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1、 机器视觉基础知识 1 机器视觉技术示意图 触发信号 获取图像 图像处理 输出 Digitaloutput Serialout EthernetI P TCP IPout sensor PLC Robot FieldBus 2 成像系统相机 光学部件 光源目标 特征部分与 背景 形成高反差的图像校正 比例缩放检测方法灰度分析 阀值 梯度分析图像增强在视场 FOV 内定位产品零件检测分析 测量 特征点查找检测 读取等设备通讯Pass Fail结果状态输出检测数据分析控制输出 机器视觉系统概述 3 基础术语相机图像传感器灰度 彩色光学器件 镜头 标准镜头vs 远心镜头光源基础知识技巧 机器视觉系统
2、概述 4 相机 Camera图像传感器 ImageSensor镜头 Lens工作距离 WorkingDistance视场 FOV FieldofView景深 DOF DepthofField分辨率 Resolution 示意图 5 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 图像传感器光电探测器网格 像素阵列 转换光亮度级别成电子信号CCDvs CMOS 转换方式不同 CCD CMOS 6 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington
3、MN55438 952 996 9500 灰度像素深度转换光亮度级别成可测量信号级别0 255 0 黑 255 白 部分软件使用百分比表示方法 0 100 纯白 255 纯黑 0 中等灰度 128 灰度 7 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 CCD CMOS 8 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 分辨率焦距景深兼容芯片尺寸远心畸变 镜头 9 印刷和纸张检测 镜头兼容芯片尺寸
4、和相机芯片尺寸关系 镜头 10 标准镜头成本较低 尺寸较小透视误差距离的改变会引起大小的改变畸变大较大的检测对象 特征点检测 测量相对差 光学器件 11 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 远心镜头成本较高 体积较大无透视误差距离不改变大小畸变小较小检测对象 精准测量 光学器件 12 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 光学器件 13 PPTVISION Inc 6301Old
5、ShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 镜头 14 标准镜头 远心镜头 光学器件 15 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 印刷和纸张检测 景深 镜头 16 目的将被测物体与背景尽量明显分别 获得高品质 高对比度的图像 重要性直接影响处理精度和速度 甚至系统的成败 光源 17 目标 高对比图像 最明显的检测特征点最不明显的 背景 和干扰打光注意事项被检测零件的特征打光技术彩色效果 光源 18 PPTVISION Inc 6
6、301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 高频荧光灯 卤素灯 LED灯 光源 19 光源 20 光源 卤素灯泡 英文 halogenlamp 简称为卤素泡或者卤素灯 又称为钨卤灯泡 石英灯泡 是白炽灯的一个变种 原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体 在高温下 升华的钨丝与卤素进行化学作用 冷却后的钨会重新凝固在钨丝上 形成平衡的循环 避免钨丝过早断裂 因此卤素灯泡比白炽灯更长寿 卤素灯供电电压通常分为交流220V和直流12V两种 例子 氙气灯泡 荧光灯 传统型荧光灯即低压汞灯 是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线 从而使
7、荧光粉发出可见光的原理发光 因此它属于低气压弧光放电光源 21 LED光源的优势可制成各种形状 尺寸及各种照射角度 可根据需要制成各种颜色 并可以随时调节亮度 通过散热装置 散热效果更好 光亮度更稳定 使用寿命长 约3万小时 间断使用寿命更长 反应快捷 可在10us或更短的时间内达到最大亮度 电源带有外触发 可以通过计算机控制 起动速度快 可以用作频闪灯 运行成本低 寿命长的LED 会在综合成本和性能方面体现出更大的优势 可根据客户的需要 进行特殊设计 光源 22 暗视野 亮视野 两种常见正向打光方式 光源 23 两种常见正向打光方式 光源 24 低角度 光源 25 前向光 光源 26 照明光
8、源 27 背光 光源 28 光源 29 传递 反射 镜面反射 漫反射 吸收 光源被检测零件特征 30 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 明视场 暗视场 背光 结构光 Dome光 同轴光 光源打光技术 31 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 Dome光 明视场 光源案例 32 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomingto
