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1、河北工程大学毕业设计河北工程大学理学学士学位论文论文题目： 机器视觉与图像采集的研究 论文作者： * 学 号： * 专 业： 应用物理学 指导老师： * 二零一二年五月摘 要机器视觉顾名思义就是让机器装上“人的眼睛”从而能够识别特定的物体。机器视觉系统主要由光源、镜头、相机和图像采集卡等硬件组成。本文在介绍机器视觉系统的构成基础上，主要做了一下几方面的工作：（1）阐述了机器视觉系统中光源、相机、镜头、图像采集卡等器件的工作原理，重要参数以及它们之间的选择搭配原则。（2）分析了机器视觉由于其精确性高，具有重复性，速度快，客观性好，成本低等优势在人类生活的各个方面得到了广泛的应用，例如：工业领域中
2、对钞票或纺织产品质量的检测，零件缺陷检测和定位等；在民用领域，农作物种子质量检验，医疗CT检测，智能交通；科学研究领域可以利用机器视觉进行材料分析、生物分析、化学分析和生命科学，如血液细胞自动分类计数、染色体分析、癌症细胞识别等；在军事领域视觉技术可用在航天、航空、兵器(敌我目标识别、跟踪)及测绘。（3）介绍了由于机器视觉技术越来越成熟和国家在机器视觉领域的资金和技术上的投入越来越多，机器视觉技术呈现出：价格持续下降，功能逐渐增多，产品小型化，集成产品增多等新特点，并且还出现了新的标准。关键词: 机器视觉，图像采集，摄像机，图像采集卡，光源。AbstractMachine vision as
3、the name suggesting is to allow the machine installed “eyes in order to be able to identify a specific object. Machine vision system is mainly composed of a light source, a lens, camera, image acquisition card and other hardware components. This article introduces the composition of machine vision s
4、ystems foundation：（1）The dissertation elaborates with emphasis in the working principle of the machine vision system: light source, lens, camera, image acquisition card and other devices, main parameters and the choice between them matching principle.（2）The article also described the machine vision
5、due to its high accuracy, being reproducible, fast speed, good objectivity, and low cost is widely used in all aspects of human life such as: Industry in the field of banknotes or textile product quality detection, defect detection and positioning parts; in civilian areas, crops seed quality inspect
6、ion, medical CT detection, intelligent traffic; scientific research field of the use of machine vision for material analysis, biological analysis, chemical analysis and the life science, such as blood cells for automatic counting and classification, chromosome analysis, cancer cell recognition; in t
7、he military field vision technology used in aerospace, aviation, ordnance ( friend or foe, target recognition tracking ) and mapping.(3) Finally, this paper describes as the technology of machine vision is becoming more and more mature and the country in the field of machine vision of the investment
8、 on capital and technology is becoming more and more, the machine vision technology presents new features: the price to drop continuously, function gradually increased, miniaturization, integration products increased. And some countries formulate a new standard.Keywords: machine vision，image capture
