電阻應變片式6維力和力矩傳感器17軸孔精密裝配作業(yè)插入力與插入深度之間的關系曲線軸孔精密裝配作業(yè)插入力與插入深度之間的關系曲線186.5.3滑覺傳感器

6.5.3滑覺傳感器19.Robotvisionsystem6.6工業(yè)機器人視覺技術.Robotvisionsystem6.6工業(yè)機器人視20所謂機器視覺：就是賦予機器以人類視覺功能，突破人類自身視覺的局限性，把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此逐漸形成了一門新學科，在日常生活的方方面面得到了廣泛的應用。舉例？

機器視覺：是通過光學的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動的裝置。

6.6.1機器視覺技術所謂機器視覺：就是賦予機器以人類視覺功能，突破人類自身視覺的21一般由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡），圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等部分。6.6.2機器視覺系統(tǒng)組成一般由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡）22機器視覺系統(tǒng)采用CCD/CMOS照相機將被攝取目標轉換成圖像信號，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，如：面積、長度、數(shù)量、位置等；根據(jù)預設的容許度和其他條件輸出分析結果。工作原理：圖像的清晰和細膩程度通常用分辨率來衡量，以像素（Pixel）數(shù)量表示。機器視覺系統(tǒng)采用CCD/CMOS照相機將被攝取目標轉換成圖像23照相機是實際上是一個光電轉換裝置，即將圖像傳感器所接收到的光學圖像，轉化為計算機所能處理的電信號。光電轉換器件是構成相機的核心器件。目前，典型的光電轉換器件為真空攝像管、CCD/CMOS圖像傳感器等。

1.視覺傳感器----照相機CCD傳感器：CCD(chargecoupleddevice)是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。照相機是實際上是一個光電轉換裝置，即將圖像傳感器所接收到的光24典型的CCD相機的系統(tǒng)框圖典型的CCD相機的系統(tǒng)框圖25CMOS傳感器：CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）是互補性氧化金屬半導體，將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部象素的編程隨機訪問的優(yōu)點。目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、寬動態(tài)范圍和輸出圖像幾乎無拖影等特點而得到廣泛應用。CMOS傳感器：CMOS（ComplementaryMet262.圖像采集／處理卡圖像采集卡主要完成對模擬視頻信號的數(shù)字化過程。視頻信號首先經低通濾波器濾波，轉換為在時間上連續(xù)的模擬信號；按照應用系統(tǒng)對圖像分辨率的要求，用采樣/保持電路對視頻信號在時間上進行間隔采樣，把視頻信號轉換為離散的模擬信號；然后再由A/D轉換器轉變?yōu)閿?shù)字信號輸出。而圖像采集／處理卡還具有對視頻圖像分析、處理和對相機進行有效控制等功能。

光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質量和至少30%的應用效果。3．光源2.圖像采集／處理卡圖像采集卡主要完成對模擬視頻信號的數(shù)字27（１）實現(xiàn)非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高了系統(tǒng)的可靠性；（２）具有較寬的光譜響應范圍。機器視覺則可以利用專用的光敏元件，可以觀察到人類無法看到的世界，從而擴展了人類的視覺范圍。（３）長時間工作。人類難以長時間地對同一對象進行觀察。機器視覺系統(tǒng)則可以長時間地執(zhí)行觀測、分析與識別任務,并可應用于惡劣的工作環(huán)境。Advantages:（１）實現(xiàn)非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，從281.圖像的增強（ImageEnhancement）

用于調整圖像的對比度，突出圖像中的重要細節(jié)，改善視覺質量。通常采用灰度直方圖修改技術進行圖像增強。

6.6.3圖像處理技術（ImageProcessingTechnology

）2.圖像的平滑

（ImageSmoothing）

圖像的平滑處理技術即圖像的去噪聲處理，主要是為了去除實際成像過程中，因成像設備和環(huán)境所造成的圖像失真，提取有用信息。實際獲得的圖像在形成、傳輸、接收和處理的過程中，不可避免地存在著外部干擾和內部干擾等，均會使圖像變質。因此，去除噪聲，恢復原始圖像是圖像處理中的一個重要內容。1.圖像的增強（ImageEnhancement）

