机器视觉学习资料了解

机器视觉工程应用主要可划分为硬件和软件两大部分。
硬件：工程应用的第一步就是硬件选型。硬件选型很关键，因为它是你后面工作的基础。主要是光源、工业相机和镜头选择。
机器视觉的引入
    自动化和电脑技术是机器视觉进入工业生产线的关键要素
    自动化技术的发展史是机器逐步取代人工的历史
    传感与控制是自动化的主要分支；
    人类大脑、四肢、感官和神经分别可以对应CPU、运动控制、传感器和网络。
    在很多情况下人类视觉越发不能满足要求
    高速、高精、超视、微距，
    客观、无疲劳、环境限制等。
机器视觉关联技术
图像处理
模式识别和辨识
其他

一、    机器视觉界定 
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）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，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
  二、 机器视觉原理  机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的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，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。 
 三、 机器视觉作用  机器视觉的应用主要有检测和机器人视觉两个方面：  ⒈ 检测：又可分为高精度定量检测（例如显微照片的细胞分类、机械零部件的尺寸和位置测量）和不用量器的定性或半定量检测（例如产品的外观检查、装配线上的零部件识别定位、缺陷性检测与装配完全性检测）。  ⒉机器人视觉：用于指引机器人在大范围内的操作和行动，如从料斗送出的杂乱工件堆中拣取工件并按一定的方位放在传输带或其他设备上（即料斗拣取问题）。至于小范围内的操作和行动，还需要借助于触觉传感技术。  此外还有：
自动光学检查 、人脸识别 、无人驾驶汽车 、产品质量等级分类、印刷品质量自动化检测、 
文字识别 、纹理识别 、追踪定位 
机器视觉图像识别的应用。 
【机器视觉特点】 
⒈    像机的拍照速度自动与被测物的速度相匹配，拍摄到理想的图像； 
⒉    件的尺寸范围为.mm到mm，厚度可以不同；  
⒊    统根据操作者选择不同尺寸的工件，调用相应视觉程序进行尺寸检测，并输出结果；  
⒋    对不同尺寸的零件，排序装置和输送装置可以精确调整料道的宽度，使零件在固定路径上运动并进行视觉检测； 
⒌     机器视觉系统分辨率达到×，动态检测精度可以达到.mm； 
⒍    废品漏检率为；  
⒎    本系统可通过显示图像监视检测过程，也可通过界面显示的检测数据动态查看检测结果； 
⒏     具有对错误工件及时准确发出剔除控制信号、剔除废品的功能；
⒐     系统能够自检其主要设备的状态是否正常，配有状态指示灯；同时能够设置系统维护人员、使用人员不同的操作权限；  ⒑实时显示检测画面，中文界面，可以浏览几次不合格品的图像，具有能够存储和实时察看错误工件图像的功能；  ⒒能生成错误结果信息文件，包含对应的错误图像，并能打印输出。

使用机器视觉系统有以下五个主要原因：
精确性——由于人眼有物理条件的限制，在精确性上机器有明显的优点。即使人眼依靠放大镜或显微镜来检测产品，机器仍然会更加精确，因为它的精度能够达到千分之一英寸。
重复性——机器可以以相同的方法一次一次的完成检测工作而不会感到疲倦。与此相反，人眼每次检测产品时都会有细微的不同，即使产品时完全相同的。
速度 ——机器能够更快的检测产品。特别是当检测高速运动的物体时，比如说生产线上，机器能够提高生产效率。
客观性——人眼检测还有一个致命的缺陷，就是情绪带来的主观性，检测结果会随工人心情的好坏产生变化，而机器没有喜怒哀乐，检测的结果自然非常可观可靠。
成本 ——由于机器比人快，一台自动检测机器能够承担好几个人的任务。而且机器不需要停顿、不会生病、能够连续工作，所以能够极大的提高生产效率。

相机
相机可以分为CCD跟COMS 或者USB、GigE、1394、Camera Link等接口。
CCD的英文全称是“Charge-coupledDevice”，中文全称是电行耦合元件，通常称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号，CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)，一块CCO上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号，CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电行转给它相邻的电容。
CMOS(CompementaryMetalOxideSemiconductor)指互补金属氧化物半导体，是电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。在数字影像领域，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来，市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。

