機(jī)器視覺與視覺檢測知識點歸納.docx

上傳人:小** 文檔編號:16652824 上傳時間:2020-10-20 格式:DOCX 頁數(shù):7 大?。?4.26KB
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1、一 總介 使用機(jī)器視覺系統(tǒng)五個主要原因: 1. 精確性(無人眼限制) 2. 重復(fù)性(相同方法檢測無疲憊) 3. 速度(更快檢測) 4. 客觀性(無情緒主觀性) 5. 成本(一臺機(jī)器可承擔(dān)好幾人工作) 機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成: 光學(xué):1.相機(jī)與鏡頭;2.光源; 過渡:3.傳感器(判斷被測對象位置及狀態(tài));4.圖像采集卡(把相機(jī)圖像傳到電腦主機(jī)); 電學(xué)(計算機(jī)): 5.PC平臺;6.視覺處理軟件;7.控制單元。 機(jī)器視覺系統(tǒng)一般工作過程:1.圖像采集;2.圖像處理;3.特征提??;4.判決和控制。 機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點:1.非接觸測量;2.具有較寬的光譜響應(yīng)范圍;

2、3.連續(xù)性;4.成本較低;5.機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成;6.精度高;7.靈活性。 機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域兩大類:科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用 科學(xué)研究主要對運(yùn)動和變化的規(guī)律作分析; 工業(yè)方面主要是在線檢測產(chǎn)品,機(jī)器視覺所能提供的標(biāo)準(zhǔn)檢測功能主要有:有/無判斷、面積檢測、方向檢測、角度測量、尺寸測量、位置檢測、數(shù)量檢測、圖形匹配、條形碼識別、字符識別、顏色識別等。 二 機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成 相機(jī)的主要特性參數(shù): 分辨率:衡量相機(jī)對物象中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力。 最大幀率:相機(jī)采集傳輸圖像的速率。 曝光方式和快門速度;o(* ̄) ̄*)o? 像素深度:每一個像素數(shù)據(jù)

3、的位數(shù)。 固定圖像噪聲:不隨像素點的空間坐標(biāo)改變的噪聲。 動態(tài)范圍等 CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)的區(qū)別: 1. 設(shè)計:CCD是單一感光器,CMOS是感光器連接放大器。 2. 靈敏度:同樣面積下,CCD靈敏度高;CMOS由于感光開口小,靈敏度低。 3. 成本:CCD線路品質(zhì)影響程度高,成本高;CMOS由整合集成,成本低。 4. 解析度:CCD連接復(fù)雜度低,解析度高;CMOS新技術(shù)解析度高。 5. 噪點比:CCD信號單一放大,噪點低;CMOS百萬放大(每個像素都有各自的 放大器),噪點高。 6. 功耗比:CCD需外加電壓,功耗高;CMOS直接放大,功耗低。

4、 鏡頭主要參數(shù): 焦距:從鏡頭中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離,其大小決定視角大小(焦距小視角大觀察范圍大,焦距大視角小觀察范圍?。? 光圈/相對孔徑:光圈即通光量,大小為f/D,相對孔徑是光圈的值的倒數(shù)。 視野范圍:衡量鏡頭成像范圍,是相機(jī)實際拍到區(qū)域的尺寸。 景深:在被攝物體聚焦清楚后,在物體前后一定距離內(nèi),其影像仍然清晰的范圍,其隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化。 接口、工作距離、像面尺寸、分辨率等 鏡頭劃分: 根據(jù)焦距是否能調(diào)節(jié),分為定焦與變焦兩種。依據(jù)焦距長短,定焦分為魚眼、

5、短焦標(biāo)準(zhǔn)、長焦。焦距的長短劃分以像角的大小為主要劃分依據(jù)。 鏡頭的選擇: 機(jī)器視覺應(yīng)該考慮的四個主要因素: 1. 波長、變焦與否 確定鏡頭的工作波長及是否需要變焦。 2. 特殊要求優(yōu)先考慮 是否有測量功能,是否需要使用遠(yuǎn)心鏡頭,成像的景深是否很大等。 3. 工作距離、焦距o(* ̄) ̄*)o? 4. 像面大小和像質(zhì) 所選鏡頭像面大小要與相機(jī)感光面兼容,遵循“大的兼容小的”原則。 5. 光圈和接口 光圈影響像面亮度,鏡頭接口需和像面接口匹配,不能匹

6、配就需考慮轉(zhuǎn)接。 6. 成本和技術(shù)成熟度 基本分析如下:案例:給硬幣檢測成像系統(tǒng)選配鏡頭。(詳細(xì)P44) 與白色LED光源配合使用,鏡頭應(yīng)是可見光波段,定焦鏡頭; 用于工業(yè)檢測,其中帶有測量功能,所以要求畸變較?。? 工作距離和焦距要滿足一定關(guān)系; 選擇鏡頭像面應(yīng)該不小于CCD尺寸,即至少2/3in; 鏡頭的接口要

