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[导读]   机器视觉技术是计算机学科的一个重要分支,它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术,涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。自

 

机器视觉技术是计算机学科的一个重要分支,它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术,涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。自起步发展至今,已经有20多年的历史,其功能以及应用范围随着工业自动化的发展逐渐完善和推广,其中特别是目前的数字图像传感器、CMOS和CCD摄像机、DSP、FPGA、ARM等嵌入式技术、图像处理和模式识别等技术的快速发展,大大地推动了机器视觉的发展。

简而言之,机器视觉就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。在生产线上,人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误,但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说,机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用,我们都需要考虑系统的运行速度和图像的处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看,典型的机器视觉系统可以分为:图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。

一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下:
1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心,向图像采集部分发送触发脉冲。
2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时,分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。
3、摄像机停止目前的扫描,重新开始新的一帧扫描,或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态,启动脉冲到来后启动一帧扫描。
4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构,曝光时间可以事先设定。
5、另一个启动脉冲打开灯光照明,灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。
6、摄像机曝光后,正式开始一帧图像的扫描和输出。
7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化,或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。
8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。
9、处理器对图像进行处理、分析、识别,获得测量结果或逻辑控制值。
10、处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。

从上述的工作流程可以看出,机器视觉是一种比较复杂的系统。因为大多数系统监控对象都是运动物体,系统与运动物体的匹配和协调动作尤为重要,所以给系统各部分的动作时间和处理速度带来了严格的要求。在某些应用领域,例如机器人、飞行物体导制等,对整个系统或者系统的一部分的重量、体积和功耗都会有严格的要求。

机器视觉系统的优点有:
1、非接触测量,对于观测者与被观测者都不会产生任何损伤,从而提高系统的可靠性。
2、具有较宽的光谱响应范围,例如使用人眼看不见的红外测量,扩展了人眼的视觉范围。
3、长时间稳定工作,人类难以长时间对同一对象进行观察,而机器视觉则可以长时间地作测量、分析和识别任务。
机器视觉系统的应用领域越来越广泛。在工业、农业、国防、交通、医疗、金融甚至体育、娱乐等等行业都获得了广泛的应用,可以说已经深入到我们的生活、生产和工作的方方面面。

在使用机器视觉系统进行检测的具体应用环境中,会有持续进料的应用,或者间歇进料的应用,即目标物会停止一段时间进行检测。这时就需要知道检测目标物的速度能达到多快、目标物的数量以及每分钟进行检测的最大数量,这些数据可以根据视觉系统的处理速度进行计算。

其计算方法如下:
每分钟检测的最大数量= 60 (sec.) ÷视觉系统的处理速度(sec.)

例如:如果视觉系统的处理速度是20ms,
那么每分钟检测的最大数量= 60sec.÷0.02sec. = 3000TImes/min.(= 50 TImes/sec.)

但是实际处理速度根据视觉系统的相机类型和检测设置会有所不同。虽然大多数简单的应用能以20ms的速度运行,在具体应用中最好还是用实际目标物测试一下检测的情况。

如果在具体应用中对视觉系统的处理速度有一定要求,可用以下计算方法获得:
视觉系统被要求的处理速度(ms)= 1(sec.)÷要求的检测次数(TImes/sec.)x 1000

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