機(jī)器視覺系統(tǒng)(機(jī)器視覺系統(tǒng)的簡(jiǎn)介)

1.機(jī)器視覺系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

視覺系統(tǒng)就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。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(hào)，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(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)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(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。是用于生產(chǎn)、裝配或包裝的有價(jià)值的機(jī)制。它在檢測(cè)缺陷和防止缺陷產(chǎn)品被配送到消費(fèi)者的功能方面具有不可估量的價(jià)值。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。可以在最快的生產(chǎn)線上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量、引導(dǎo)、檢測(cè)、和識(shí)別，并能保質(zhì)保量的完成生產(chǎn)任務(wù)。

2.機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成及各部分功能

機(jī)器視覺系統(tǒng)一般是由：機(jī)器視覺光源，光學(xué)鏡頭，工業(yè)相機(jī)，傳感器，圖像分析處理軟件，通訊接口等組成的。

1、光源：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，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(cè)的部分與那些不重要部份之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別。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

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。鏡頭的主要性能指標(biāo)有焦距、光闌系數(shù)、倍率、接口等。

3、相機(jī)：相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)獲取原始信息的最主要部分，目前主要使用的CMOS相機(jī)和CCD相機(jī)。目前 CCD 攝像機(jī)以其小巧、可靠、清晰度高等特點(diǎn)在商用與工業(yè)領(lǐng)域都得到了廣泛地使用。

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，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的重要設(shè)備。

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。從軟件和硬件開發(fā)兩個(gè)方面來考慮，都需要一種更適合工業(yè)需求的機(jī)器視覺組件。目前國(guó)外已經(jīng)開發(fā)出了一種叫做視覺傳感器的模塊化部件。這種視覺傳感器集成了光源、攝像頭、圖像處理器、標(biāo)準(zhǔn)的控制與通訊接口，自成為一個(gè)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)。

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3.機(jī)器視覺系統(tǒng)的介紹

機(jī)器視覺系統(tǒng)就是利用機(jī)器代替人眼來作各種測(cè)量和判斷。它是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)重要分支，它綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域。圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展，也大大地推動(dòng)了機(jī)器視覺的發(fā)展。

4.什么是機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺系統(tǒng)一般包括光源、鏡頭、CCD照相機(jī)、圖像處理單元（或圖像采集卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等。

光源：與視覺傳感器的照明因素一樣，它是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。其光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用基于PC的方案主要針對(duì)電子生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是高性能、高靈活度和高性價(jià)比，十分適合于高難度、高分辨率和高速的機(jī)器視覺應(yīng)用。 所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步.

鏡頭：鏡頭選擇應(yīng)注意焦距，目標(biāo)高度，影像高度，放大倍數(shù)，影像至目標(biāo)的距離，中心點(diǎn) / 節(jié)點(diǎn)與畸變.

相機(jī)：按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。

圖象采集卡：圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡，可以將圖像迅速地傳送到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開關(guān)。例如，可以連接8個(gè)不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門。

視覺處理器：視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)?，F(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖象到存儲(chǔ)器，而且計(jì)算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。

工作過程：視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號(hào)，而是經(jīng)過運(yùn)算處理之后的檢測(cè)結(jié)果（如尺寸數(shù)據(jù)）。通常，機(jī)器視覺測(cè)試就是用機(jī)器代替肉眼來做測(cè)量和判斷.首先采用CCD照相機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，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(hào)。圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如：面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無等。

5.如何學(xué)習(xí)機(jī)器視覺

這個(gè)感覺是從論壇上大家所問的問題得出來的。因?yàn)椤Ｔ谡搲锌吹讲簧倥笥阉鶈柕膯栴}，是相當(dāng)可笑的。說可笑并非指所提問題過于簡(jiǎn)單幼稚，而是所問的問題一看就是從書本上抄來的，而不是在實(shí)際情況下所遇到的。換句話說，論壇中的朋友大多只是在紙上談兵，極少有人真正自已動(dòng)手開發(fā)視覺系統(tǒng)。這樣說是因?yàn)樽约焊汩_發(fā)的人絕對(duì)問不出某些奇怪問題來的。往深了說一點(diǎn)，好象國(guó)內(nèi)的朋友們只喜歡啃書本，并不愿意（也可能是懶得）動(dòng)手。

