機(jī)器視覺基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件

1、,機(jī)器視覺基礎(chǔ)培訓(xùn),1,一、機(jī)器視覺的基本概念,2,一、機(jī)器視覺相關(guān)概念,機(jī)器視覺的通俗定義： 機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。 機(jī)器視覺的工作原理： 相機(jī)將被檢測目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給圖像處理系統(tǒng)，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，實(shí)現(xiàn)自動識別功能。,3,一、機(jī)器視覺相關(guān)概念,機(jī)器視覺系統(tǒng)的定義： 機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過圖像采集單元（相機(jī)），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)

2、判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。 主要適用環(huán)境： 1、高速、高精； 2、超視、微距； 3、客觀、無疲勞； 4、環(huán)境限制等。,4,二、機(jī)器視覺系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科,涉及相關(guān)學(xué)科有： 計(jì)算機(jī)視覺 機(jī)械設(shè)計(jì) 照明工程 光學(xué)設(shè)計(jì) 自動控制 圖像處理 嵌入式電子,5,三、機(jī)器視覺系統(tǒng)基本構(gòu)成,典型系統(tǒng)由以下組成： 待測目標(biāo) 光源 鏡頭 相機(jī) 圖像采集卡 圖像處理軟件 輸入輸出板卡 工業(yè)電腦,6,三、機(jī)器視覺系統(tǒng)基本構(gòu)成,典型系統(tǒng)由以下組成： 待測目標(biāo) 光源 鏡頭 相機(jī) 圖像采集卡 圖像處理軟件 輸入輸出板卡 工業(yè)電腦,7,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,8,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,測量：長度測量,9,四、機(jī)器視覺系

3、統(tǒng)應(yīng)用分類,測量：角度測量,10,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,測量：圓弧及半徑測量,11,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,檢測：有無檢測,(郵包),12,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,檢測：殘次品檢測,13,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,檢測：數(shù)字統(tǒng)計(jì),14,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,檢測：瑕疵檢測,15,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,定位：內(nèi)部定位,16,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,定位：坐標(biāo)輸出定位,17,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,識別：讀碼,18,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,識別：OCR/OCV,19,四、機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用分類,識別：顏色識別,20,二、機(jī)器視覺軟硬件知識,21,五、機(jī)器視覺系統(tǒng)軟硬件,22,六

4、、軟硬件知識-光源篇,機(jī)器視覺系統(tǒng)工作的基本程序： 取像 = 分析 = 結(jié)果輸出 光源 為確保視覺系統(tǒng)正常取像獲得足夠光信息和穩(wěn)定圖像而提供的照明裝置 光源是一個(gè)視覺應(yīng)用開始工作的第一步。,23,六、軟硬件知識-光源篇,光源的目的 -照亮目標(biāo)，提高目標(biāo)亮度 -形成最有利于圖像處理的成像效果 -克服環(huán)境光干擾，保證圖像的穩(wěn)定性 光源的重要性 合適的光源可以大大降低圖像處理難度，提高系統(tǒng)檢測精度、運(yùn)行速度及工作效率。,24,六、軟硬件知識-光源篇,光源分類,螢光燈 鹵素?zé)?光纖導(dǎo)管 LED光源 其他（激光、紫外光等）,25,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#1：背光測量系統(tǒng)的最佳選擇,26,

5、六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#2：亮場最直接的照明,27,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#3：暗場適合光滑表面的照明,28,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#4：同軸光均勻性好,29,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#5：結(jié)構(gòu)光法最簡便的三維測量,30,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#6：影子的利用最不直接的測量,31,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#7：彩色的考慮,光的三原色,色彩三原色,光的三原色：紅、綠、藍(lán)；色彩三原色：青、紫、黃。 世界上所有顏色都是由三原色按不同比例組合而成 三原色的色光疊加為白光。如：日光 三原色的色彩疊加為黑色。,32

6、,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#7：彩色的考慮,33,六、軟硬件知識-光源篇,常用照明技術(shù),#8：常用光源分析,34,六、軟硬件知識-鏡頭篇,鏡頭的介紹,1、基本功能 -實(shí)現(xiàn)光束變換，將目標(biāo)成像在圖像傳感器的光敏面上； 2、鏡頭與相機(jī)匹配 -鏡頭接口是否為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，C/CS接口、F口等； -鏡頭成象面是否=相機(jī)CCD尺寸； 若相機(jī)CCD為1/2英寸，而鏡頭為1/3英寸，則該鏡頭與相機(jī)不匹配。,35,六、軟硬件知識-鏡頭篇,3、工作距離 -鏡頭焦距是否適合系統(tǒng)工作空間 4、系統(tǒng)精度 -獲取最佳視野 -鏡頭畸變對系統(tǒng)精度的影響 -鏡頭分辨率對系統(tǒng)精度的影響 5、縱深成象 -待測物縱深

7、方向的成象是否在鏡頭景深范圍之內(nèi),36,六、軟硬件知識-鏡頭篇,6、視場范圍,37,六、軟硬件知識-鏡頭篇,7、常用鏡頭,CCTV鏡頭 專業(yè)攝影鏡頭 遠(yuǎn)心鏡頭,38,六、軟硬件知識-相機(jī)篇,常用照明技術(shù),相機(jī)分類 按芯片技術(shù)：CCD相機(jī)和CMOS相機(jī) 按靶面類型：面陣相機(jī)和線陣相機(jī) 按輸出模式：模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī) 按顏色：彩色相機(jī)和黑白相機(jī) 按是否帶處理器：智能相機(jī)和非智能相機(jī) 主要特性參數(shù) 芯片類型 分辨率：位于CCD&CMOS芯片上的像素?cái)?shù) 速度：line/s，fps 光學(xué)接口：C,CS,F等,39,六、軟硬件知識-相機(jī)篇,相機(jī)的選擇,相機(jī)分辨率： 相機(jī)分辨率（X方向）最佳視野范圍（X方向

