凤凰体育平台 视觉系统

2021-02-09 11:04:45 浏览: 156次 来源:【jake推荐】 作者:-=Jake=-

视觉检测系统介绍偏光片事业本部李强 2016年7月һ视觉系统概述二视觉系统组成三视觉系统的设计一、视觉系统概述1.1什么是视觉系统 视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。通过机器 视觉产品将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像 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;然后图像处理系统通过一定的矩阵、线性变换,将 原始图像画面变换成高对比度图像,并抽取该图像的特征信 号后与标准画面进行对比、判别,再根据判别的结果来控制 现场的设备动作或数据统计,方便工艺质量的提高。 视觉检测在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功 能方面具有不可估量的价值。1.3 视觉系统的优势所在1:非接触式测量对于观测者及被观测者不会出现任何损失,提高系统可靠性2:光谱相应范围大有较宽的光谱相应范围,例如人眼看不到的红外测量,扩展人的视觉 范围3:不间断工作只要有电,可以24小时不间断检测4:功能完善可以进行零部件的尺寸定位、大小测量、缺陷检测。1.2 视觉系统发展历程国外提出视觉 检测概念开始真正 发展发展正轨高速发展并 趋向成熟20世纪50年代20世纪70年代20世纪80年代 20世纪90年代 刚起步21世纪 发展期,并 加速发展国内?与人工的优势对比机器视觉自动检测 1:效率 2:速度 3:精度 4:可靠性 5:工作时间 6:信息集成 7:成本 8:环境 效率高 高速度 高精度 检测效果稳定可靠 可24小时不间断工作 方便信息集成 成本不断降低,一次性投入 适合恶劣、危险环境 人工检测 效率低 速度慢 受主观影响,精度一般 易疲劳,受情绪波动 工作时间有限 不易信息集成 人力和管理成本不断上升 不适合恶劣和危险环境1.4 应用领域●识别A:标准一维码、二维码的解码 B:字符、商标的识别(OCR)与确认(OCV) ●检测 A:色彩、瑕疵的检测(偏光片) B:零部件有无缺失的检测 C:目标位置和方向的安装检测确认 ●测量 A:尺寸及容量的检测 B:预设标记的测量,如孔距的测量●机械手的引导A:生成空间坐标,引导机械手精确定位1.5 国内外视觉厂商?国外:美国:康耐视(1981)(系统集成方便,主营视觉传感器部分,产品多)邦纳(197?)(视觉为其产品之一,主营业务为自动化解决方案)日本:基恩士(1974)(自动化解决方案,产品范围广,包括PLC、HMI、电机、各种图形、流量传感器)?国内:北京凌云、大恒二、视觉系统组成三大组成部分视觉系统分三大块:图像获取;图像处理与传输;计算机后 台。

图像获取:光源、场景、相机 图像数字化处理与传输:图像采集卡 图像分析及动作:现场工控机及软件2.1 照明(光源)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?直接影响处理的精度与速度,甚至系统的成败照明光源的分类:2.1.1 LED光源 特点1:使用寿命长,可达1W-3W小时 2:由于LED光源是采用多颗LED排列而成,可以设计成复杂的结构,实 现不同的光源照射角度。3:反应快捷,可在10微妙或更短时间内达到最大亮度;电源带触发,可以通过计算机控制。 4:有多重颜色可选包括红、绿、篮、白、还有红外、紫外。针对不同的检测物体的表面特征和材质,选用不同颜色,也就是不同波长的光源,达到理想的拍摄效果;2.1.2 卤素灯光源卤素光源也叫光纤光源凤凰体育 ,因为他是通过光纤传输的, 他真正发光的是卤素灯泡,功率很大,可达100多瓦。高亮 度卤素灯泡,通过光学反射和一个专门的透镜系统,进一 步聚焦提高光源亮度。 卤素灯还有一个名字叫做冷光源。 特点 1:适合对环境比较敏感的物件的场合 2:光亮度和色温基本不变化 3:寿命不长 4:适合小范围照明 5:能耗高 6:点亮速度慢2.1.3 高频荧光灯 高频荧光灯的原理和日光灯类似,只是灯管部分是工 业级的,采用高频电源,是利用低气压的汞蒸气在通电后 释放紫外线,从而使荧光粉发出可见光的原理发光。