一句話，國(guó)外機(jī)器視覺發(fā)展到今天，已經(jīng)可以清清楚楚分為三個(gè)部分： 1，底層開發(fā)部分。 2，二次開發(fā)部分。

3，最終使用部分。于是在國(guó)外，從事這一行業(yè)的人現(xiàn)在也就可以簡(jiǎn)單而清楚地分成三種人： 1，底層開發(fā)的人（從事底層開發(fā)工作的人）。

2，二次開發(fā)的人（從事二次開工作的人）。

3，使用及操作機(jī)器視覺系統(tǒng)的人（從事最終使用工作的人）。

第一類人。就是我們常說的，開發(fā)通用視覺系統(tǒng)（如：DVT，西門子，歐姆龍，EVISION,COGNEX等等）的開發(fā)人員，也就是DVT,COGNEX這些公司開發(fā)部的技術(shù)職工。

第二類。就是大家所說的OEM用戶。是專門用第一類人所開發(fā)出的系統(tǒng)，給第三類人搞二次開發(fā)，開發(fā)各種專為第三類人所用的系統(tǒng)。

第三類人，就是用戶（end

user）。這類人是真正將機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中的人，他們不僅在各自的行業(yè)中使用種種已經(jīng)開發(fā)成型的機(jī)器視覺系統(tǒng)。而且負(fù)責(zé)對(duì)各類系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試及評(píng)估。

舉個(gè)實(shí)際例子，這里有不少朋友問過這類問題：如何檢測(cè)某一工件；檢測(cè)光盤表面的系統(tǒng)該如何配置CCD相機(jī)、鏡頭及燈源等。問這些問題的朋友應(yīng)該算是第三類人。他們公司要他們尋找一個(gè)系統(tǒng)可以用來檢測(cè)本公司的產(chǎn)品。但由于第一類人所開發(fā)的，只是通用的系統(tǒng)以及視覺系統(tǒng)開發(fā)工具的軟件包。并沒有哪家公司專門開發(fā)一套系統(tǒng)來檢測(cè)光盤或是某種特定的工件。所以，這些朋友就應(yīng)該來找我，因?yàn)槲沂堑诙惾恕?/p>

我的工作就是，專門用DVT,EVISION,COGNEX等的視覺卡，以及視覺系統(tǒng)開發(fā)工具軟件包為他們專門開發(fā)一套他們所需要的光盤檢測(cè)系統(tǒng)或是工件檢測(cè)系統(tǒng)。

繞了老大一圈，其實(shí)要說的問題就是一個(gè)----我所發(fā)現(xiàn)的問題：這里80%以上朋友把自己的身分混淆了，越俎代庖。

不客氣的說，目前國(guó)內(nèi)搞這行的朋友似乎都有些好高騖遠(yuǎn)。不少?gòu)氖碌诙糠止ぷ髋笥眩ǜ愣伍_發(fā)的第二類人）對(duì)于機(jī)器視覺有關(guān)知識(shí)的了解，尚不如國(guó)外第三類人的知識(shí)水平（我是從大家所問的問題感覺到的）。而國(guó)內(nèi)第三類朋友知識(shí)水平就更可想而知。

可是奇怪的是，每個(gè)人所問的卻都是第二類人要問的，有些甚至是一類人才會(huì)問的問題。好象，機(jī)器視覺是個(gè)十分簡(jiǎn)單的技術(shù)，憑大家隨便問幾個(gè)“關(guān)鍵性”的問題，再由所謂的“專家”三言兩語(yǔ)的回答一下。大家就一夜之間都可以自己搞底層開發(fā)，成第一類人了。

