機器(qi)視覺(jue)(jue)(jue)的(de)(de)定(ding)義：機器(qi)視覺(jue)(jue)(jue)是(shi)通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)光學裝(zhuang)置(zhi)和非接觸式的(de)(de)傳感器(qi)，自(zi)動(dong)地接收和處(chu)理(li)一個真(zhen)實(shi)物體的(de)(de)圖像，以獲得所需信息或用(yong)(yong)于(yu)控(kong)制(zhi)機器(qi)人(ren)運動(dong)的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)。在現代自(zi)動(dong)化(hua)生產過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)，機器(qi)視覺(jue)(jue)(jue)已經(jing)開始慢(man)(man)慢(man)(man)代替人(ren)工視覺(jue)(jue)(jue)，尤其是(shi)在工況檢測、成品檢驗、質量控(kong)制(zhi)等領域(yu)，應(ying)(ying)用(yong)(yong)廣泛(fan)。本質上，機器(qi)視覺(jue)(jue)(jue)是(shi)圖像分析技術(shu)在工廠自(zi)動(dong)化(hua)中(zhong)的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)使用(yong)(yong)光學系統、工業數字相(xiang)機和圖像處(chu)理(li)工具，來模擬人(ren)的(de)(de)視覺(jue)(jue)(jue)能力，并做出(chu)相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)決策，通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)指(zhi)揮某種特定(ding)的(de)(de)裝(zhuang)置(zhi)執行這些(xie)決策。

一、為什么要應用機器視覺

原因有(you)很(hen)多，以下列出(chu)較主要的幾點(dian)：

1、從生產效(xiao)(xiao)率的角度(du)來說，由于操作(zuo)工(gong)在長時間工(gong)作(zuo)下容易疲(pi)憊(bei)，人工(gong)視覺質量效(xiao)(xiao)率低下且精度(du)不(bu)高，而機器視覺可(ke)以大(da)大(da)提高生產效(xiao)(xiao)率和自動化程度(du)。

2、從成本(ben)控制的角度(du)來說，培訓一個合格的操作工(gong)需(xu)要(yao)(yao)(yao)企業管理者花費大(da)量(liang)的人力(li)物力(li)，然而(er)單純的培訓還遠遠不夠，后續還需(xu)要(yao)(yao)(yao)花費大(da)量(liang)的時(shi)間(jian)，使操作工(gong)的水平(ping)在實踐中得到(dao)提升。而(er)機器視覺(jue)系統只要(yao)(yao)(yao)設(she)計、調試和(he)操作得當(dang)，可以在很長(chang)一段時(shi)間(jian)內不間(jian)斷使用(yong)，同時(shi)確保生產效果。

3、在(zai)某些特殊工業環境中實(shi)施(shi)工況檢測，如焊接、火藥制造等，人(ren)工視(shi)覺(jue)可能會對操(cao)作工的人(ren)身安全造成威脅，而機器視(shi)覺(jue)從(cong)某種程(cheng)度上(shang)有效地(di)規避了這些風險。

二、機器視覺系統的構成模塊

一個完整的機(ji)(ji)(ji)器視覺系統(tong)一般(ban)由光學系統(tong)(光源、鏡頭、工(gong)業相機(ji)(ji)(ji))、圖像采集單(dan)元、圖像處理(li)單(dan)元、執(zhi)行機(ji)(ji)(ji)構及(ji)人機(ji)(ji)(ji)界面等模塊組成，所有功(gong)能模塊相輔相成，缺(que)一不可。

1、照明(ming)(光源(yuan))

照明是影響機器視覺系統輸(shu)入(ru)的重(zhong)要(yao)因素，光源系統的設(she)計至關重(zhong)要(yao)，直(zhi)接關系到輸(shu)入(ru)數據，即圖像的質量(liang)和應用效果。

