機器視覺知識
1.1機器視覺的概念
機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品將被攝取目標轉(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)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設備動作。
由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設計信息以及及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領域。機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(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，用機器視覺檢測方法可以人大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎技術(shù)。
半導體行業(yè)是*先利用機器視覺技術(shù)進行檢測的行業(yè)，其他行業(yè)也隨之而來。作為生產(chǎn)機械的OEM的設計工程師，*基本的問題就是：“我是要檢測這個部件還是整個這個產(chǎn)品”。檢測可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是也會有這樣的事實存在：檢測成本或者產(chǎn)品質(zhì)量要求并不需要這樣的檢測。比如說牙簽，假設每一個裝有500個牙簽的盒子里有一兩個不合恪，大多數(shù)人都不會怎么擔心。但是對于很多產(chǎn)品，假如前面的盒了里裝的不是牙簽，而是針頭，試想不合格品可能會帶來什么樣的后果，所以產(chǎn)品功能性的檢測都是不可缺少的，即使只是外觀檢測，要證明內(nèi)在的品質(zhì)也必須要做到無缺陷。因此，為了達到這個目的，許多OEM將機器視覺世用到他們將要賣給用戶的系統(tǒng)中。機器視覺能夠為整個系統(tǒng)增值，表現(xiàn)在三個方面：提高生產(chǎn)效率，提高制造過程的**性，減少成本。
那么，對丁一個設計工程師來說，怎么樣才能知道機器視覺是否適合他的系統(tǒng)呢?盡管*早的*基本的機器視覺系統(tǒng)在20世紀70年代引入，工業(yè)就將其視為主流應用。這就導致設計工程師要考慮它是否合適他們的應用，同時要考慮利用機器視覺檢測的成本與其所能帶來的利潤。
高復雜度產(chǎn)品行業(yè)，比如說半導體行業(yè)和電子行業(yè)，由于它們的復雜性和小型化，從傳統(tǒng)上推動著機器視覺市場的發(fā)展。但是如今，所有產(chǎn)業(yè)，包括自動化、制藥、造紙等等都依靠機器視覺系統(tǒng)檢測產(chǎn)品以提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)專家們預言：在未來的20年到50年，機器視覺將成為橫跨所有行業(yè)的通用性技術(shù)，幾乎所有出產(chǎn)的產(chǎn)品部會由機器視覺系統(tǒng)來檢測。
使用機器視覺系統(tǒng)有以下五個主要原因：
**性一由于人眼有物理條件的限制，在**性上機器有明顯的優(yōu)點。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，機器仍然會更加**，因為它的精度能夠達到千分之一英寸。
重復性一機器可以以相同的辦法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時都會有細微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。
速度一機器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當檢測高速運動的物體時，比如說生產(chǎn)線上，機器能夠提高生產(chǎn)效率。
客觀性一人眼檢測還有一個致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨工人心情好壞產(chǎn)生變化，而機器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非常可觀可靠。
成本一由于機器比人快，一臺自動檢測機器能夠承擔好幾個人的任務。而且機器不需要停頓、不會生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。
這個系統(tǒng)其中主要包括：照明光源、工件放置(夾具)、相機、位置傳感器、控制邏輯、以及圖像采集卡，圖像處理軟件、技術(shù)支持。
典型的基于PC的視覺系統(tǒng)通常由如圖1．1．1所示的幾部分組成：
圖1．1．1基于PC的視覺系統(tǒng)基本組成
①、相機與鏡頭一這部分屬于成像器件，通常的視覺系統(tǒng)都是由一套或者多套這樣的成像系統(tǒng)組成，如果有多路相機，可能由圖像采集卡切換來獲取圖像數(shù)據(jù)，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數(shù)據(jù)。根據(jù)應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻(RS-170／CClR)、復合信號(Y／C)、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
②、光源--作為輔助成像器件，對成像質(zhì)量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
③傳感器--通常以光纖開關、接近開關等的形式出現(xiàn)，用以判斷被測對象的位置和狀態(tài)，告知圖像傳感器進行正確的采集。
④、圖像采集卡一通常以插入卡的形式安裝在PC中，圖像采集卡的主要工作是把相機輸出的圖像輸送給電腦主機。它將來自相機的模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，同時它可以控制相機的一些參數(shù)，比如觸發(fā)信號，曝光／積分時間，快門速度等。圖像采集卡通常有不同的硬件結(jié)構(gòu)以針對不同類型的相機，同時也有不同的總線形式，比如PCI、PCI64、CompactPCI，PCI04，lSA等。
⑤、PC平臺一電腦是一個PC式視覺系統(tǒng)的核心，在這里完成圖像數(shù)據(jù)的處理和絕大部分的控制邏輯，對于檢測類型的應用，通常都需要較高頻率的CPU，這樣可以減少處理的時間。同時，為了減少工業(yè)現(xiàn)場電磁、振動、灰塵、溫度等的干擾，必須選擇工業(yè)級的電腦。
⑥、視覺處理軟件機器視覺軟件用來完成輸入的圖像數(shù)據(jù)的處理，然后通過一定的運算得出結(jié)果，這個輸出的結(jié)果可能是PASS／FAIL信號、坐標位置、字符串等。常見的機器視覺軟件以C／C++圖像庫，ActiveX控件，圖形式編程環(huán)境等形式出現(xiàn)，可以是專用功能的(比如僅僅用于LCD檢測，BGA檢測，模版對準等)，也可以是通用目的的（包括定位、測量、條碼／字符識別、斑點檢測等）。
⑦、控制單元（包含I／O、運動控制、電平轉(zhuǎn)化單元等）一一旦視覺軟件完成圖像分析(除非僅用于監(jiān)控)，緊接著需要和外部單元進行通信以完成對生產(chǎn)過程的控制。簡單的控制可以直接利用部分圖像采集卡自帶的I／O，相對復雜的邏輯／運動控制則必須依靠附加可編程邏輯控制單元／運動控制卡來實現(xiàn)必要的動作。
上述的7個部分是一個基于PC式的視覺系統(tǒng)的基本組成，在實際的應用中針對不同的場合可能會有不同的增加或裁減。