機(jī)器視覺與視覺檢測知識點歸納

一總介

使用機(jī)器視覺系統(tǒng)五個主要原因：

1.精確性（無人眼限制）

2.重復(fù)性（相同方法檢測無疲憊）

3.速度（更快檢測）

4.客觀性（無情緒主觀性）

5.成本（一臺機(jī)器可承擔(dān)好幾人工作）

機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成：

光學(xué)：1.相機(jī)與鏡頭;2。光源；

過渡：3。傳感器（判斷被測對象位置及狀態(tài)）4圖像采集卡（把相機(jī)圖像傳到電腦主

機(jī)）；

電學(xué)（計算機(jī)）：5。PC平臺；6.視覺處理軟件；7?？刂茊卧?。

機(jī)器視覺系統(tǒng)一般工作過程：1.圖像采集;2.圖像處理；3.特征提?。?。判決和控制.

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點：1。非接觸測量；2.具有較寬的光譜響應(yīng)范圍；3。連續(xù)性4成本

較低；機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成;。精度高；。靈活性.

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機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域兩大類:科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用

科學(xué)研究主要對運(yùn)動和變化的規(guī)律作分析；

工業(yè)方面主要是在線檢測產(chǎn)品，機(jī)器視覺所能提供的標(biāo)準(zhǔn)檢測功能主要有：有/無判斷、

面積檢測、方向檢測、角度測量、尺寸測量、位置檢測、數(shù)量檢測、圖形匹配、條形碼

識別、字符識別、顏色識別等。

二機(jī)器視覺系統(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)采集傳輸圖逑電速率.

曝光方式和快門速度；。（*一）—*）0?

像素深度：每一個像素數(shù)據(jù)的位數(shù)。

固定圖像噪聲：不隨像素點的空間坐標(biāo)改變的噪聲。

動態(tài)范圍等

CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)的區(qū)別：

1.設(shè)計：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，CCD靈敏度高;CMOS由于感光開口小，靈敏度低。

3.成本:CCD線路品質(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.噪點比：CCD信號單一放大，噪點低；CMOS百萬放大（每個像素都有各自的放

大器），噪點高.

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，其大小決定視角大小

（焦距小視角大觀察范圍大，焦距大視角小觀察范圍?。?

光圈/相對孔徑：光圈即通光量，大小為f/D,相對孔徑是光圈的值的倒數(shù)。

視野范圍：衡量鏡頭成像范圍，是相機(jī)實際拍到區(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內(nèi)，其影像仍然清晰的范圍，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)焦距長短,定焦分為魚眼、短焦標(biāo)準(zhǔn)、

長焦。焦距的長短劃分以像角的大小為主要劃分依據(jù)。

鏡頭的選擇：機(jī)器視覺應(yīng)該考慮的四個主要因素：

1.波長、變焦與否

確定鏡頭的工作波長及是否需要變焦.

2.特殊要求優(yōu)先考慮

是否有測量功能，是否需要使用遠(yuǎn)心苗頭—成像的景深是否很大等。

3.工作距離、焦距。（*一）I）。？

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)是可見光波段，定焦鏡頭；

用于工業(yè)檢測，其中帶有測量功能所以要求畸變較??；

工作距離和焦距要滿足一定關(guān)系；

選擇鏡頭像面應(yīng)該不小于CCD尺寸，即至少2/3in；

鏡頭的接口要求是CD,能配合相機(jī)使用.

圖像采集卡：

概述：

將攝像機(jī)的圖像視頻信號以幀為單位,送到計算機(jī)的內(nèi)存和VGA幀存。一般連接在臺式機(jī)的

PCI擴(kuò)展槽上。

基本原理與技術(shù)參數(shù)：

圖像采集卡基本結(jié)構(gòu)大致相同,其基本組成模塊各個部分主要構(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轉(zhuǎn)換為計

算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。

時序及采集控制模塊：包括圖像采集卡中整個時序、同步、采集控制電路。

圖像處理模塊：對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理。（實時轉(zhuǎn)換數(shù)字信號為數(shù)據(jù)圖像等，盡

管可由主機(jī)來完成，但用圖像采集卡硬件可獲

得更高的處理速度）。

PCI總線接口及控制模塊：完成對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的蹩電

相機(jī)控制模塊：提供相機(jī)的設(shè)置及其控制信號。（*—）—*）o?