工程(cheng)師需(xu)根據用戶需(xu)求和產品(pin)特性(xing)，首先(xian)確定有效(xiao)的(de)(de)照(zhao)明(ming)條件，選(xuan)擇相應(ying)的(de)(de)照(zhao)明(ming)裝(zhuang)置，才能確保在此光照(zhao)條件下生成的(de)(de)圖像(xiang)能突顯出用戶需(xu)要的(de)(de)目標(biao)信息特征。

光(guang)源(yuan)一般分為可見(jian)光(guang)源(yuan)和不可見(jian)光(guang)源(yuan)，工業上常用(yong)的可見(jian)光(guang)源(yuan)有(you)LED、鹵素燈、熒(ying)光(guang)燈等(deng);不可見(jian)光(guang)源(yuan)主要為近紅外(wai)(wai)光(guang)、紫外(wai)(wai)光(guang)、X射線等(deng)。

LED光(guang)源(yuan)(yuan)是目前運用最多的機(ji)器視覺光(guang)源(yuan)(yuan)，它(ta)具有效率高、壽命長(chang)、防潮抗震(zhen)、節(jie)能(neng)環保等特點，是工程師在設計照明系統(tong)時的最佳選擇(ze)。

不可(ke)見(jian)(jian)光(guang)源(yuan)主(zhu)要(yao)用(yong)來應對一些特(te)定的(de)(de)需(xu)求(qiu)，如(ru)管(guan)道焊接(jie)工藝的(de)(de)檢(jian)測(ce)，由于不可(ke)見(jian)(jian)光(guang)的(de)(de)可(ke)穿透性，才能到達檢(jian)測(ce)點。

2、鏡(jing)頭(tou)

鏡(jing)頭是(shi)(shi)機器視(shi)覺系統中的(de)重(zhong)要(yao)組件，其(qi)作用是(shi)(shi)光(guang)學(xue)成像。

鏡頭的主要參數有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作(zuo)距離、視場(chang)(FOV，Field of View)等。

景深，是指(zhi)鏡(jing)頭能(neng)夠(gou)獲得最佳(jia)圖像(xiang)時，被(bei)攝物體離(li)(li)此最佳(jia)焦(jiao)點前(qian)后的距離(li)(li)范(fan)圍。

視(shi)場(chang)，表(biao)示攝像頭所能觀(guan)測(ce)到的最大(da)范圍，通(tong)常以角度表(biao)示，一般說來(lai)，視(shi)場(chang)越(yue)大(da)，觀(guan)測(ce)范圍越(yue)大(da)。

工作(zuo)距離，是指鏡(jing)頭到被攝(she)物體(ti)的距離，工作(zuo)距離越長(chang)，成(cheng)本越高(gao)。

在設(she)計機器視覺系統時，要選擇參(can)數與用戶需求(qiu)相匹配的鏡頭。

3、工業相(xiang)機

在機(ji)器視(shi)覺(jue)系統中工業相機(ji)必(bi)不可少，它(ta)就像人(ren)眼一(yi)樣，用來捕獲圖像。

相機按其感光器的(de)不同，可分為：

CCD相(xiang)機;CMOS相(xiang)機。

CCD—Charge Coupled Device

CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor

CCD相機(ji)的(de)成本較(jiao)高(gao)，但(dan)成像(xiang)品(pin)質、成像(xiang)通(tong)透(tou)性、色彩的(de)豐富(fu)性等較(jiao)CMOS相機(ji)出(chu)色很多(duo)。

CCD相機按其使(shi)用的CCD感光元件可(ke)分為(wei)線(xian)陣式(shi)和面(mian)陣式(shi)兩大類。

線陣(zhen)相(xiang)機(ji)，是呈“線”狀的(de)，對圖(tu)像的(de)信息(xi)只能以行(xing)為單位(wei)進行(xing)處理，分辨率高，速度快，主要應(ying)用于工(gong)業、醫療、科研等領域(yu)中，相(xiang)配(pei)套的(de)機(ji)器視覺系統上。