7、求是C口,能配合相機(jī)使用。 圖像采集卡: 概述: 將攝像機(jī)的圖像視頻信號,以幀為單位,送到計算機(jī)的內(nèi)存和VGA幀存。一般連接在臺式機(jī)的PCI擴(kuò)展槽上。 基本原理與技術(shù)參數(shù): 圖像采集卡基本結(jié)構(gòu)大致相同,其基本組成模塊各個部分主要構(gòu)成及功能: 視屏輸入模塊:是圖像采集卡的前端,直接與相機(jī)相連。 A/D轉(zhuǎn)換模塊:圖像采集卡核心部分,將輸入的模擬

8、視屏信號轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以識別的數(shù)字信號。 時序及采集控制模塊:包括圖像采集卡中整個時序、同步、采集控制電路。 圖像處理模塊:對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理。(實時轉(zhuǎn)換數(shù)字信號為數(shù)據(jù)圖像等,盡管可由主機(jī)來完成,但用圖像采集卡硬件可獲得更高的處理速度)。 PCI總線接口及控制模塊:完成對數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的傳輸。 相機(jī)控制模塊:提供相機(jī)的設(shè)置及其控制信號o(* ̄) ̄*)o? 數(shù)字輸入、輸出模塊

9、:用于控制和響應(yīng)外部信號。 分類: 按圖像采集卡主要特性分: 可分為彩色圖像采集卡與黑白圖像采集卡、模擬圖像采集卡與數(shù)字圖像采集卡、面陣圖像采集卡和線陣圖像采集卡。 按用途劃分: 可分為廣播級(分辨率高,支持高清和標(biāo)準(zhǔn),但所需硬盤空間大),專業(yè)級(性能比廣播級稍低,分辨率相同,但壓縮比稍大一些),民用級(動態(tài)分辨率一般較低)。 機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理,選擇

10、機(jī)器視覺光源時應(yīng)該考慮的主要特性: 1. 亮度:最佳選擇是最亮的那個。 2. 光源均勻性:不均勻的光會造成不均勻的反射。 3. 光譜特征:光源顏色及物體表面顏色決定反射到攝像頭的光能大小及 波長。 4. 壽命特性:為使圖像處理保持一致的精確,視覺系統(tǒng)必須保證長時間獲得穩(wěn)定一致的圖像(光源一般需要持續(xù)使用)。 5. 對比度:對比度對機(jī)器視覺來說非常重要。機(jī)器視覺應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對比度,從而易于特征的區(qū)分。 光源的選型: 1.選擇光照角度: 根據(jù)期望的圖像效果,選擇不同

11、入射角度的光源。高角度照射,圖像整體較亮,適合表面不反光物體;低角度照射,圖像背景為黑,特征為白,可以突出被測物輪廓及表面凹凸變化;多角度照射,整體效果柔和,適合曲面問題檢測;背光照射,圖像效果為黑白分明的被測物輪廓,常用于尺寸測量;同軸光照射,圖像效果為明亮背景上的黑色特征,用于反光強(qiáng)烈的平面物體檢測。 2.選擇光源的顏色: 使用與被測物同色系的光會使圖像變亮(如紅紅);使用與被測物相反色系的光會使圖像變暗(如紅藍(lán));波長越長,穿透能力越強(qiáng);波長越短,擴(kuò)散能力越強(qiáng)。紅外的穿透能力強(qiáng),可進(jìn)行棕色玻璃瓶雜質(zhì)檢測(透光性差);紫外擴(kuò)散能力強(qiáng),對表面細(xì)微特征敏感,可進(jìn)行食用油

12、瓶上的文字檢測(對比不明顯)。 3.選擇光源的形狀和尺寸: 通常情況下選與被測物體形狀相同的光源。尺寸選擇,要求保障整個視野內(nèi)光線均勻,略大于視野為佳。 4.選擇是否使用漫射光源: 如被測物體表面反光,最好用漫反射光源。 三 機(jī)器視覺成像技術(shù) 光源的作用,就是獲得對比鮮明的圖像,具體有: 1.將感興趣部分和其他部分的灰度值差異加大。 2.盡量消隱不感興趣部分。 3.提高信噪比,利于圖像處理。 4.減少因材質(zhì)、照射角度對成像的影響。 適當(dāng)?shù)恼彰髟O(shè)計,有能使圖像中的目標(biāo)信

13、息與背景信息得到最佳分離,以降低圖像處理算法的難度等優(yōu)點。最佳照明方法和光源的選擇往往需要大量的試驗。 光源的種類: 1.自然光源:即太陽光源。 2.人工光源:即燈光光源,大多在自然光照度很低和夜晚攝像使用。 人工光源有: 1. 熒光燈:主要優(yōu)點發(fā)光效能高,光線較分散,廣泛用于較柔和的照明。 2. 鹵素?zé)簦航饘冫u素?zé)糇畲髢?yōu)點是發(fā)光效能高,其不能立即點亮。 又名冷光源,適合對環(huán)境溫度比較敏感的場合。 O(* ̄) ̄*)o?

