視覺檢測系統(tǒng)

視覺檢測系統(tǒng)及其應(yīng)用視覺檢測技術(shù)是建立在計算機視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興檢測技術(shù)，基于視覺傳感器的檢測系統(tǒng)具有抗干擾能力強，效率高，組成簡單等優(yōu)點，非常適合生產(chǎn)現(xiàn)場的在線，非接觸檢測及監(jiān)控。、基本原理機器視覺檢測系統(tǒng)通常采用CCD(ChargeCoupledDevice)照相機攝取檢測圖像，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再采用先進的計算機硬件與軟件技術(shù)對圖像數(shù)字信號進行處理，從而得到所需要的各種目標圖像特征值，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)模式識別，坐標計算，灰度分布圖等多種功能。機器視覺檢測系統(tǒng)能夠根據(jù)其檢測結(jié)果快速地顯示圖象，輸出數(shù)據(jù)，發(fā)布指令，執(zhí)行機構(gòu)可以配合其完成位置調(diào)整，好壞篩選，數(shù)據(jù)統(tǒng)計等自動化流程。與人工視覺相比較，機器視覺的最大優(yōu)點是精確，快速，可靠，以及信息數(shù)字化。機器視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理、輸出顯示。圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機等，其中關(guān)鍵部件CCD是由分布于其上的各個像元的光敏二極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成，通過順序輸出每個二極管的電壓脈沖，實現(xiàn)將圖像光信號轉(zhuǎn)換成電信號的目的。輸出的電壓脈沖序列可以直接以RS-170制式輸入標準電視顯示器，或者輸入計算機的內(nèi)存，進行數(shù)值化處理。CCD是現(xiàn)在最常用的機器視覺傳感器。圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)。輸出設(shè)備與過程相連，包括監(jiān)視界面，過程控制器和報警裝置等。攝像數(shù)據(jù)通過計算機對標準和故障圖像的分析和比較，若發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品，則通過NG信號告警，并由PLC自動將其排除出生產(chǎn)線。機器視覺檢測的結(jié)果可以作為計算機輔助質(zhì)量CAQ(ComputerAidedQuality)系統(tǒng)的信息來源，也可以和其它控制系統(tǒng)集成。、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成計算機4典型視覺系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)的一般構(gòu)成計算機4工作原理：光一敏感元件一電(光電元件)光源「鏡*二羸疏」Li鏡頭—攝像機1i慕二反碰I._!'輸由!電纜Ii1—圖像存儲體一計算機Ii控制II!視覺系統(tǒng)流程圖圖像采集部分、圖像處理部分、通信和I/O部分以及輸出和執(zhí)行機構(gòu)圖像采集系統(tǒng)：可視化圖像或特征T數(shù)據(jù)由光源、鏡頭、攝像機、圖像采集卡等構(gòu)成單目視覺：一個攝像組件（鏡頭+攝像機）多目視覺：多個攝像組件（鏡頭+攝像機）圖像質(zhì)量好T圖像處理簡單、結(jié)果理想圖像質(zhì)量差T圖象處理麻煩、結(jié)果不理想三、圖像采集系統(tǒng)1、光源（1）光源的作用：使視場具有足夠照度----整體亮度、突出特征量滿足一定的投影關(guān)系----位置變化、成像質(zhì)量滿足一定的濾光要求----區(qū)別、對比度（2）光源的種類：自然光源人工光源：a.按發(fā)光機理：熒光燈、鹵素燈、氣體放電燈、發(fā)光二極管（LED）、激光二極管LD2、光學(xué)系統(tǒng)組成：成像物鏡+光電器件3、CCD攝像機攝像機的主要參數(shù)：（1）CCD分辨率：是CCD的主要性能指標，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細節(jié)的表現(xiàn)越好。（2）像素---CCD每一個元素，像素越多，圖像越清晰44萬（768*576）、100萬（1024*1024）200萬（1600*1200）、600萬（2832*2128）（3）電視線---簡稱線（TVLINES），彩色攝像頭一般330~500線，黑白可以達到600線。