機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成.docx

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1、機(jī)器視覺系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對客觀的三維世界的識別。按現(xiàn)在的理解，人類視覺系統(tǒng)的感受部分是視網(wǎng)膜，它是一個(gè)三維采樣系統(tǒng)。三維物體的可見部分投影到網(wǎng)膜上，人們按照投影到視網(wǎng)膜上的二維的像來對該物體進(jìn)行三維理解。所謂三維理解是指對被觀察對象的形狀、尺寸、離開觀察點(diǎn)的距離、質(zhì)地和運(yùn)動(dòng)特征（方向和速度）等的理解?！　C(jī)器視覺系統(tǒng)的輸入裝置可以是攝像機(jī)、轉(zhuǎn)鼓等，它們都把三維的影像作為輸入源，即輸入計(jì)算機(jī)的就是三維管觀世界的二維投影。如果把三維客觀世界到二維投影像看作是一種正變換的話，則機(jī)器視覺系統(tǒng)所要做的是從這種二維投影圖像到三維客觀世界

2、的逆變換，也就是根據(jù)這種二維投影圖像去重建三維的客觀世界。　　機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。　　將近80%的工業(yè)視覺系統(tǒng)主要用在檢測方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量、采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測功能中。下面通過一個(gè)用于生產(chǎn)線上的單攝像機(jī)視覺系統(tǒng)，說明系統(tǒng)的組成及功能?！　∫曈X系統(tǒng)檢測生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，決定產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，并根據(jù)結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸入上位機(jī)。圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等；圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)；輸出設(shè)備是與制造過程相連的有關(guān)系統(tǒng)，包括過程控制器和報(bào)警裝

3、置等。數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行分析和產(chǎn)品控制，若發(fā)現(xiàn)不合格品，則報(bào)警器告警，并將其排除出生產(chǎn)線。機(jī)器視覺的結(jié)果是CAQ系統(tǒng)的質(zhì)量信息來源，也可以和CIMS其它系統(tǒng)集成?！　D像的獲取　　圖像的獲取實(shí)際上是將被測物體的可視化圖像和內(nèi)在特征轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)處理的一系列數(shù)據(jù)，它主要由三部分組成：　　*?照明　　*?圖像聚焦形成　　*?圖像確定和形成攝像機(jī)輸出信號　　1、照明　　照明和影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊戄斎霐?shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對每個(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。　　過去，

4、許多工業(yè)用的機(jī)器視覺系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因?yàn)榭梢姽馊菀撰@得，價(jià)格低，并且便于操作。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。但是，這些光源的一個(gè)最大缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。以日光燈為例，在使用的第一個(gè)100小時(shí)內(nèi)，光能將下降15%,隨著使用時(shí)間的增加，光能將不斷下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。　　另一個(gè)方面，環(huán)境光將改變這些光源照射到物體上的總光能，使輸出的圖像數(shù)據(jù)存在噪聲，一般采用加防護(hù)屏的方法，減少環(huán)境光的影響。　　由于存在上述問題，在現(xiàn)今的工業(yè)應(yīng)用中，對于某些要求高的檢測任務(wù)，常采用X射線、超

5、聲波等不可見光作為光源。但是不可見光不利于檢測系統(tǒng)的操作，且價(jià)格較高，所以，目前在實(shí)際應(yīng)用中，仍多用可見光作為光源?！　≌彰飨到y(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，背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(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物上，根據(jù)它們產(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，照像機(jī)拍攝要求與光源同步?！　?、圖像聚焦形成　　被測物的圖像通過一個(gè)透鏡聚焦在敏感元件上，如同照像機(jī)拍照一樣。所不

6、同的是照像機(jī)使用膠卷，而機(jī)器視覺系統(tǒng)使用傳感器來捕捉圖像，傳感器將可視圖像轉(zhuǎn)化為電信號，便于計(jì)算機(jī)處理?！　∵x取機(jī)器視覺系統(tǒng)中的攝像機(jī)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，其中攝像機(jī)的透鏡參數(shù)是一項(xiàng)重要指標(biāo)。透鏡參數(shù)分為四個(gè)部分：放大倍率、焦距、景深和透鏡安裝。　　3、圖像確定和形成攝像機(jī)輸出信號　　機(jī)器視覺系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置，即將傳感器所接收到的透鏡成像，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能處理的電信號、攝像機(jī)可以是電子管的，也可是固體狀態(tài)傳感單元?！　‰娮庸軘z像機(jī)發(fā)展較早，20世紀(jì)30年代就已應(yīng)用于商業(yè)電視，它采用包含光感元件的真空管進(jìn)行圖像傳感，將所接收到的圖像轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號輸出。

7、具有RS-170輸出制式的攝像機(jī)可直接與商用電視顯示器相連?！　」腆w狀態(tài)攝像機(jī)是在20世紀(jì)60年代后期，美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了電荷耦合裝置（CCD），而發(fā)展起來的。它上分布于各個(gè)像元的光敏二極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成，通過按一定順序輸出每個(gè)二極管的電壓脈沖，實(shí)現(xiàn)將圖像光信號轉(zhuǎn)換成電信號的目的。輸出的電壓脈沖序列可以直接以RS-170制式輸入標(biāo)準(zhǔn)電視顯示器，或者輸入計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，進(jìn)行數(shù)值化處理。CCD是現(xiàn)在最常用的機(jī)器視覺傳感器?！　D像處理技術(shù)　　機(jī)器視覺系統(tǒng)中，視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特

8、征抽取、圖