特点 1:灯光会随着交流电变化产生闪烁,高频基本察觉不 到 2:适合大面积均匀照明 3:价格便宜 4:不适合频繁点亮 5:点亮速度慢2.2 光源照射方式(6种方式) 2.1.1 环形光照明此种照明方式是最普遍的亚博体彩 ,可以很方便的安装在摄像头上。其特点如下: 1:可以消除LED产生的眩光和反射,具备无影功能2:LED侧面发光,经平面倒光材料漫射导光,均匀性好3:轻巧,紧凑的结构设计便于安装,可替代同轴光源 适合于大多数场合2.1.2 背光照明背光照明是将光源放置在相对于摄像头的物体的背面。这种照明方式 与别的照明方式有很大不同因为图像分析的不是反射光而是入射光。 其特点如下: 1:可强烈凸显物体的轮廓特征 2:无法判别物体的表面特征 适用场合:适合外形检测,胶片污点检测,透明物体划痕检测。2.1.3 同轴光照明同轴光照明是从侧面将光线发射到半反射镜上,反射镜再将光线反射 到工件上,光线照射到工件后返回相机,而工件表面如刻印凹凸不平部 分产生漫反射,相机接收不到光,这样使得工件边缘点形成对比度。同轴光特点如下: 1:高密度的LED使得亮度大幅提高2:成像清晰,亮度均匀,且离工件越远,约不易接收到漫反射光,能形成更大的清晰度与对比度。

适用场合:适合反射度极高的平面物体,包括金属、玻璃、胶片等表面的划伤。2.1.4 结构光光照明同轴光照明是将光栅或者线光源投射到待测物体,感觉投射到工件上所产生的畸变,解调出被测物体的三维信息。2.1.5 连续漫反射照明 LED安装在表面内且向圆顶内照射,因 此圆顶光源向各个角度发生间接光源。对于形状复杂的工件,圆顶光源可以将工件各个角度照亮,从而消除了反光不均匀 的地方。适用场合:适合各种形状复杂的工件连续漫反射照明效果2.1.6 暗域照明暗域照明是相对于物体表面提供低角度照明。使用相机拍摄镜子 使其在其视野内,如果在视野内能看见光源就认为使亮域照明,相反 的在视野中看不到光源就是暗域照明。因此光源是亮域照明还是暗域 照明与光源的位置有关。 典型的,暗域照明应用于对表面部分有突起的部分的照明或表面 纹理变化的照明。2.3 相机暗域工业相机又叫摄像机视觉系统,对比传统的民用相机而言澳彩官方网站 ,工业相机在图像稳定性、抗干扰能力和传输能力上有着更高更大的优势, 是组成及其视觉系统的关键部分,工业相机的性能好坏决定着机器视觉系统的稳定性。相机的分类 2.3.1 按不同感光芯片分A:CCD摄像机CCD称为电荷耦合器件,英文名为“Charge Coupled Device”,其感光元 件集成在半导体单晶材料上面。

B:CMOS摄像机CMOS称为“互补金属氧化物半导体”,英文名为(Complementary Metal Oxide Semiconductor),其感光元件被集成在氧化物的半导体材料上。CCD与CMOS的区别? 内部结构的区别CCD的成像点为X-Y纵横矩阵排列,每个成像点由一个光电二极管和其控制 的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线转换为电荷,聚集的电子数量 与光线的强度成正比。在读取这些电荷时,各行数据被移动到垂直电荷传输方 向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出,再通过电荷/电压转换器和放大器 传感。 CMOS传感器周围的电子器件,如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转 换器等,可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感器的构造如同一个存储器, 每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管,以及一个放大器视觉系统,覆盖在整个传感器上的是金属互连器(计时应用和读取信号)以及纵向排列的输出信号互连器,它可以通过简单的X-Y寻址技术读 取信号。CCD与CMOS的区别?外部结构的区别CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息,速度较慢;CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同时处理各 单元的图像信息,速度比CCD电荷耦合器快很多。