電視線與CCD和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1MHz的頻帶寬度相當于清晰度為80線。頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對越大。（4）灰度級---灰度分辨率、色彩分辨率，1/2n位數(shù)：8位（bit）、10位、11位、12位、位數(shù)越多，圖像越清晰。（5）最低照度：也稱靈敏度，是CCD對環(huán)境光線的敏感程度（最暗光線）。單位---勒克斯，LUX，數(shù)值越小，需要的光線越少，越靈敏。（6）信噪比：典型值為46分貝，如果為50分貝，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量較好；如果能達到60分貝，就不會出現(xiàn)噪聲。（7）光譜：感光范圍一可見光、紅外、超聲波等（8）電源：交流220伏、24伏；直流12伏和9伏。4、圖像存儲體（1）圖像存儲體的作用：接收來自攝像機的圖像信號：模擬攝像機---標準電視信號數(shù)字攝像機---數(shù)字信號存儲圖像數(shù)據(jù)：容量大、速度高、存取方便圖像處理：簡單預(yù)處理---濾波、二值化圖像疊加---直線、圓、數(shù)字、符號圖像輸出：輸出到監(jiān)視器---監(jiān)視、觀察輸出到計算機---圖像處理、模式識別（2）圖像存儲體的種類：外置式：獨立單元、單獨供電、功能全面、容易構(gòu)成視覺系統(tǒng)視覺傳感器—光源、攝像頭、圖像處理器、控制與通訊接口圖像卡式：插入計算機擴展槽內(nèi)---使用方便、速度快、成本低傳輸式：數(shù)字攝像機---計算機接口/網(wǎng)絡(luò)傳輸（串行、并行、USB）四、信號處理系統(tǒng)1.信號處理電路1）信號放大-一運算放大電路〈運算放大器）電壓（mV/jiV）；電流（jiA/mA）2）噪聲抑制一-信號淹沒在噪聲中；相敏檢波二同步整流電路模擬德波二低通（LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）■全通（APF）濾波器3）電壓/電流（WA）轉(zhuǎn)換一一一一需要電流輸出時：4）模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換一一一一需要輸出數(shù)字信號時圖像處理技術(shù)預(yù)處理+提取、識別、計算成像一干擾等一圖像降質(zhì)一圖像預(yù)處理目的：灰度校正---突出特征---圖像增強（銳化）濾波降噪---去除噪聲---圖像濾波（平滑化）五、應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等1、工業(yè)檢測（1）零件的識別與定位■自動連接引線、對準芯片和封裝；■自動安裝部件，自動焊接或自動切割加工、自動澆注系統(tǒng)等。例：雙目立體視覺檢測系統(tǒng)（2）零件尺寸的在線測量鋼板厚度的在線測量（3）零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測例：木料檢測：缺陷、體積（4）產(chǎn)品分類、分組蘋果分級、分色、配色（5）產(chǎn)品標識、編碼識別商品條碼、印鑒、標簽2、機器人導(dǎo)航“手-眼”定位：兩個攝像機---兩幅平面圖像---三維場景信息用于：目標識別、道路識別、障礙物判斷、主動導(dǎo)航、自動視覺導(dǎo)航

無人駕駛汽車、無人駕駛飛機、無人戰(zhàn)車、探測機器人實例：美國Sojourner系列和Rocky系列火星探測移動機器人3、生物醫(yī)學(xué)圖像分析（1）醫(yī)學(xué)臨床診斷：X射線、B超、CT、核磁共振（MRI）（2）生物圖像分析：形狀、組織切片、染色體配對、細菌、病毒、病原體外形尺寸檢測、顏色識別、表面損傷檢測以及組織分析例：水果分類；發(fā)芽土豆；雜草識別4、遙感圖像分析：衛(wèi)星遙感圖像---氣象衛(wèi)星（紅外成象---云圖---氣象狀況）資源衛(wèi)星（多光譜成象----地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害）海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達成象---海洋、海浪、海灘）航空攝影圖像---（多目成象---大地測量、測繪）5、監(jiān)控、安防、交通管理：交通---車輛識別、牌照識別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測安全---指紋判別與匹配、面孔與眼底識別、安全檢查（飛機、