视觉系统 技 术 指 南 811 光电传感器 区域传感器 接近传感器 压力传感器 可编程逻辑 控制器 条码读取器 视觉系统 静电消除系统 位移传感器 显微系统 激光刻印机 外壳防护等级 通信方法 光透过型 测量仪器 () () () () () 环境光 (阳光/照明光) 由目标反射，反射光通过镜头汇聚 目标图像聚焦在 2D CCD 摄像元件上 与亮度成比例的视频信号 (模拟信号) 从 CCD 摄像元件发 送到控制器控制器根据模/数转换后的数据 (8 位 = 256 级) 检测目标面积、形状或位移方面的差异 1. 图像处理 图像处理是将 CCD 照相机所捕获的目标图像转换成数字信号，然后对该信号执行各种算术运算，从而提取目标的特性， 如面积、长度、质量及位置等最后，根据预设的容差极限输出微分结果 图像处理流程图 1. CCD 照相机的图像输出 如右图所示，在摄像元件 (CCD) 聚焦的目标图案作为电 荷存储，此电荷与图像每个部分的亮度 (入射光线量) 成 比例随后从边缘顺序读取 (扫描) 此数据，接着转换成 级别 (亮度/暗度信息) 随时间而变化的图像信号图像信 号作为视频信号与垂直同步信号 (它定义画面的起点) 和 水平同步信号 (它定义扫描线的起点) 一起输出。
这些同 步信号对于重新构造图像必不可少 2. 图像处理基础知识 目标镜头 摄像元件 扫描画面 视频信号 水平同步信号 技 术 指 南 812 光电传感器 区域传感器 接近传感器 压力传感器 可编程逻辑 控制器 条码读取器 视觉系统 静电消除系统 位移传感器 显微系统 激光刻印机 外壳防护等级 通信方法 光透过型 测量仪器 视觉系统 812 2. 图像扫描 扫描是通过从画面左上角开始依次向下描绘水平线，从而 将 CCD 捕获的图像传输到 CRT每条线都称为扫描线 有两种 NTSC (National Television System Committee， 中译“美国国家电视制式委员会”) 扫描标准: 逐行与隔行 逐行扫描 从扫描线 1 依次扫描到扫描线 525，然后再次从扫描线 1 开始，每秒 30 次，如 “图 1” 所示 隔行扫描 首先扫描编号为奇数的扫描线 (奇数场)，然后扫描编号为 偶数的扫描线 (偶数场)，如 “图 2” 所示图像区域每秒 扫描 60 次，但由于一次只扫描一半的扫描线，因此整个 画面区域 (称为帧) 的扫描帧速率是每秒 30 帧 CV 系列遵循 NTSC 标准的逐行扫描。
图 1: 逐行扫描 图 2: 隔行扫描 3. 二值数字转换 照相机发送的视频信号是模拟信号要将视频信号用于各 种微分与测量，必须将模拟信号转换成数字信号要将视 频信号从模拟信号转换成数字信号，需要为它设置一个阈 值水平比阈值水平更亮的区域定义为 “白色”，比二值水 平更暗的区域定义为 “黑色”对应于白色像素的数字信号 定义为 “1” (= HI)，对应于黑色像素的那些则定义为 “0” (= LO) 4. 像素 照相机发送的视频信号包含随时间而变化的亮度/暗度信 息不过，时间 (画面上的位置) 无法使用此信号来确定 如果根据具有指定频率的时钟脉冲来划分扫描线 (如前一栏 所示)，则可以确定画面上的水平位置由于垂直位置本来 就可以由扫描线编号确定，因此画面被划分成网格状网 格中的每个元素都称为一个像素目标图像可以看作是白 色与黑色像素的组合所有的处理工作都基于像素执行 5. 灰度处理 除二值转换法之外，图像处理器件中还使用灰度处理法 CV 系列采用灰度处理法，此方法基于照相机所捕获的图 像的亮度渐变数据 二值转换法仅能识别白色或黑色 (1 或 0) 数据灰度处理方 法将亮度渐变分成 8 位 (256 级)，并根据所有的数据来获得 微分结果。
因此，此方法能够提供更好、更精确的检测 技 术 指 南 813 光电传感器 区域传感器 接近传感器 压力传感器 可编程逻辑 控制器 条码读取器 视觉系统 静电消除系统 位移传感器 显微系统 激光刻印机 外壳防护等级 通信方法 光透过型 测量仪器 视觉系统 6. 颜色处理 (通过颜色提取进行颜色二值 转换) 来自照相机的彩色视频信号由图像的模/数转换过程转换成 RGB 数字数据此数据用于进行微分运算，以便从接收到 的 RGB 数据中获得 R- (负号)、G、B-G 以及 R-B 数据 这六个颜色信息参数用于检查与指定颜色的匹配程度这 是通过以下方法实现的: 在画面上设置范围，然后提取与前 面指定颜色相匹配的颜色接着，以二值方式将每个像素 转换成提取的像素或不提取的像素这种微分运算处理确 保即便对于很暗的颜色与高速处理，提取过程也非常稳定 7. 颜色浓淡级别处理 颜色信息数据分为 256 个级别 根据提取的颜色，将各种颜色分成 256 个级别提取的颜 色指定为 255 级，颜色浓淡同提取的颜色差别越大的其它 颜色指定为越靠近 0 级与颜色二值转换不同，颜色浓淡 级别处理利用 256 级浓淡数据，因此即便目标的颜色由于 个体差异而有所不同时，检测过程也非常稳定。
