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机器视觉的定义:机器视觉是通过光学器件和非接触式传感器自动接收和处理真实物体的图像,以获得所需信息或控制机器人运动的设备。在现代自动化生产过程中,机器视觉逐渐取代了人工视觉,特别是在工况检测、成品检测和质量控制等领域。机器视觉本质上是图像分析技术在工厂自动化中的应用。利用光学系统、工业数码相机和图像处理工具,模拟人的视觉能力,做出相应的决策。最后,通过命令特定的设备来执行这些决策。

  一、为什么要应用用机器视觉

原因有很多,主要列举如下:

1.从生产效率来看,由于操作人员长时间工作容易疲劳,人工视觉质量效率低下,精度不高,而机器视觉可以大大提高生产效率和自动化程度。

2.从成本控制的角度来看,培养一名合格的操作员需要企业管理者花费大量的人力物力。但是单纯的培训远远不够,在实践中需要花费大量的时间来提高操作人员的水平。只要机器视觉系统设计、调试和操作得当,就可以长期连续使用,保证生产效果。

3.在一些特殊的工业环境中,如焊接、火药制造等,人工视觉可能对操作人员的人身安全构成威胁,机器视觉在一定程度上可以有效规避这些风险。

 二、机器视觉涵盖哪些领域

机器视觉系统由不同的功能模块组成。设计一个成功的机器视觉系统对工程师的要求很高。

一般来说,机器视觉涵盖的专业领域如下:

1.电气工程:用于机器视觉系统中硬件和软件的设计。

2.图像处理技术的基础。

3.物理学:照明系统设计的基础。

4.最广泛使用的机器视觉系统。一个好的机器视觉系统可以为制造业提高产品质量和生产效率提供更多的技术支持。

 三、机器视觉系统的构成模块

一个完整的机器视觉系统一般由光学系统(光源、镜头、工业相机)、图像采集单元、图像处理单元、执行器、人机界面等组成,它们相辅相成,缺一不可。

1.照明(光源)

光照是影响机器视觉系统输入的重要因素,光源系统的设计非常重要,它直接关系到输入数据,即图像质量和应用效果。

工程师首先要根据用户的需求和产品特点,确定有效的照明条件,选择相应的照明设备,以保证在这种照明条件下生成的图像能够突出用户所需的目标信息特征。

光源一般分为可见光光源和不可见光光源。工业上常用的可见光光源有LED、卤素灯、荧光灯等。不可见光源主要有近红外光、紫外光、X射线等。

LED光源是目前使用最多的机器视觉光源。它具有高效、长寿、防潮、抗震、节能环保等特点。是工程师设计照明系统的最佳选择。

不可见光源主要用于满足一些特定的要求,如管道焊接过程的检查。由于不可见光的穿透性,它们可以到达检查点。

2.镜头

镜头是机器视觉系统的重要组成部分,其功能是光学成像。

镜头的主要参数包括焦距、景深、分辨率、工作距离、视场(FOV)等。

景深是指镜头能够获得最佳图像时,被摄体远离最佳焦距前后的距离范围。

视场表示摄像机能观察到的最大范围,通常用角度来表示。一般来说,视场越大,观察范围越大。

工作距离是指镜头到被摄对象的距离。工作距离越长,成本越高。

在设计机器视觉系统时,我们应该选择l

在机器视觉系统中,工业相机是不可或缺的,它就像人眼一样,用来捕捉图像。

根据感光器的不同,相机可以分为:

CCD相机;CMOS相机。

电荷耦合器件

互补金属氧化物半导体

CCD相机成本较高,但成像质量、成像透明度、色彩丰富度都比CMOS相机好很多。

CCD相机根据使用的CCD感光元件可以分为线阵型和面阵型。

线阵相机是线性的,只能以行为单位处理图像信息。它具有高分辨率和高速度,主要用于工业、医疗、科研等领域,匹配机器视觉系统。

面阵相机可以一次性获取整个图像的信息,价格相对便宜。

4.图像采集单元

图像采集单元中最重要的部件是图像采集卡,它是图像采集单元和图像处理单元之间的接口,用于将采集的图像数字化,输入并存储在计算机中。

5.图像处理单元

包含大量的图像处理算法。获得图像后,使用这些算法对数字图像进行处理、分析和计算,并输出结果。

6.执行器和人机界面

图像采集处理完成后,需要输出图像处理的结果,并做出与结果相匹配的动作,如去废、报警等。并通过人机界面显示生产信息。

 四、机器视觉系统的原理

通过光学系统,待拍摄的目标被转换成图像信号,然后图像信号被传输到图像采集卡

像素分布、亮度、颜色等信息,转换成为数字信号。

图像处理单元对这些数字信号进行有效地运算并获得拍摄目标的特征值,从而根据判别的结果来指挥设备进行相对应的动作。

 五、机器视觉系统的流程

这张图,是一个完整的机器视觉系统构架图。以安瓿注射剂中异物自动灯检为例,该机器视觉系统的工作流程如下:

首先,待检的安瓿瓶由机械输送装置输送至检测工位,PLC发出“物体已到达”信号。

随后,相机(camera and lens)和光源(light source)被触发并同步开启,对待检安瓿瓶中液体进行图像获取。

接着,获取到的药液状态图像在图像采集卡(image processing hardware)中进行数字化,并将被数字化的图像存储在计算机中。

然后,所存储的信息被运到图像处理软件,对数字图像信号进行处理与异物特征分析,判断液体质量是否合乎要求并做出决策,如好品GOOD,坏品NOTGOOD。(转自:http://www.0755vc.com)

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