用29圖像平滑

的方法：

鄰域平均法中值濾波法空間域低通濾波。。。。等算法圖像平滑

的方法：鄰域平均法303.邊緣銳化

（

ImageSharpening）

主要是加強圖像中的輪廓邊緣和細節(jié)，形成完整的物體邊界，達到將物體從圖像中分離出來或將表示同一物體表面的區(qū)域檢測出來的目的。銳化的作用是要使灰度反差增強，因為邊緣和輪廓都位于灰度突變的地方，所以銳化算法的實現(xiàn)是基于微分作用。4.圖像的分割（ImageDivision）

是將圖像分成若干部分，每一部分對應于某一物體表面，在進行分割時，每一部分的灰度或紋理符合某一種均勻測度度量。分類的依據(jù)是像素的灰度值、顏色、頻譜特性、空間特性或紋理特性等。通常有兩種方法：①閾值處理法;②邊緣檢測法。

3.邊緣銳化

（

ImageSharpening）

主要315.圖像的識別（ImageRecognition）

圖像的識別過程實際上可以看作是一個標記過程，即利用識別算法來辨別景物中已分割好的各個物體，給這些物體賦予特定的標記，它是機器視覺系統(tǒng)必須完成的一個任務。按照圖像識別從易到難，可分為三類問題：

①圖像中的像素表達了某一物體的某種特定信息。如遙感圖像中的某一像素代表地面某一位置地物的一定光譜波段的反射特性，通過它即可判別出該地物的種類。②待識別物是有形的整體，二維圖像信息已經足夠識別該物體，如文字識別、某些具有穩(wěn)定可視表面的三維體識別等。③由輸入的二維圖、要素圖等，得出被測物體的三維表示。如何將隱含的三維信息提取出來的問題，是當今研究的熱點。5.圖像的識別（ImageRecognition）

圖326.圖像編碼與壓縮（ImageCodingandCompression）數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是相當龐大的，一幅512*512個像素的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量為256K字節(jié)，若假設每秒傳輸25幀圖像，則傳輸?shù)男诺浪俾蕿?2.4M比特/秒。高信道速率意味著高投資，也意味著普及難度的增加。因此，傳輸過程中，對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮顯得非常重要。數(shù)據(jù)的壓縮主要通過圖像數(shù)據(jù)的編碼和變換壓縮完成。6.圖像編碼與壓縮（ImageCodingandCo33Applications:IC成品檢驗Applications:IC成品檢驗34IR感覺系統(tǒng)精講課件35軸承滾動體及鉚釘缺失在線檢測儀

-------河南科技大學利用攝像機對裝配后的軸承進行攝像，并對捕捉到的軸承圖像進行處理，通過對圖像特征的分析判斷，從而實現(xiàn)軸承滾動體及鉚釘缺失的檢測。機器視覺系統(tǒng)0.8秒/件的檢測效率高于生產線節(jié)拍2～3秒/件。第十屆全國“挑戰(zhàn)杯”作品軸承滾動體及鉚釘缺失在線檢測儀利用攝像機對裝配后的軸承進行攝36基于機器視覺的滾針軸承漏針檢測系統(tǒng)

---------湖北工業(yè)大學采用圖象處理技術對軸承的圖片進行處理,來識別是否漏針,然后通過專業(yè)的控制卡實現(xiàn)正品和次品的自動分選,用于軸承漏針的在線自動檢測,提高軸承的檢測精度和檢測效率。