14、 3.氣體放電光源o(* ̄) ̄*)o? 4.發(fā)光二極管:簡稱LED,與傳統(tǒng)光源相比優(yōu)點:壽命長、啟動時間短、結(jié)構(gòu)牢固、發(fā)光效能高、能耗小、模型簡單、發(fā)光的方向性很強(qiáng)。 5.激光光源o(* ̄) ̄*)o? 選擇光源應(yīng)考慮的系統(tǒng)特性:1.對比度(非常重要);2.亮度;3.魯棒性;4.光源可預(yù)測;5.物體表面;6.控制反射;7.表面紋理;8.表面形狀等。 合適的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的對比度、亮度足夠,且對部件的位置變化不敏感 。機(jī)器視覺關(guān)心的是反射光(使用背光除外)

15、,光源控制的訣竅歸結(jié)到一點就是如何控制光源反射。如果能控制好光源的反射,那么就可以獲得優(yōu)質(zhì)圖像。 六種照明技術(shù): 1. 一般目的:通用一般采用環(huán)狀或點狀照明。 2. 背光照明:產(chǎn)生很強(qiáng)對比度,常用于檢測輪廓。 3. 同軸照明:對于實現(xiàn)扁平物體且有鏡面特征的表面的均勻照明很有用。 4. 連續(xù)漫反射照明o(* ̄) ̄*)o? 5. 暗域照明:相對于物體表面提供低角度照明; 6. 結(jié)構(gòu)光:可測量相機(jī)到光源的距離。 彩色照明技術(shù): 顏色三種基本屬性:亮度、色調(diào)、飽和度。 真彩色:R,G,

16、B三波段的合成顯示圖, 假彩色:任意非R,G,B波段的合成圖, 偽彩色:只含有一個任意波段的圖像顯示 四 機(jī)器視覺核心算法 圖像預(yù)處理: 圖像預(yù)處理主要目的是消除圖中無關(guān)的信息,恢復(fù)有用的真實信息,增強(qiáng)有關(guān)信息的可檢測性和最大限度地簡化數(shù)據(jù)。 預(yù)處理過程一般有數(shù)字化、幾何變換、歸一化、平滑、復(fù)原和增強(qiáng)等步驟。 由于外界環(huán)境或設(shè)備本身原因,通常所獲取的原始數(shù)字圖像質(zhì)量不是非常高,因此在對圖像進(jìn)行邊緣檢測、圖像分割等操作前,一般都需要對原始數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理(改善視覺效果和突出特征),圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理技術(shù)

17、中最基本的內(nèi)容之一,也是圖像預(yù)處理的方法之一。 圖像增強(qiáng)可分為:基于空間域的(直接處理圖像像素)如均值濾波,中值濾波;基于頻率域(修改圖像傅里葉變換為基礎(chǔ))的如低通濾波,高頻濾波器。 空間濾波的基本步驟:1.建立一個掩模;2.在待處理的圖像中逐點移動掩模;3.在每一點(x,y)處作相應(yīng)的運(yùn)算 頻域濾波的基本步驟:1.傅里葉變換;2.頻率域濾波處理:3.傅里葉反變換(低頻的信號包含了圖像的粗糙背景信息,高頻的信號攜帶了圖像的細(xì)節(jié)部分信息)

18、 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué):即是用具有一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量和提取圖像中的對應(yīng)形狀以達(dá)到對圖像分析和識別的目的。基本運(yùn)算有:膨脹、腐蝕、開運(yùn) 算和閉運(yùn)算(形態(tài)運(yùn)算實質(zhì)上是一種二維卷積運(yùn)算)。 灰度均衡的目的是為了校正不均勻照射。 灰度直方圖反映一副圖像中各灰度級與各灰度級像素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系。 邊緣檢測:計算機(jī)視覺模仿人類視覺認(rèn)識目標(biāo)過程(先分離邊緣,再知覺、辨認(rèn)),檢測物體邊緣時,先對其輪廓點進(jìn)行粗略檢測,然后通過鏈接規(guī)則把原來檢測到的輪廓點連接起來,再作相應(yīng)處理。圖像的邊緣是圖像的重要特征。 邊緣檢測算法四個步驟:1.濾波:主要基于圖像強(qiáng)度的導(dǎo)數(shù),導(dǎo)數(shù)計算對噪聲敏感;2.增強(qiáng):一般通過計算梯度幅值,凸顯鄰域強(qiáng)度有顯著變化的點;3檢測:通過梯度幅值閾值,檢測出凸顯的點中的邊緣點;4.定位o(* ̄) ̄*)o? 邊緣檢測算法:梯度算子、方向算子、拉普拉斯算子和坎尼算子等

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