8、） 理論象素值（X方向） 相機(jī)分辨率（Y方向）最佳視野范圍（Y方向） 理論象素值（Y方向） 系統(tǒng)速度要求與相機(jī)成象速度 系統(tǒng)單次運(yùn)行速度 = 系統(tǒng)成象速度 + 系統(tǒng)檢測速度 幀速或線數(shù) 快門速度,40,六、軟硬件知識-工控機(jī)篇,工控機(jī)選型的要素,關(guān)鍵關(guān)注因素： 處理器主頻 硬盤讀寫速度 內(nèi)存大小 輸入輸出離散IO 接口類型與數(shù)量 工控機(jī)的散熱能力 主要衡量指標(biāo)： 系統(tǒng)穩(wěn)定性（推薦無風(fēng)扇，低功耗）,41,六、軟硬件知識-軟件篇,機(jī)器視覺軟件包,國外品牌： Halcon、VisionPro、Labview Vision等商業(yè)軟件包；OpenCV開源免費(fèi)軟件包。 國內(nèi)品牌： 研華、OPT、?？?、大華

9、、匯萃等，都宣稱開發(fā)成功。,42,三、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建技巧,43,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#1：高系統(tǒng)精度,系統(tǒng)精度（System accuracy） X方向系統(tǒng)精度（X方向象素值） 視野范圍（X方向） CCD芯片象素?cái)?shù)量（X方向） Y方向系統(tǒng)精度（Y方向象素值） 視野范圍（Y方向 CCD芯片象素?cái)?shù)量（Y方向） 該指標(biāo)取決于，相機(jī)分辨率及視野（FOV）,44,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#1：高系統(tǒng)精度,視野（FOV） - 讓視覺系統(tǒng)“關(guān)心”的部分盡可能“充滿”視野。通俗來說，F(xiàn)OV越小越“好”。 - 相機(jī)分辨率相同視野越小系統(tǒng)精度越高 - 視野相同相機(jī)

10、分辨率越高系統(tǒng)精度越高,45,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#2：清晰成象,確定圖象中所要檢測的部分處于清晰的焦距之內(nèi) 當(dāng)圖象中檢測部分不處于同一焦平面時(shí)，需要考慮鏡頭的景深 注意：每一款鏡頭相對于固定的光圈，都有自己固定的景深 注意：縮小光圈可以加大景深。同時(shí)為保證正確曝光需要提高光強(qiáng),46,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#3：避免畸變,在定位及高精度測量的系統(tǒng)中，鏡頭畸變的影響尤其重要,47,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#4：保持待測物體在成象中大小一致,在定位及識別系統(tǒng)中，這一點(diǎn)尤為重要,48,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素

11、,#5：圖象中待測部分反差最大化,對于一個(gè)視覺系統(tǒng)來說，“黑白分明”的圖象才是好圖象。,49,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,獲得完美圖象的6大要素,#6：恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光,避免陰影 如果圖象中待測區(qū)域處于陰影之下，圖象將不能提供足夠的反差，這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)檢測的精度 避免過亮 如果照明過亮，區(qū)域內(nèi)亮部的光線會反射進(jìn)暗部的區(qū)域，造成暗部區(qū)域內(nèi)的細(xì)節(jié)損失 避免光線變化 如果照明系統(tǒng)發(fā)生明暗變化，會造成圖象明暗變化。這將直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 避免外界影響 注意系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響，如生產(chǎn)線上的照明系統(tǒng)、室外陽光等等可移動的人或物會遮擋系統(tǒng)照明,50,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,小結(jié),#1：獲得完美圖象的6大要素

12、及控制因素 高系統(tǒng)精度。控制因素：視野、相機(jī)分辨率。 清晰成象?？刂埔蛩兀虹R頭、光源 避免畸變?？刂埔蛩兀虹R頭 保持待測物體在成象中大小一致?？刂埔蛩兀阂曇?、拍照角度、待測物位置 反差最大化?？刂埔蛩兀汗庠?、鏡頭 恰當(dāng)?shù)恼彰髋c曝光?？刂埔蛩兀汗庠?、鏡頭 #2：如何獲得完美圖象 選擇適合的光源、鏡頭、相機(jī) 學(xué)會如何使用、控制光源、鏡頭、相機(jī),51,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,項(xiàng)目硬件選型：,選型步驟： 確定項(xiàng)目檢測方向：測量、檢測、定位、識別。 確定項(xiàng)目檢測要求：精度、速度、工作空間。 根據(jù)項(xiàng)目檢測方向完成光源選型 根據(jù)項(xiàng)目精度要求確定最佳視野 根據(jù)項(xiàng)目精度要求及工作空間要求完成鏡頭選型 根據(jù)項(xiàng)目精度要求及速度要求完成相機(jī)選型 考慮系統(tǒng)硬件成本,52,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,項(xiàng)目評估的基本步驟1：,檢測項(xiàng)目條款 條款名稱及詳細(xì)說明,53,七、機(jī)器視覺系統(tǒng)搭建,項(xiàng)目評估的基本步驟2：,光源選型 根據(jù)項(xiàng)目的檢測條款，選用適合的光源,鏡頭選型 系統(tǒng)精度要求 系統(tǒng)工作空間要求,相機(jī)選型 系統(tǒng)精度要求 系統(tǒng)速度要求,項(xiàng)目評估,鏡頭選型,相機(jī)選型,光源選型,項(xiàng)目試驗(yàn),項(xiàng)目試驗(yàn) 系統(tǒng)搭建，光源、鏡頭、相機(jī) 建立檢測程序原型 記