9、，camera，frame grabber，light source.II目 录摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 机器视觉系统简介11.2 机器视觉系统国内外发展现状1第2章 机器视觉技术系统及组件原理32.1 机器视觉系统的组成32.1.1光源照明32.1.2相机镜头52.1.3相机选择62.1.4 图像采集卡112.1.5 图像信号处理122.1.6 执行机构122.2 本章总结13第3章 机器视觉技术的应用及发展趋势143.1 机器视觉技术的应用143.1.1 工业领域143.1.2 民用领域143.1.3 科学研究领域153.1.4 军事领域153.2 机器视觉技术的
10、发展趋势153.2.1价格持续下降153.2.2功能逐渐增多153.2.3产品小型化153.2.4 集成产品增多163.2.5 新的标准16第4章 结 论17参考文献18致 谢19III第1章 引 言1.1 机器视觉系统简介机器视觉是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观世界的识别。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号传输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来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。一个典型的机器视觉系统一般包括图像
11、采集部分、图像处理部分、通信和I/O部分以及输出和执行机构等。图像采集是一个重要的环节，它将对象的可视化图像和特征转化为能被计算机处理的一系列数据。由于机器视觉系统强调精度和速度，所以需要图像采集部分及时、准确地提供清晰的图像，只有这样，图像处理部分才能在比较短的时间内得出正确的结果。由此可知图像采集部分的性能会直接影响整个机器视觉系统的性能。图像采集部分一般由光源、镜头、数字摄像机和图像采集卡构成。采集过程可简单描述为在光源提供照明的条件下，数字摄像机拍摄目标物体并将其转化为图像信号， 最后通过图像采集卡传输给图像处理部分。在设计图像采集部分时，要考虑到多方面的问题，主要是关于数字摄像机、图
12、像采集卡和光源方面的技术。1.2 机器视觉系统国内外发展现状1.2.1 机器视觉国外发展现状(1) 北美据“视觉系统国际”公司的市场调研报告，19992000年北美的机器视觉市场规模估计将从16.8亿美元增长到19亿美元（年增长率12.4%）。1999年，北美商业机器视觉市场（包括由系统集成商和原始设备制造商提供的附加值）规模估计为12.5亿美元（其中用于半导体工业的机器视觉系统为4.88亿美元）预计2000年可达到14亿美元（年增长率12.4%）。(2) 日本在2000年机器视觉市场有1,000亿日元，日本市场300400亿日元。以上是狭义上的机器视觉的数据，如果包含外表检查系统，包含画像和
13、关系较深的半导体制造装置和PCB等关联装置的话，图像处理关联的市场，在日本国内有数千亿日元的规模。图像处理本身是小市场,不过与之有密切的关系的图像处理关联的市场规模相当大。1.2.2 机器视觉国内发展现状1总的来说，目前在国内，这个行业的发展仍处于“婴儿”成长期。有机会接触到外国较先进的视觉系统的人，少之又少。因此，绝大多数从事这行业的人，多多少少都显得有点目光短浅。不过另一方面，国内从事视觉行业的人，个个都信心十足，甚至是“野心勃勃”。以现在中国大陆的发展速度，以及行业中人的干劲，相信不出几年就能够追上亚洲其他国家及地区的水平，如中国台湾、新加坡，甚至是日本。国内现在在应用机器视觉的企业是非
14、常的多，这些公司都是从国外或是中国台湾引进成套的设备中带有机器视觉系统，由于这些设备的引进，随之也就带动了国内机器视觉的发展，加上现在很多的国外境内企业开始了本地化的采购计划，所以国内目前从事机器视觉系统集成的公司开始也开始慢慢的活跃起来。我相信，在未来的几年内，机器视觉将成为国内一个热门的行业。第2章 机器视觉技术系统及组件原理2.1 机器视觉系统的组成一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块，如图1-1 首先采用CCD 摄像机获得被测目标的图像信号，然后通过A/ D 转换成数字信号传送给专用的图像处理系统， 根据
15、像素布、亮度和色彩等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，然后再根据预设的判别标准输出判断结果，去控制驱动执行机构进行相应处理2。图2-1 机器视觉系统图2.1.1光源照明1.光源类型 好的光源和照明是目前机器视觉应用系统成败的关键，应当具有以下特征: 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之间尽可能产生明显的区别，增加对比度保证足够的亮度和稳定性物体位置的变化不应影响成像的质量。几种常见的光源包括高频荧光灯，光纤卤素灯，LED灯等选择选择光源是要虑到光源的照明亮度、均匀度、发光的光谱特性要符合实际的要求，同时还考虑光源的发光效率和使用寿命。图2-2 各种光源表2-1 几种主要光源的特性光源颜色寿命/h发光亮度特点卤素灯白色，偏黄5000-7000很亮发热多，较便宜荧光灯白色，偏绿5000-7000亮较便宜LED灯红，黄，绿，白蓝6000-100000较亮固体，能做成很多形状氙灯白色，偏蓝3000-7000亮发热多，