數(shù)字輸入、輸出模塊:用于控制和響應(yīng)外部信號。

分類：

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陣圖像

采集卡。

按用途劃分：可分為廣播級（分辨率高，支持高清和標(biāo)準(zhǔn)，但所需

硬盤空間大），專業(yè)級（性能比廣播級稍低

分辨率相同，但壓縮比稍大一些），民用級（動態(tài)

分辨率一般較低）。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理，選擇機(jī)器視覺光源時應(yīng)該考慮的主要特性

1.亮度：最佳選擇是最亮的那個。

2.光源均勻性：不均勻的光會造成不均勻的反射。

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.

4.壽命特性:為使圖像處理保持一致的精確，視覺系統(tǒng)必須保證長時間獲

得穩(wěn)定一致的圖像（光源一般需要持續(xù)使用）.

5.對比度：對比度對機(jī)器視覺來說非常重要。機(jī)器視覺應(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)

生最大的對比度,從而易于特征的區(qū)分。

光源的選型：

lo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,適合曲面問題檢測；背光照射，圖像效

果為黑白分明的被測物輪廓，常用于尺寸測量;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)烈的平面物體

檢測.

2.選擇光源的顏色:使用與被測物同色系的光會使圖像變亮（如紅紅）;使用與被測

物相反色系的光會使圖像變暗（如紅藍(lán)）；波長越長，穿透

能力越強(qiáng)；波長越短，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（透光性君；紫外擴(kuò)散能力強(qiáng),

對表面細(xì)微特征敏感，可進(jìn)行食用油瓶上的文字檢測（對比

不明顯）。

30選擇光源的形狀和尺寸：通常情況下選與被測物體形狀相同的光源。尺寸

選擇，要求保障整個視野內(nèi)光線均勻，略大于視野為

佳.

40選擇是否使用漫射光源：如被測物體表面反光，最好用漫反射光源.

三機(jī)器視覺成像技術(shù)

光源的作用，就是獲得對比鮮明的圖像具體有：

lo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。

30提高信噪比，利于圖像處理。

4.減少因材質(zhì)、照射角度對成像的影響。

適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)計，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)點最佳照明方法和光源的選擇往往需要大量的試驗。

光源的種類：1.自然光源：即太陽光源.

2o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)點發(fā)光效能高，光線較分散,廣泛用于較柔和的照

明。

2.鹵素?zé)?金屬鹵素?zé)糇畲髢?yōu)點是發(fā)光效能高，其不能立即點亮。

又名藝壁，適合對環(huán)境溫度比較敏感的場合.

0(*一廠*)o?

3。氣體放電光源o(*—)—*)o?

4。發(fā)光二極管：簡稱LED,與傳統(tǒng)光源相比優(yōu)點：壽命長、啟動時間

短、結(jié)構(gòu)牢固、發(fā)光效能高、能耗小、模型簡單、發(fā)

光的方向性很強(qiáng)。

50激光光源。(*一)—*)o?

選擇光源應(yīng)考慮的系統(tǒng)特性：lo對比度(非常重要；2。亮度；3。魯棒性；4.光源可預(yù)測；

50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)生最大的對比度、亮度足夠，且對部件的位置變化不敏感。

機(jī)器視覺關(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)狀或點狀照明。

2.背光照明：產(chǎn)生很強(qiáng)對比度，常用于檢測輪廓。

3.同軸照明：對于實現(xiàn)醫(yī)平絲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：相對于物體表面提供低角度照明；

6.結(jié)構(gòu)光:可測量相機(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：只含有一個任意波段的圖像顯示

四機(jī)器視覺核心算法

圖像預(yù)處理：圖像預(yù)處理主要目的是消除圖中無關(guān)的信息，恢復(fù)有用的真實信

息，增強(qiáng)有關(guān)信息的可檢測性和最大限度地簡化數(shù)據(jù)。

預(yù)處理過程一般有數(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，因此在對圖像進(jìn)行邊緣檢測、圖像分割等操作前，一般都

需要對原始數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理（改善視覺效果和突出特彳出，圖

像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理技術(shù)中最基本的內(nèi)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.建立一個掩模；2.在待處理的圖像中逐點移動掩模;3.在每一點（X,

y）處作相應(yīng)的運(yùn)算