機(jī)器視覺檢測是什么

2022-07-14 10:51:21 精質(zhì)視覺

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)是指利用機(jī)器替代人眼做出各種測量和判斷。機(jī)器視覺是工程領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域中的一個非常重要的研究領(lǐng)域，它是一門涉及光學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)、模式識別、圖像處理、人工智能、信號處理以及光電一體化等多個領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。

　　其應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動化的發(fā)展逐漸完善和推廣，其中母子圖像傳感器、CMOS和CCD攝像機(jī)、DSP、ARM嵌入式技術(shù)、圖像處理和模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展，有力地推動了機(jī)器視覺的發(fā)展。

　　機(jī)器視覺是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運(yùn)動物體，系統(tǒng)與運(yùn)動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴(yán)格的要求。

　　在某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如機(jī)器人、飛行物體導(dǎo)致等，對整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴(yán)格的要求。

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程一個完整的機(jī)器視覺檢測設(shè)備系統(tǒng)包括：照明光源、光學(xué)鏡頭、 CCD 攝相機(jī)、圖像采集卡、圖像檢測軟件、監(jiān)視器、通訊單元等。

　　工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作過程主要如下：

　　1、當(dāng)傳感器探測到被檢測物體接近運(yùn)動至攝像機(jī)的拍攝中心，將觸發(fā)脈沖發(fā)送給圖像采集卡;

　　2、圖像采集卡根據(jù)已設(shè)定的程序和延時，將啟動脈沖分別發(fā)送給照明系統(tǒng)和攝像機(jī);

　　3、一個啟動脈沖送給攝像機(jī)，攝像機(jī)結(jié)束當(dāng)前的拍照，重新開始一副新的拍照，或者在啟動脈沖到來前攝像機(jī)處于等待狀態(tài)，檢測到啟動脈沖后啟動，在開始新的一副拍照前攝像機(jī)打開曝光構(gòu)件(曝光時間事先設(shè)定好);另一個啟動脈沖送給光源，光源的打開時間需要與攝像機(jī)的曝光時間匹配;攝像機(jī)掃描和輸出一幅圖像;

　　4、圖像采集卡接收信號并通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號數(shù)字化，或者是直接接收攝像機(jī)數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù);

　　5、圖像采集卡將數(shù)字圖像存儲在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中;

　　6、計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行處理、分析和識別，獲得檢測結(jié)果;

　　7、處理結(jié)果控制流水線的動作、進(jìn)行定位、糾正運(yùn)動的誤差等。

　　二、機(jī)器視覺相關(guān)技術(shù)

　　1、圖像采集技術(shù)——機(jī)器視覺的基礎(chǔ)

　　圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和圖像采集卡構(gòu)成。采集過程可簡單描述為在光源提供照明的條件下，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，最后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分。

　　在設(shè)計(jì)圖像采集部分時，要考慮到多方面的問題，主要是關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集卡和光源方面的問題。

　　(1)光源照明

　　照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，其直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。到目前為止，還未有哪種機(jī)器視覺照明設(shè)備能通用各種應(yīng)用，因此在實(shí)際應(yīng)用中，需針對應(yīng)用選擇相應(yīng)的照明設(shè)備以滿足特定需求。

　　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，背向照明是指將被測物放在光源和攝像機(jī)之間，以提高圖像的對比度。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝。

　　結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，并根據(jù)其產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。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。

　　(2)光學(xué)攝像頭

　　光學(xué)攝像頭的任務(wù)就是進(jìn)行光學(xué)成像，一般在測量領(lǐng)域都又專門的用于測量的攝像鏡頭，因?yàn)槠鋵Τ上褓|(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用。

　　攝像頭需要注意的一個問題是畸變。這個就需要使用相應(yīng)的畸變校正方法，目前也開發(fā)出了很多自動畸變自動校正系統(tǒng)。

　　(3)CCD 攝像機(jī)及圖像采集卡

　　CCD( Charge Coupled Device) 攝像機(jī)及圖像采集卡共同完成對目標(biāo)圖像的采集與數(shù)字化。目前 CCD，CMOS等固體器件的應(yīng)用技術(shù)，線陣圖型敏感器件，像元尺寸不斷減小，陣列像元數(shù)量不斷增加，像元電荷傳輸速率也得到大幅提高。

　　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)拍照來完成圖像的采集與數(shù)字化，并協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。

　　圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口為：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等形式。

　　2、圖像處理與分析——機(jī)器視覺的核心

　　用于機(jī)器視覺的圖像處理與分析方法的核心是，解決目標(biāo)的檢測識別問題。當(dāng)所需要識別的目標(biāo)比較復(fù)雜時，就需要通過幾個環(huán)節(jié)，從不同的側(cè)面綜合來實(shí)現(xiàn)。

　　對目標(biāo)進(jìn)行識別提取的時候，首先是要考慮如何自動地將目標(biāo)物從背景中分離出來。目標(biāo)物提取的復(fù)雜性一般就在于目標(biāo)物與非目標(biāo)物的特征差異不是很大，在確定了目標(biāo)提取方案后，就需要對目標(biāo)特征進(jìn)行增強(qiáng)。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，圖像信息處理工作越來越多地借助硬件完成，如 DSP 芯片、專用的圖像信號處理卡等。

　　軟件部分主要用來完成算法中并不成熟又較復(fù)雜或需不斷完善改進(jìn)的部分。這一方面提高了系統(tǒng)的實(shí)時性，同時又降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。