要成為第一類人，又分硬件及軟件兩種。要對(duì)自己所負(fù)責(zé)的這個(gè)模塊非常了解，搞軟件要知道算法及運(yùn)行速度；搞硬件要明白公司所選用芯片的特點(diǎn)等等。同時(shí)還要清楚對(duì)手公司的優(yōu)缺點(diǎn)以及機(jī)器視覺這一行的種種動(dòng)態(tài)和最新技術(shù)。

總結(jié)一下。這三種人相比，第一類人一定要專業(yè)，對(duì)機(jī)器視覺的某一領(lǐng)域非常非常了解；第二類人雖比不上第一類人那么專業(yè)，但更加全面；第三類人更熟悉各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)公司（第二類人）的優(yōu)缺點(diǎn)。

現(xiàn)在大家可以看得出，機(jī)器視覺發(fā)展到今天，其分工已經(jīng)越來越細(xì)，每個(gè)部分的工作其實(shí)是很難相互取代的。大家不要以為第三類人就比第一類人低一等，這是一個(gè)錯(cuò)誤的等級(jí)概念。我本人過去曾屬于第一類人，現(xiàn)在作的是第二類工作。而我的幾個(gè)“師弟師妹”（當(dāng)初曾一起作第一類人時(shí)的同事）現(xiàn)在就在干第三類工作。大家別小看第三類工作，以為這是小兒科，你能真作好這一行也不是很容易。畢竟這也是一門行當(dāng)也是一個(gè)飯碗！另外，以我個(gè)人來看：以國(guó)內(nèi)現(xiàn)在機(jī)器視覺的水平，對(duì)于那些想作第一類人的朋友我在這里勸一句：還是算了吧。

國(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺水平打根子上就差，您還打算搞底層？算法本身都是抄人家的，就只能和對(duì)手拼程序的寫法了。不過我覺得那更沒戲。

這樣說我絕沒有看不起初學(xué)者的意思。我說過：所問的問題再簡(jiǎn)單，我都不會(huì)笑話你。對(duì)于每樣事物我們都是從無知開始的。但是，對(duì)于那些極不實(shí)際的好高騖遠(yuǎn)的問題，我還是要說，希望大家踏實(shí)下來，戒浮躁，從最基本地學(xué)起----先確定自己的身份。

6.機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作原理是什么

說白了就是用機(jī)器替代人眼完成檢測(cè)，具體實(shí)現(xiàn)的過程是用工業(yè)相機(jī)采集被檢測(cè)器件的圖像，而這個(gè)采集的過程可以說是機(jī)器視覺最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)了，因?yàn)橐獙⒈徊杉骷枰獧z測(cè)的特征全部都體現(xiàn)出來，所以如何采集圖像需要不斷地根據(jù)器件的特征調(diào)整光源以及相機(jī)的參數(shù)，確保能夠采集到準(zhǔn)確的圖像需要不斷地進(jìn)行調(diào)整，

1.當(dāng)然這個(gè)時(shí)候是模擬量，然后利用專業(yè)的圖像處理軟件將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，

2.再對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，抽取目標(biāo)的待檢測(cè)特征，比如說顏色、器件表面是否有劃痕、規(guī)格大小是否合格、表面涂料是否均勻等等等，

3.輸出結(jié)果，反饋到機(jī)械端對(duì)于器件進(jìn)行分檢，將不合格器件挑選出來。

7.機(jī)器視覺系統(tǒng)有哪些組成部分

機(jī)器視覺主要由5部分組成：照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、視覺處理器。

照明：照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺光源照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈?？梢姽獾娜秉c(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。

鏡頭：

鏡頭選擇應(yīng)注意：焦距；目標(biāo)高度 ；影像高度 ；放大倍數(shù) ；影像至目標(biāo)的距離 ；中心點(diǎn) / 節(jié)點(diǎn) ；畸變。

相機(jī)：按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為：標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī)：線掃描CCD和面陣CCD；單色相機(jī)和彩色相機(jī)。

圖像采集卡：圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

視覺處理器：視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)。