面陣(zhen)式相機則一次可以獲得整幅圖像(xiang)的(de)信息，價格(ge)相對(dui)便(bian)宜(yi)。

4、圖像采集單元

圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)采集(ji)單元中(zhong)最(zui)重要的元件是(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)采集(ji)卡(ka)，它是(shi)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)采集(ji)單元與(yu)圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)處理單元的接口，用來將采集(ji)到的圖(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)行數字(zi)化，并輸入(ru)、存(cun)儲到計算機(ji)中(zhong)。

5、圖像處理單(dan)元

包(bao)含大(da)量(liang)圖(tu)像(xiang)(xiang)處(chu)理算法(fa)。在(zai)取得圖(tu)像(xiang)(xiang)后，用這些算法(fa)對數字圖(tu)像(xiang)(xiang)進(jin)行處(chu)理，分析計(ji)算，并(bing)輸出結果。

6、執行機構與人機界面

在完(wan)成圖(tu)像采集(ji)和處(chu)理工作之后(hou)，需要將圖(tu)像處(chu)理的結果(guo)輸出(chu)，并做出(chu)與結果(guo)相匹(pi)配的動作，如剔廢(fei)、報警等，并通過人機(ji)界面顯示生(sheng)產信息。

三、機器視覺系統的原理

通過(guo)光學(xue)系統，將需要(yao)拍攝的目標轉換成為圖(tu)像(xiang)信(xin)號，再將圖(tu)像(xiang)信(xin)號傳送(song)至圖(tu)像(xiang)采(cai)集卡，并根據像(xiang)素分布、亮度、顏色等信(xin)息，轉換成為數字信(xin)號。

圖(tu)像處理單元對這些數字信號進行(xing)有效地運算并獲得拍攝目標(biao)的特征值，從(cong)而根據判別的結果來指揮(hui)設備進行(xing)相對應的動(dong)作。

四、機器視覺系統的流程

這張圖，是一個完整(zheng)的機器(qi)視覺系統(tong)構架圖。以安瓿注射劑中異物自(zi)動燈檢為例，該(gai)機器(qi)視覺系統(tong)的工作流程如下(xia)：

首先，待檢的安瓿(bu)瓶(ping)由機(ji)械輸(shu)送裝置輸(shu)送至檢測工位(wei)，PLC發出“物體已到達”信號。

隨(sui)后，相機(camera and lens)和光源(light source)被(bei)觸發(fa)并同步開啟(qi)，對待檢(jian)安瓿瓶中液體進行(xing)圖像獲取(qu)。

接(jie)著(zhu)，獲取到的(de)藥液(ye)狀態圖像(xiang)(xiang)在圖像(xiang)(xiang)采集(ji)卡(image processing hardware)中進行數字(zi)化(hua)，并將(jiang)被數字(zi)化(hua)的(de)圖像(xiang)(xiang)存儲在計(ji)算機中。

然(ran)后(hou)，所存儲的信息被運到(dao)圖(tu)像(xiang)處(chu)(chu)理軟(ruan)件，對數字圖(tu)像(xiang)信號進行(xing)處(chu)(chu)理與異物特征分析(xi)，判(pan)斷液體(ti)質量是否合乎(hu)要求并做出決策(ce)，如好品GOOD，壞品NOTGOOD。

雙翌視覺(jue)是(shi)(shi)專注于機(ji)器視覺(jue)部件(jian)及視覺(jue)系(xi)統研發、生產(chan)和營銷的高科(ke)技企(qi)業(ye)(ye)(ye)，是(shi)(shi)專業(ye)(ye)(ye)的機(ji)器視覺(jue)核心部件(jian)及解(jie)決方案提供商。雙翌視覺(jue)堅守“持續創新(xin)”的理念，目前(qian)已經(jing)成功在消費電(dian)子、新(xin)能源(yuan)、半導體(ti)、汽車、物流、交(jiao)通(tong)、醫(yi)藥、科(ke)研等行業(ye)(ye)(ye)為客戶提供優質的產(chan)品和定制化的視覺(jue)解(jie)決方案。