拍照、分析時剔除動作完成時間＜4秒。

正品檢率100%，廢品檢率〉90%。

原理：捕捉到的圖像與示教圖像進行比較基于機器視覺的滾針軸承漏針檢測系統(tǒng)采用圖象處理技術對軸承的圖37是機器視覺和機器人控制的有機結合，是一個非線性、強耦合的復雜系統(tǒng)，其內容涉及圖象處理、機器人運動學和動力學、控制理論等研究領域。6.6.4工業(yè)機器人視覺伺服系統(tǒng)（VisualServoSystem）機器人視覺伺服是利用視覺傳感器得到的圖像作為反饋信息，構造機器人的位置閉環(huán)反饋。是機器視覺和機器人控制的有機結合，是一個非線性、強耦合的復雜38分類（1）按照攝像機的數(shù)目的不同，可分為單目視覺伺服系統(tǒng)和雙目視覺伺服系統(tǒng)。（2）按照攝像機放置位置的不同，可以分為手眼系統(tǒng)（EyeinHand）和固定攝像機系統(tǒng)（EyetoHand）。在理論上手眼系統(tǒng)能夠實現(xiàn)精確控制，但對系統(tǒng)的標定誤差和機器人運動誤差敏感；固定攝像機系統(tǒng)對機器人的運動學誤差不敏感，但同等情況下得到的目標位姿信息的精度不如手眼系統(tǒng)，所以控制精度相對也低。（3）按照機器人的空間位置或圖像特征，視覺伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)。分類（1）按照攝像機的數(shù)目的不同，可分為單目視覺伺服系統(tǒng)和39基于位置控制的動態(tài)LookandMove系統(tǒng)采用機器人關節(jié)反饋內環(huán)穩(wěn)定機械臂，由圖像處理模塊計算出攝像機應具有的速度或位置增量，反饋至機器人關節(jié)控制器?；谖恢每刂频膭討B(tài)LookandMove系統(tǒng)采用機器人40基于圖像控制的DirectVisualServo視覺伺服系統(tǒng)由圖像處理模塊直接計算機器人手臂各關節(jié)運動的控制量基于圖像控制的DirectVisualServo視覺伺服41應用舉例：視覺弧焊機器人利用機器人的視覺控制，不需要預先對工業(yè)機器人的運動軌跡進行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時間，并提高生產效率和加工質量?；谖恢玫幕『笝C器人視覺控制框圖應用舉例：視覺弧焊機器人利用機器人的視覺控制，不需要預先對工42一般情況下V形焊縫的跟蹤一般情況下V形焊縫的跟蹤43作業(yè)：

某臺機器人上一個旋轉關節(jié)的轉動范圍為90度，為了向控制器提供角度位置信息，需要在此關節(jié)上安裝傳感器，試列舉可能滿足要求的檢測元件。若采用二進制碼盤，要獲得1度的分辨率，問需要多少位二進制碼？謝謝觀看！作業(yè)：謝謝觀看！44匯報結束謝謝大家!請各位批評指正匯報結束謝謝大家!請各位批評指正45IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講IR感覺系統(tǒng)精講466.3.2增量式光電編碼器作為速度傳感器可以在模擬方式和數(shù)字方式下使用。1.模擬方式

在這種方式下，必須有一個頻率-電壓(F/V)變換器，用來把編碼器測得的脈沖頻率轉換成與速度成正比的模擬電壓。F/V變換器必須有良好的零輸入、零輸出特性和較小的溫度漂移才能滿足測試要求。6.3.2增量式光電編碼器作為速度傳感器可以在模擬方式和數(shù)字472.數(shù)字方式

利用數(shù)學方式用計算機軟件計算出速度。角速度是轉角對時間的一階導數(shù)，如果能測得單位時間?t內編碼器轉過的角度?θ，則編碼器在該時間內的平均轉速為單位時間取得越小，則所求得的轉速越接近瞬時轉速，然而時間太短，編碼器通過的脈沖數(shù)太少，導致所得到的速度分辨率下降。在實踐中通常用以下方法來解決這一問題（自學）。2.數(shù)字方式利用數(shù)學方式用計算機軟件計算出速度。角速度是轉486.3.3微硅陀螺儀微硅陀螺儀（Micro-silicongyroscope）是一種新型的電子式陀螺儀（角速度傳感器），可以檢測移動平臺繞車軸傾斜的角速度。用微硅陀螺儀和電子傾角傳感器的組合構成姿態(tài)傳感器，來檢測機器人行走過程中的運行姿態(tài)，在步行機器人、平行雙輪電動車等方面得到了廣闊的應用。6.3.3微硅陀螺儀微硅陀螺儀（Micro-silicon49通常只有二值輸出，表明在一規(guī)定距離范圍內是否有物體存在，用于判斷物體的抓取或避障6.4接近覺傳感器電感式電容式光電式霍爾效應式超聲波式氣壓式通常只有二值輸出，表明在一規(guī)定距離范圍內是否有物體存在，用于501.電感式工作原理由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是金屬物體。6.4.1電感式與電容式接近覺傳感器1.電感式工作原理由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金512.電容式工作原理電容式接近開關的測量頭通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通和關斷。這種接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。2.電容式工作原理電容式接近開關的測量頭通常是構成電容器的一52紅外線光電開關（光電傳感器）屬于光電接近開關，它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。6.4.2光電式傳感器紅外線光電開關（光電傳感器）屬于光電接近開關，它是利用被檢測53IR感覺系統(tǒng)精講課件54行程開關產品計數(shù)料位的控制物體的定位Applications行程開關產品計數(shù)料位的控制物體的定位Applications55當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為U=K·I·B/d其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場的磁感應強度，d是薄片的厚度?；魻栭_關的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到一定的程度（如B1）時，霍爾開關內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。6.4.4霍爾傳感器當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩56人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20Hz～20kHz范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十kHz～幾十MHz。6.4.5超聲波傳感器人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20Hz～20576.4.6氣壓接近覺傳感器6.4.6氣壓接近覺傳感器586．5觸覺傳感器觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機器人發(fā)展中的技術關鍵之一。6.5.1接觸覺傳感器1.微動開關微動開關的觸點間距小、動作行程短、按動力小、通斷迅速，具有使用方便、結構簡單的優(yōu)點。缺點是易產生機械振蕩和觸頭易氧化，僅有0和1兩個信號。在實際應用中，通常以微動開關和相應的機械裝置(探頭、探針等)相結合構成一種觸角傳感器。6．5觸覺傳感器觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時的重要感覺功能592.柔性觸覺傳感器