?特点对比总结CCD灵敏度 成本 解析度 噪点比 同样芯片面积下灵敏度高 线路复杂,成本高 连接复杂度低,解析度高 放大器少,噪点低CMOS同样面积灵敏度低 CMOS整合集成,成本低 低 放大器多,噪点高功耗比速度附属电路多,功耗高多个像素通过一个放大器,图像速度慢附属电路少乐鱼体育网亚博全站 ,功耗低每个像素一个放大器,图像读取快相机的分类2.3.2按像素排列方式分A:面阵摄像机此类摄像机是我们常见的形式,比如我们平常见到的普通摄像机。其像素是按行列整齐排列的,我们常说的分辨率就是知道像素的个数。B:线阵摄像机此类型是一种比较特殊的形式,其像素是一维线状排列的,即只有一行像素,每次只能采集一行的图像数据,线阵相机,机顾名思义是呈“线”状的。虽然也是 二维图象,但极长,几K的长度,而宽度却只有几个象素的而已。面阵相机感光片线阵相机感光片线阵相机与面阵相机的成像对比?面阵相机?线阵相机线阵相机与面阵相机的如何选择线阵相机? ? 在被测量物件为细长的带状时选择 测量物体存在较大程度的反光?? ?需要极大的视野及极高的精度、分辨率需要配合编码器进行连续的拍照,以及需要特殊的镜头及光源(线光源) 适合拍摄静态的物件,当然不绝对(因为本身相机需要和物件相对移动)面阵相机? ? ? ? 需要实时的检测生产线工件的情况下 对分辨率要求不高的情况下 对生产成本要求严格的情况下 适合拍摄动态和静态相机的分类 2.3.3 按不同的输出信号分类A:模拟摄像机模拟摄像机输出的信号形式为标准的模拟 了视频信号,需要配专门的图像采集卡才能 转化为计算机可以处理的数字信息。

模拟摄 像机一般用户电视摄像和监控领域,具有通 用性好、成本低的特点,但一般分辨率较低, 采集速度慢,而且在图像传输过程中容易受 到噪声干扰,导致图像质量下降,所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。B:数字摄像机数字摄像机是在内部集成了AD转换电 路,可以直接将模拟量的图像信号转化为 数字信息,不仅有效避免了图像传输线路 中的干扰问题,而且由于摆脱了标准视频 性格上的制约,对外的信号传输使用更加高速和灵活的数字信号传输协议,可以做成各种分辨率的形式。模拟相机和数字相机的如何选择模拟相机? ? ? 对图像要求质量不高情况下 对项目成本控制比较严 传输距离比较长数字相机? ? ? ? 需要全厂系统集成 对分辨率要求高的情况下 对项目成本要求不高 传输距离比较远2.4 图像采集卡图像采集卡是将视频信号经过AD转换后,将视频转 换成电脑可使用的数字格式,经过PCI总线实时传到内存和显存。在采集过程中,由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式,图像传送速度评价50-90MB/S, 可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送,并且几乎不占用CPU时间,留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。

