干货| 机器视觉入门 内功心法(一)

机器人视觉一直是机器人领域研究的热门课题。随着科技水平的提高，越来越多的机器人将被运用到安防系统、工业加工、航空航天等其他领域，众多的应用场景都要求机器人具有确定目标、定位目标和跟踪目标的能力。

机器视觉概述

使机器具有像人一样的视觉功能，从而实现各种检测、判断、识别、测量等功能。一个典型的机器视觉系统组成包括：图像采集单元（光源、镜头、相机、采集卡、机械平台），图像处理分析单元（工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面），执行单元（电传单元、机械单元）

机器视觉系统通过图像采集单元将待检测目标转换成图像信号，并传送给图像处理分析单元。图像处理分析单元的核心为图像处理分析软件，它包括图像增强与校正、图像分割、特征提取、图像识别与理解等方面。输出目标的质量判断、规格测量等分析结果。分析结果输出至图像界面，或通过电传单元（PLC等）传递给机械单元执行相应操作，如剔除、报警等，或通过机械臂执行分拣、抓举等动作。

机器视觉优势

机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：

机器视觉的应用领域

·识别

标准一维码、二维码的解码

光学字符识别（OCR）和确认（OCV）

·检测

色彩和瑕疵检测

零件或部件的有无检测

目标位置和方向检测·测量

尺寸和容量检测

预设标记的测量，如孔位到孔位的距离

·机械手引导

输出空间坐标引导机械手精确定位

机器视觉系统的分类

·智能相机

·基于嵌入式

·基于PC

机器视觉系统的组成

·图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台

·图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。

·判决执行：电传单元、机械单元

·光源---种类

LED：寿命长/可以有各种颜色/便于做成各种复杂形状/光均匀稳定/可以闪光；

荧光灯：光场均匀/价格便宜/亮度较LED高；

卤素灯：亮度特别高/通过光纤传输后可做成；

氙灯：使用寿命约1000小时/亮度高，色温与日光接近。

（大部分机器视觉照明采用LED）

·光源---光路原理

照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。

镜面反射：平滑表面以对顶角反射光线

漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线

发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射

·光源---作用和要求

在机器视觉中的作用

照亮目标，提高亮度

形成有利于图像处理的效果

克服环境光照影响，保证图像稳定性

用作测量的工具或参照

良好的光场设计要求

对比度明显，目标与背景的边界清晰

背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理

与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；

·光源---光场构造

明场：光线反射进入照相机

暗场：光线反射离开照相机

·光源---构造光源

使用不同照明技术对被测目标会产生不同的影响，以滚珠轴承为例：

·镜头---主要参数

工业的镜头大都是多组镜片组合在一起的。计算时会忽略厚度对透镜的影响将其等效成没有厚度的播透镜模型，即理想凸透镜。

参数：焦距/视场/物距/像距/光圈/景深/分辨力/放大倍数/畸变/接口

分辨率：对色彩和纹理的分辨能力。

畸变：镜头中心区域和四周区域的放大倍数不相同。

畸变的校正一般用黑白分明的方格图像来进行，过程并不复杂。一般如果畸变小于2%，人眼观察不到；若畸变小于CCD的一个像素，摄像机也看不见。

·镜头---分类

CCTV镜头

专业摄影镜头

远心镜头

·镜头---远心镜头

在测量系统中，物距常发生变化，从而使像高发生变化，所以测得的物体尺寸也发生变化，即产生了测量误差；

即使物距是固定的，也会因为CCD敏感表面不易精确调整在像平面上，同样也会产生测量误差。

采用远心物镜中的像方远心物镜可以消除物距变化带来的测量误差，而物方远心物镜则可以消除CCD位置不准带来的测量误差。

·相机

种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS

指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、速度噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等

工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等

传输方式：GIGE，Cameralinker,模拟

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