（1）柔性薄層觸覺傳感器（2）導電橡膠（3）氣壓式觸覺傳感器2.柔性觸覺傳感器（1）柔性薄層觸覺傳感器（2）導電橡膠（603.觸覺傳感器陣列4.仿生皮膚3.觸覺傳感器陣列4.仿生皮膚616.5.2力覺傳感器電阻應變片式6維力和力矩傳感器6.5.2力覺傳感器電阻應變片式6維力和力矩傳感器62軸孔精密裝配作業(yè)插入力與插入深度之間的關系曲線軸孔精密裝配作業(yè)插入力與插入深度之間的關系曲線636.5.3滑覺傳感器

6.5.3滑覺傳感器64.Robotvisionsystem6.6工業(yè)機器人視覺技術.Robotvisionsystem6.6工業(yè)機器人視65所謂機器視覺：就是賦予機器以人類視覺功能，突破人類自身視覺的局限性，把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此逐漸形成了一門新學科，在日常生活的方方面面得到了廣泛的應用。舉例？

機器視覺：是通過光學的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動的裝置。

6.6.1機器視覺技術所謂機器視覺：就是賦予機器以人類視覺功能，突破人類自身視覺的66一般由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡），圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等部分。6.6.2機器視覺系統(tǒng)組成一般由光源，鏡頭，CCD照相機，圖像處理單元（或圖像捕獲卡）67機器視覺系統(tǒng)采用CCD/CMOS照相機將被攝取目標轉換成圖像信號，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，如：面積、長度、數(shù)量、位置等；根據(jù)預設的容許度和其他條件輸出分析結果。工作原理：圖像的清晰和細膩程度通常用分辨率來衡量，以像素（Pixel）數(shù)量表示。機器視覺系統(tǒng)采用CCD/CMOS照相機將被攝取目標轉換成圖像68照相機是實際上是一個光電轉換裝置，即將圖像傳感器所接收到的光學圖像，轉化為計算機所能處理的電信號。光電轉換器件是構成相機的核心器件。目前，典型的光電轉換器件為真空攝像管、CCD/CMOS圖像傳感器等。

1.視覺傳感器----照相機CCD傳感器：CCD(chargecoupleddevice)是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。照相機是實際上是一個光電轉換裝置，即將圖像傳感器所接收到的光69典型的CCD相機的系統(tǒng)框圖典型的CCD相機的系統(tǒng)框圖70CMOS傳感器：CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）是互補性氧化金屬半導體，將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部象素的編程隨機訪問的優(yōu)點。目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、寬動態(tài)范圍和輸出圖像幾乎無拖影等特點而得到廣泛應用。CMOS傳感器：CMOS（ComplementaryMet712.圖像采集／處理卡圖像采集卡主要完成對模擬視頻信號的數(shù)字化過程。視頻信號首先經低通濾波器濾波，轉換為在時間上連續(xù)的模擬信號；按照應用系統(tǒng)對圖像分辨率的要求，用采樣/保持電路對視頻信號在時間上進行間隔采樣，把視頻信號轉換為離散的模擬信號；然后再由A/D轉換器轉變?yōu)閿?shù)字信號輸出。而圖像采集／處理卡還具有對視頻圖像分析、處理和對相機進行有效控制等功能。

