浅谈机器视觉系统

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1、浅谈机器视觉技术及其应用1机器视觉系统的概念机器视觉系统是一种非接触式的光V传感系统，它同时集成软硬件，能够自动地从所采集到的图像中获収信息或者产生控制动作。简言之，就是用机辭代替人眼来做测量和判断。它通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取H标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算來抽取目标的特征，进而根据判别的结果來控制现场的设备动作。2机器视觉系统的组成一个简单的机器视觉系统一般由照明、镜头、相机、图像采集卡和图像处理单元组成。其中照明、镜头

2、、相机选取的好坏是决定机器视觉系统成败的关键。2.1照明照明是影响机器视觉系统输入的重耍因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。一个好的照明系统，应当具有以下特征:①尽可能突出目标的特征，在物体需要检测的部分与非检测部分ZI'可尽可能产生明显的区别，增加对比度;②保证足够的亮度和稳定性;③物体位置的变化不应影响成像的质量。照明光源可分为可见光照明和不可见光照明，常用的可见光照明光源有LED、荧光灯、卤素灯等。可见光的缺点是一方面光能不能保持稳定，另一方而环境

3、光会影响图像的质虽，所以一般采用加防护屏的方法来减少环境光的彩响。表1列出了儿种主要光源的相关特性[3,4]。表1各种视觉光源的特性光源颜色寿命亮度特点LED纟「■、绿、蓝、口6万一10万小时较亮发热少荧光灯白色、偏绿5T"一^千小时壳发热多卤光灯白色、偏黄5千一七千小时很亮发热多LED光源是冃前主流的机益视觉光源，主要原因是:©LED光源节能、不引起环境污染;②单色性好，发光响应速度快，高频特性好;③防震动及抗冲击性能好,功耗低，寿命长;④有多种颜色可选，针対不同被测物体的表血特征和材质可选用不同颜色的光源，以获得更佳的图像。2.2镜头镜头是机器视觉系统

4、中的重要组件，其主要功能是光学成像。镜头的参数主要冇焦距、视场(FOV,FieldofView)、工作距离、分辨率、景深(DOF)等。工作距离是指从镜头前部到受检验物体的距离，需要的工作距离越长,保持小视野的难度和成本就越高。镜头的景深是物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力。视场代表看摄像头能够观察到的最人范囤，通常以角度来表示，视场越人，观测范川越人。在纟R建机器视觉系统时，要根据实际需要选择合适口径和焦距的镜头。2.3相机相机在机器视觉系统中是必不可少的，和机按其感光器的不同可以分为两大类:CCD(ChargeCoupledDevice

5、)相机和CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)相机。这两种相机的成像工作原理没有木质的区别，所不同的是CCD的制造工艺比较复杂，因此成本较高，而n对电能的消耗也比较大；CMOS的制造成木和电力消耗要比CCD低很多。不过，CCD的成像品质较高，在同样的条件下，CCD的成像通透性、明锐度以及色彩的丰富性、准确性都比较出色。而CMOS的通透性则比较一般，对色彩的还原能力也比较弱。CCD相机按照其使用的CCD感光器件可以分为线阵式和血阵式两大类。线阵CCD相机一次只能获得图像的一行信息,速度快，分辨率高，可以实现运动物

6、体的连续检测，一般高速检测中多采用线阵CCD;而而阵CCD相机则可以一次获得整幅图像的信息，因此面阵CCD价格比佼便宜。1—个完整的机器视觉系统工作过程（1）工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像釆集部分发送触发脉冲.（2）图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲.（3）摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到Z前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描.（4）摄像机开始新的一帧扫描之丽打开曝光机构，曝光时间可以事先设定.（5）另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应

7、该与摄像机的曝光时间匹配.（6）摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出.（7）图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据.（8）图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中.（9）处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值.（10）处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的谋差等2机器视觉系统的特点利用机器视觉可以实现非接触测量，对于观测者打被观测者都不会产生任何损伤，从而捉高系统的口J靠性。同时还具冇较宽的光谱响应范围，例如使川人眼看不见的红外测量，扩展人眼的视觉范围。而且还

8、可以长时间稳定工作，人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则