与颜色二 值转换相似，这六个参数也用于内部运算 示例: 红色 (R) 的情况如下文阐述这些阐述同样适用于其它参 数) 颜色浓淡级别处理的特点 1. 即便是在环境亮度发生改变或是目标的颜色由于个体 差异而有所不同时，颜色浓淡级别处理也确保能得到 比二值转换更稳定的检测结果 2. 由于颜色浓淡级别处理利用 256 级数据，因此对于位 置测量，它比二值处理更高效可以进行子像素处理) 8. 滤镜处理基础知识 术语 “滤镜处理” 是指为了增强图像上的某些特定特征而 应用于原始捕获图像的修改典型情况下，滤镜将根据从 周围像素 (使用所修改像素周围的 3 x 3 区域) 收集到的信 息来更改单个像素的属性三个图像 (0 至 255 色调) 都 在垂直与水平方向上进行滤镜处理对 512 x 480 像素进 行滤镜处理，需要进行 240,000 次 扩展滤镜 “扩展”滤镜将使用周围 3 x 3 像素网格中的最亮值替换中 心像素此种处理有助于消除暗色的噪点成分请参阅 下面的示意图) 收缩滤镜 相反，“收缩” 滤镜则使用周围九个像素中的最暗值替换中 心像素此种处理有助于消除亮色的噪点成分请参阅 下面的示意图)。
诸如灰尘或污垢之类的细微缺陷可以使用 “扩展” 滤镜进 行消除，或是使用 “收缩” 滤镜进行增强 952 353 210 952 393 210 952 303 210 扩展 收缩 中心像素替换成最大值 “9” 中心像素替换成最小值 “0” 3 乘 3 像素滤镜原理示意图 滤镜处理示例 原始图像 经过 “扩展” 滤镜处理经过 “收缩” 滤镜处理 技 术 指 南 814 光电传感器 区域传感器 接近传感器 压力传感器 可编程逻辑 控制器 条码读取器 视觉系统 静电消除系统 位移传感器 显微系统 激光刻印机 外壳防护等级 通信方法 光透过型 测量仪器 视觉系统 814 1. 图案匹配 识别图像的图案 参考图像的目标图案注册并存储在图案窗口中随后，图 案窗口从左上角向右下角扫描指定的搜索窗口，以便检测 同已注册图像最匹配的位置 参考图像注册的图像搜索检测 “图案” 窗口“搜索” 窗口 使用灰度处理的图案匹配 图案匹配功能使用灰度图像处理方法 (它给每个像素指定 256 级灰度)，从而识别目标的图案相反，二值处理仅将 图像识别成黑色与白色 参考图像 照相机捕获的图像 Y 坐 标 X 坐标 Y 坐标 X 坐标 256 级 概念图 使用颜色提取的图案匹配 CV-3000/700 系列彩色影像系统在识别存储在图案窗口中 的图案时，不但使用亮度，而且还使用 RGB 技术 (它给 每个像素指定 256 级颜色)。
CV-3000/700 系列最适合用 于检测形状相同但颜色不同的目标 PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN � 参考图像参考图像 2. 子像素处理 一般的图像处理是在 1 个像素单位上执行，而子像素处理 方法则是在 0.1 像素单位上执行位置检测这样便可以实 现高精度位置检测，从而将应用范围扩展到高精度定位以 及位置测量方面 顶点位置可以精确检测到 顶点位置无法精确检测到 分辨率高达传统方法的 10 倍 3. 正规化相关方法 不受亮度变化影响的精确图案匹配 灰度图案匹配方法将参考图像图案的每个像素识别为 256 级灰度之一，然后比较此数据与画面上的图像的信息，从 而检测位置不过，由于灰度数据的绝对值很容易受到环 境光变化的影响，使用此方法有时很难精确地检测位置 3. 图像处理原理 技 术 指 南 815 光电传感器 区域传感器 接近传感器 压力传感器 可编程逻辑 控制器 条码读取器 视觉系统 静电消除系统 位移传感器 显微系统 激光刻印机 外壳防护等级 通信方法 光透过型 测量仪器 视觉系统 边缘检测方向 投影波形 亮 (255 级) 暗 (0 级) 投影方向 1 像素 平均强度 正规化相关方法可以实现稳定的图案匹配，而不受环境光 的影响。
如下面的图片所示，参考图像与输入图像的每个 像素的亮度 (灰度数据) 都减去整个图像的平均亮度这 就是所谓的正规化，它可以消除两个整幅图像的亮度差 异随后，图像被放到参考图像与输入图像的图案最匹配 (即相关度最高) 的位置，从而精确检测到图像中目标图案 的位置 传统方法 PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN � PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN � 参考图像 搜索图像中的 “KEYENCE” 字样 比较 输入图像 图像太暗， 搜索不到 正规化 正规化 正规化相关方法 PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN � PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN � 正规化之 后，图像可 以搜索，以 便进行图案 匹配。
相关 4. 边缘检测 通过在图像画面上设置边缘检测窗口，您可以在图像范围 内确定亮度发生变化的部分，并将它识别为边缘此方法 对于检测边缘的绝对坐标或检验工件的尺寸均非常有效 PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378,236 MASK – – –, – – – – – –, – – – DETECT MEASURE 001329 TOL H=000000 L=000000 T=000017 RAW SCRN ● PROG WINDOW 1 COLOR MEASURE 248,168 378。