在实际使用中,有可能在传输瞬间不能满足高传输 率的要求。为了避免与其他PCI设备产生冲突时丢失数 据,图像采集卡上应有数据缓存。一般情况下,2MB的 板载存储器可以满足大部分的任务要求。选择图像采集卡要考虑的注意参数?接口制式,数据格式选择采集卡首先考虑的原则它的接口制式一定要与所选用的相机 一致。 如果选择的是数字相机,其采集卡接口需为Camera Link、 LVDS/RS422、1394、USB,同时,选用数字制式的还必须考虑相机的位 数 如果选择的是模拟相机,其采集卡接口需为PAL、NTSC、CCIR、 RS170/EIA、非标准模拟制式选择图像采集卡要考虑的注意参数 ?模拟采集卡要考虑数字化精度选择模拟采集卡的数字化精度主要包括两个方面即: (1)像素抖动 像素抖动是由图像采集卡的A/D转换器的采样时钟的误差产生的像 元位置上的微小的错误从而导致对距离测量的错误。 (2)灰度噪音 图像采集卡的数字化转换的过程包括对模拟视频信号的放大和对 其亮度(灰度值)进行测量。在此过程中会有一定的噪声和动态波动由 图像采集卡的电路产生。如像素抖动一样,灰度噪声将导致对距离测 量的错误。

典型的灰度噪声为0.7个灰度单元,表示为0.7LSB。选择图像采集卡要考虑的注意参数 ?采集卡的采样率(点频)帧图大小:W*H(长*宽)--此为需要采集多大的图像尺寸 颜色深度:d(比特数)--希望采集到的图像颜色(8bit灰度图像 还是16/24/32bit真彩色) 帧速:f----标准PAL是25帧,非标没有上限,根据实际情况。 数据量Q(MB):图像信号的数据量 采样率A(MB):采集卡的采样率,通过其产品手册可知 在选择采集卡的时候可以通过以下公式计算:Q=W×H×f×d/8判断采集卡能否胜任采集工作的依据是: A>Q×1.2选择图像采集卡要考虑的注意参数 ?Memory大小,PCI总线的传输速率来自相机的数据总是以一个固定的速率传输的。如果PCI总线可以 维持大于视频数据率的平均持续数据传输率,就没有问题。而实际上PCI总线设备只能以突发的方式向总线传输数据。图像采集卡必须将每一突发之间的连续的图像数据保存起来。解决的方法就是采用Onboard Memory。Memory分两种类型,一种是ROM,特点一般用于高速采集卡,存储量大,速度慢;另外一种是FIFO,是做数据缓冲用,存储量小,但是 速度快。

选择图像采集卡要考虑的注意参数 ?相机的控制信号及触发信号(1)外触发:由外部事件启动采集的过程。 (2)同步触发:不改变相机与板卡之间的同步关系,采集从下一个 场有效信号开始。 (3)异步触发:改变相机与板卡的同步关系,采集从相机复位后的 第一个场有效信号开始。相机必须要具备异步触发的功能。?硬件的可靠性(1)选择更低功耗的采集卡 (2)选择具有更少无用功能的采集卡 ?所选采集卡必须与采用视觉系统的软件相匹配2.5 图像处理软件计算机后台部分为整个机器视觉系统的大脑部分。该部分通过读取图像 采集卡传过来的摄像头的数据,通过与预先设定的原始图像进对比、分析, 从而判别被检查对象的质量的好坏或者设备零部件相对位置的误差,从而进 行后期数据的分析,从而改进生产工艺,减少出现产品瑕疵的概率,提高生 产效率。 主流厂商的软件: 康耐视: In-Sight Explorer基恩士:CV3001邦纳: PresencePLUS Vision2.5.1选择图像处理软件要考虑的十个方面? ? ? ? ? ? ? 摄像头的选择 硬件可扩展性 软件易用性 算法广度和精确度 算法性能 与其它设备的集成 价格?? ?合作商和集成商技术支持 公司成长和稳健性三、视觉系统的设计摄像头及 照明方式 的选择? ? ? ? 根据待测物形状(是否细条)选择 根据输出信号类型选择 根据对图像精度、色彩度要求 根据待测物选择照明(观察表面还是边缘)根据所选相机类型选择,包括:采集卡的 选择? ? ? ?接口形式 模拟量精度 数据量 相机触发信号后台软件 的选择?根据2.5.1中的十条进行选择

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