想了解機(jī)器視覺必須知道的幾大點(diǎn)
機(jī)器視覺是人工智能正在快速發(fā)展的一個(gè)分支。簡(jiǎn)單說來,機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置,分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息,根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。
發(fā)展如今,中國(guó)正成為世界機(jī)器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一,應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。其重要原因是中國(guó)已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心,高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)線,使許多具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入了中國(guó)。
經(jīng)歷過長(zhǎng)期的蟄伏,2010年中國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)迎來了爆發(fā)式增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示當(dāng)年,中國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到8.3億元,同比增長(zhǎng)48.2%,其中智能相機(jī)、軟件、光源和板卡的增長(zhǎng)幅度都達(dá)到了50%,工業(yè)相機(jī)和鏡頭也保持了40%以上的增幅,皆為2007年以來的最高水平。
工作原理機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào),圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度,再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果,包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。
概述
機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合,常用機(jī)器視覺來替代人工視覺;同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中,用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成,是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。
典型結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括以下五大塊:
照明
照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素,它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(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(duì)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。光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白熾燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。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。另一方面,環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量,所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照明系統(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(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間,它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)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(cè)物上,根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變,解調(diào)出被測(cè)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,攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。
鏡頭
FOV(Field of Vision)=所需分辨率*亞象素*相機(jī)尺寸/PRTM(零件測(cè)量公差比)
鏡頭選擇應(yīng)注意:
①焦距②目標(biāo)高度 ③影像高度 ④放大倍數(shù) ⑤影像至目標(biāo)的距離 ⑥中心點(diǎn) /節(jié)點(diǎn)⑦畸變
視覺檢測(cè)中如何確定鏡頭的焦距
為特定的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的工業(yè)鏡頭時(shí)必須考慮以下因素:
· 視野 - 被成像區(qū)域的大小。
· 工作距離 (WD) - 攝像機(jī)鏡頭與被觀察物體或區(qū)域之間的距離。
· CCD - 攝像機(jī)成像傳感器裝置的尺寸。
· 這些因素必須采取一致的方式對(duì)待。如果在測(cè)量物體的寬度,則需要使用水平方向的 CCD 規(guī)格,等等。如果以英寸為單位進(jìn)行測(cè)量,則以英尺進(jìn)行計(jì)算,最后再轉(zhuǎn)換為毫米。
參考如下例子:有一臺(tái) 1/3” C 型安裝的 CCD 攝像機(jī)(水平方向?yàn)?4.8 毫米)。物體到鏡頭前部的距離為 12”(305 毫米)。視野或物體的尺寸為2.5”(64 毫米)。換算系數(shù)為 1” = 25.4 毫米(經(jīng)過圓整)。
FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫米
FL = 1464 毫米 / 64 毫米
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
FL = 0.19” x 12” / 2.5”
FL = 2.28” / 2.5”
FL = 0.912” x 25.4 毫米/inch
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
注:勿將工作距離與物體到像的距離混淆。工作距離是從工業(yè)鏡頭前部到被觀察物體之間的距離。而物體到像的距離是 CCD 傳感器到物體之間的距離。計(jì)算要求的工業(yè)鏡頭焦距時(shí),必須使用工作距離