如何搭建机器视觉系统

机器视觉系统的构成

一般机器视觉系统主要包括信息探测、采集系统、图像处理、显示及智能决策等模块，涉及计算机图形学、数字图像处理、视频信息处理、模式识别、人工智能理论、智能信息处理、VLSI技术等技术，可广泛应用于工业产品自动检测、航天、航空、遥感、卫星侦察、天文观测、通讯、交通、电子、金融、医疗等图像采集、处理和决策的诸多领域。图1是机器视觉系统的结构图。

嵌入式图像采集处理系统

NetSightII是功能完善的嵌入式图像采集处理系统，能快速、简便地构成生产线上的机器视觉系统，解决了由PC/图像采集卡或智能摄像机构成的机器视觉系统在实际生产环境中所遇到的各种问题，提高了产品生产质量。NetSightII系统如图2所示。

---NetSightII嵌入了高性能处理器、多个摄像机接口、灵活的通信设备接口和多种用户界面。只需将摄像机与NetSightII连接，安装相应软件，就可以对生产线的产品进行检测，节省了大量的安装、调试时间。

---智能摄像机(SmartCamera)不能对物体进行多角度检测，若将这些摄像机之间进行相互配合，则系统的复杂性和可靠性就成了问题。而高性价比的NetSightII系统可同时观察和处理4个摄像机的图像，还可以根据具体应用要求来选择相应的摄像机。NetSightII支持大多数标准、高分辨率(兆级像素)模拟摄像机，经过适配器可与非标准摄像机连接。

---NetSightII的机器视觉检测软件Sherlock是一个功能强大的自动化检测工具，目前国际上有数以千计的检测设备采用Sherlock软件。Sherlock软件易于使用、配置完善，可以快速构成样板、参考标准等，支持用户自定义算法和用户界面，但目前还不支持彩色相机输入。

主要特性和技术参数

NetSightII系统可以在线自动快速检测不规则器件，同时处理多个视频图像，支持多种摄像机，功能强大的嵌入式处理器确保快速检测，为用户提供理想的机器视觉系统解决方案。

数据采集部分包括3个单色或1个RGB的模拟摄像机、15脚D-Sub连接器，支持标准的640×480、1024×1024或更高分辨率的格式，可同时采集3个单色同步摄像机或1个彩色摄像机图像。存储器为256MB的程序存储器和20GB的数据存储器。数字输入部分支持7种通用的代码，可进行控制切换，支持30V的TTL电路。数字输出部分包括7种用做检测和控制的接口，可进行光选通。

外部接口

操作接口包括标准VGA显示器、标准的PS/2鼠标和键盘或USB鼠标和键盘、连接附加USB兼容设备的USB接口；网络接口为10/100Base-T以太网接口；相机(视频)接口包括3个同步相机输入(支持标准或者双速模拟相机的顺序扫描，每个相机的最大图像分辨率是2K×2K像素)，1个RGB相机输入(支持标准或者双速模拟相机的顺序扫描，最大图像尺寸是1K×1K)，不能同时支持RGB和3个同步相机输入；1个IEEE1394接口；背板上的3个15针D-Sub接口(标明视频1、2、3)，视频1接口支持单色和RGB相机，视频2和视频3只支持单色相机，所有接口不能同时支持单色和彩色相机，但可以同时采集和处理来自3个单色相机的数据；提供1个RS-232/485兼容串口，当断开网络连接时，该端口可以控制主应用；1个标准的并口可用来连接打印机等并口设备；AC97兼容音频接口用来发布音频警报通知。NetSightII的后面板如图3所示。

相机的选择

机器视觉系统需要用相机采集图像，所选择的相机类型可以表明系统的识别能力，这就意味着可以识别的最小信息是视场的函数。换句话说，相机通过改变镜头可以扩大视场，但是减少了实际识别区域。光源、透镜畸变和物体的位置等许多因素都会影响到图像的质量。通常的做法是尽可能把传感器上感兴趣图像的画面填满，同时允许配准误差和位置重复。例如，如果需要检测一幅大图片的毛细裂缝，则需要分辨率可以识别裂缝的相机。一般情况下，使用标准的或百万像素分辨率的相机就可以满足解决机器视觉的应用。

不同类型和厂家的机器视觉相机都有自己独特的特点，目前生产环境中的大多数相机都是模拟单色相机(即只能检测图像的亮度和灰度)。除了“静态”操作(检测的图片不能移动)，目前大多数相机都可以进行逐行扫描，这样相机就可以准确捕获移动图像，并用于特殊生产环境。需要注意的是，光源和镜头将会对相机性能产生很大的影响。

机器视觉开发软件

Sherlock是基于Windows的机器视觉开发软件，操作简单方便，是开发机器视觉应用的理想软件，已被广泛采用。Sherlock有SherlockEssential和SherlockProfessional两种经济实用的版本，可以满足企业的不同需要。SherlockEssential是最“基本”的或常用的机器视觉软件，可读取条形码和2D矩阵编码和OCR(光学特征识别)等。SherlockProfessional包括所有的机器视觉软件工具，特别适合多个摄像机检测，具有专用算法及更复杂的图像处理能力。

Sherlock系列产品版本具有相同界面，采用图形界面，无需要编写新代码，只要通过一些简单的点击操作就可以完成各种应用系统的检测。软件采用高性能的机器视觉算法，灵活的界面允许根据用户的系统要求制作相应的操作界面，实现各种机器视觉检测系统。图4是Sherlock的软件界面。

软件可提取直线、圆环、圆弧、长方形、点等要处理的区域，并对提取的区域进行图象处理，包括与、或、异或等逻辑操作，加、减、放大、缩小、投影等数学运算，卷积、Sobel运算等图像滤波，图像折叠、旋转、变焦等处理，并将图像保存和存储。对线性、非线性、透视和畸变失真进行校准，根据摄像机或真实坐标校准，还有自动再校正。软件可对图像进行边缘和点分析，进行搜索或定位等模式识别，测量和计量距离、角度、直径和周长，对图像确认和反馈，可输入输出数字和模拟信号。