光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質量和至少30%的應用效果。3．光源2.圖像采集／處理卡圖像采集卡主要完成對模擬視頻信號的數(shù)字72（１）實現(xiàn)非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，從而提高了系統(tǒng)的可靠性；（２）具有較寬的光譜響應范圍。機器視覺則可以利用專用的光敏元件，可以觀察到人類無法看到的世界，從而擴展了人類的視覺范圍。（３）長時間工作。人類難以長時間地對同一對象進行觀察。機器視覺系統(tǒng)則可以長時間地執(zhí)行觀測、分析與識別任務,并可應用于惡劣的工作環(huán)境。Advantages:（１）實現(xiàn)非接觸測量。對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，從731.圖像的增強（ImageEnhancement）

用于調整圖像的對比度，突出圖像中的重要細節(jié)，改善視覺質量。通常采用灰度直方圖修改技術進行圖像增強。

6.6.3圖像處理技術（ImageProcessingTechnology

）2.圖像的平滑

（ImageSmoothing）

圖像的平滑處理技術即圖像的去噪聲處理，主要是為了去除實際成像過程中，因成像設備和環(huán)境所造成的圖像失真，提取有用信息。實際獲得的圖像在形成、傳輸、接收和處理的過程中，不可避免地存在著外部干擾和內部干擾等，均會使圖像變質。因此，去除噪聲，恢復原始圖像是圖像處理中的一個重要內容。1.圖像的增強（ImageEnhancement）

用74圖像平滑

的方法：

鄰域平均法中值濾波法空間域低通濾波。。。。等算法圖像平滑

的方法：鄰域平均法753.邊緣銳化

（

ImageSharpening）

主要是加強圖像中的輪廓邊緣和細節(jié)，形成完整的物體邊界，達到將物體從圖像中分離出來或將表示同一物體表面的區(qū)域檢測出來的目的。銳化的作用是要使灰度反差增強，因為邊緣和輪廓都位于灰度突變的地方，所以銳化算法的實現(xiàn)是基于微分作用。4.圖像的分割（ImageDivision）

是將圖像分成若干部分，每一部分對應于某一物體表面，在進行分割時，每一部分的灰度或紋理符合某一種均勻測度度量。分類的依據(jù)是像素的灰度值、顏色、頻譜特性、空間特性或紋理特性等。通常有兩種方法：①閾值處理法;②邊緣檢測法。

3.邊緣銳化

（

ImageSharpening）

主要765.圖像的識別（ImageRecognition）

圖像的識別過程實際上可以看作是一個標記過程，即利用識別算法來辨別景物中已分割好的各個物體，給這些物體賦予特定的標記，它是機器視覺系統(tǒng)必須完成的一個任務。按照圖像識別從易到難，可分為三類問題：

①圖像中的像素表達了某一物體的某種特定信息。如遙感圖像中的某一像素代表地面某一位置地物的一定光譜波段的反射特性，通過它即可判別出該地物的種類。②待識別物是有形的整體，二維圖像信息已經足夠識別該物體，如文字識別、某些具有穩(wěn)定可視表面的三維體識別等。③由輸入的二維圖、要素圖等，得出被測物體的三維表示。如何將隱含的三維信息提取出來的問題，是當今研究的熱點。5.圖像的識別（ImageRecognition）

圖776.圖像編碼與壓縮（ImageCodingandCompression）數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是相當龐大的，一幅512*512個像素的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量為256K字節(jié)，若假設每秒傳輸25幀圖像，則傳輸?shù)男诺浪俾蕿?2.4M比特/秒。高信道速率意味著高投資，也意味著普及難度的增加。因此，傳輸過程中，對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮顯得非常重要。數(shù)據(jù)的壓縮主要通過圖像數(shù)據(jù)的編碼和變換壓縮完成。6.圖像編碼與壓縮（ImageCodingandCo78Applications:IC成品檢驗Applications:IC成品檢驗79IR感覺系統(tǒng)精講課件80軸承滾動體及鉚釘缺失在線檢測儀

-------河南科技大學利用攝像機對裝配后的軸承進行攝像，并對捕捉到的軸承圖像進行處理，通過對圖像特征的分析判斷，從而實現(xiàn)軸承滾動體及鉚釘缺失的檢測。機器視覺系統(tǒng)0.8秒/件的檢測效率高于生產線