9、n MN55438 952 996 9500 白光得到各颜色 单色图像 光源彩色效果 33 偏振用于减少闪烁塑料或者玻璃 滤光镜 34 无滤色镜 红色滤色镜 绿色滤色镜 滤光镜应用 35 相机 工业相机有多种类型常见的分类方式如下黑白相机和彩色相机面阵相机和线阵相机CCD相机和CMOS相机模拟相机 数字相机 智能相机 36 相机 37 相机 面阵相机芯片是M N方式排列 线阵相机芯片是1 N方式 38 系统组成 相机 光学部件 软件最小可区别的特征大小系统测量精度 系统精度 重复精度影响因素分辨率 640 x480 1600 x1200光学部件质量软件分辨率测量 亚像素概念特征点 5x5像素区
10、域 成像系统分辨率 39 目标校正使用标准的圆点目标校正板镜头畸变补偿比例缩放 例如 在1英寸视场内有1000个像素 0 001 像素重新标定变化的检测必要条件 镜头 工作距离 光源等等 比例缩放无变形补偿值 单位值 像素 校正 40 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 图像黑白部分分割界限自动或者固定的阀值方法 0 25 0 75 灰度 阀值 41 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996
11、9500 边缘检测方法灰度值的变化率 梯度分析 42 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 较少多余的干扰提高被测的特征点或者边缘可能占用宝贵的检测时间方法 形态学方法改变亮度级别二值化 图像增强 43 全部或者部分图像可多重反复处理延长检测时间结果 改良后图像 但是 可能降低或者改变源特征 降低干扰 腐蚀 膨胀 打开 关闭 数学 44 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 全部或
12、者部分图像平衡亮度级别的不一致创建黑白图像结果 改良后的图像 图像增强 亮度级别 二值化 45 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 优化工具运行速度 节约检测时间 实现精确定位检测方法 边缘定位Blob定位模式匹配 46 定位 Origin工具 1到3个ROI单点中心功能结果 X Y 以及角度 47 定位 LineFind工具 1个ROI 单方向 多点 求平均 中心功能结果 直线以及角度 48 定位 Blob工具 多特征 blob 重心以及角度结果 X Y 以及角度 49 定位 Pat
13、ternFind 训练新的模式 作为标准模型 搜寻匹配结果 X Y 以及角度 匹配度 50 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 测量工具 直线 圆形测量公差 名义值 标定值 标定成图纸尺寸 方法 直线测量直线到基准测量圆形测量 51 测量 CircleGauge 多点 多点形成一个圆形 离群值检测结果 圆心 同心度 ID 内径 OD 外径 pass fail 52 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 9
14、52 996 9500 特征检测 多出 缺损特征以及缺陷检测方法 灰度分析灰度百分比像素统计Blob分析灰度像素聚合通过大小以及外形过滤模式匹配模板匹配 可训练 结果 条形码 字符读取 OCR 等 53 特征检测 AverageIntensity Contrast 多个ROI通过百分比 数量检测结果 亮度 像素数量 pass fail 54 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 特征检测 Blob分析 多个ROI外形过滤 面积 高度 宽度等 结果 blob序列 blob数量 pass f
15、ail 55 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 模式匹配 训练理想模式查找最佳匹配结果 定位 匹配率 pass fail 56 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 模板 Adaptive Greyscale 训练理想模式检测图像的不同部分结果 结果差异图像 blob数据 pass fail 57 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA
16、Bloomington MN55438 952 996 9500 读取工具 条形码 UPC 128 2of5 等等 数据点阵 光学字符识别 OCR训练字形库设置最小匹配率以及匹配字符结果 字符 pass fail 58 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 通讯工具 Pass Fail结果状态输出离散输出给机器控制理想控制 快速 直接通讯给出结果 检测数据给出过程控制 根据具体的硬件平台确定 数据 尺寸 亮度 百分比等等串口输出以太网口输出协议TCP IPEtherNet IPorPCCC ABPLC MODBUSActiveXOPCServer 59 PPTVISION Inc 6301OldShakopeeRoadSuiteA Bloomington MN55438 952 996 9500 视觉应用建立的基本思路 前期评估 拿到检测样品 要求 根据要求在实验室得到图像做出基本思路程序以及得出可行性结果 中期制作 根据前期评估制作出项目需要的硬件不见以及利用视觉分析软件编辑可