相机基本要求：
分辨率、帧率、颜色、快门速度、像元尺寸、快门方式
CMOS（互补金属氧化物半导体）
CCD（电荷耦合器件）
芯片主要参数
A 分辨率和像元尺寸
    640*480;1024*768;1280*960;1600*1200;2048*1536;2592*1944
常见CCD芯片的规格：英寸不是25mm
1英寸   ——靶面尺寸为宽12.7mm×高9.6mm，对角线16mm
2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm×高6.6mm，对角线11mm
1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm×高4.8mm，对角线8mm
1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm×高3.6mm，对角线6mm
1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm×高2.4mm，对角线4mm   
B 帧率(fps)     常见CCD帧率 15fps;30fps;60fps;90fps;120fps等
C 颜色            灰度和彩色（Bayer和3CCD）
D快门方式      全局和卷帘

相机扩展功能：
外触发、I/O口、支持操作系统、驱动类型、二次开发平台、第三方软件接口
 

镜头介绍
定焦镜头、远心镜头、变焦镜头
焦距 、光圈、分辨率（线对）、景深

镜头分辩率
镜头的分辩率是指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米”（lp/mm，line-pairs/mm）。
    镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的。当黑白等宽的测试线对密度不高的时候，成像平面处黑白线条是很清晰的。当黑白等宽的测试线对密度提高时，在成像平面处还是可以分辨出黑白线条，但是白线已不是那么白了，黑线也不是那么黑了，白线黑线的对比度就会下降。当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度，在成像平面处黑白线的对比度非常小，黑白线条都变成了灰的中间色了，这就到了镜头分辨的极限。参见图一。
 
图1
    好的镜头和差的镜头的分辨率是有很大不同的。测试镜头分辨率的一种方法是将待测镜头装在一个胶片照相机上。去拍摄黑白条纹图（分辨率图版），然后用高倍放大镜（镜头分辨率检测仪）检测底片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数，能分辨得越多则分辨率越高。按照我国照相机检测标准（JB745-65），一般135照相机的镜头中心视场达到37线对/毫米、边缘视场达到22线对/毫米，就算是一级镜头。

焦距f  =         工作距离     *    CCD高（宽） 
              (物体高（宽）+CCD高（宽）)
光圈    
       光圈值是镜头的焦距/镜头通光直径得出的相对值（相对孔径的倒数）。
分辨率（线对）
    概念：在单位毫米内能够分辨开的黑白相间条纹数
景深
      景深（DOF），是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。而光圈、镜头、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素。

光源
视觉系统主要采用：  高频荧光灯 、卤素灯、LED灯

机器视觉中主要使用的三种光源：同轴光源，条形光源，零度角光源（低角度方式照明）都具有自身的优势和特性。三种照明方式皆适用于平面物体，且都能检测出物体表面的刮痕和破损。对于带弧度的物体，需要用到另外的LED光源。
通过对比分析，我们可以看到：
同轴光源设计巧妙，最大的特性是能够作为反射度极高的金属表面以及玻璃的照射光源，在镜面加工工业中，具有不可替代的作用。在配置过程中，尤其需要注意调节凸透镜和半透半反玻璃的位置。为了得到最佳的照明效果，应该进行反复的调试。
条形光源最大的特性是灵活性大，可以从多个角度采集图像，获得全方位的图像信息。对于需要获得全面的表面特征的物体，如检测被测物体是否有光泽，是否有表面纹路时，可以选择条形光源。
零角度光源最大的特性是物体的边缘轮廓显示得非常清晰，重点运用于检查金属边缘的破损情况。但同时也要注意这种低角度方式照明对光源的散热要求较高，而且会产生极度阴影，选择时可根据实际需要来看。

软件：目前业内商业库主要有Halcon，康耐视，DALSA，evision，NI等，开源库有OpenCV.其中NI的labview+vision模块。
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机器视觉工程应用的基本开发思路是：
一、图像采集，二、图像分割，三、形态学处理，四、特征提取，五、输出结果。

下面在Halcon下对这四个步骤进行讲解。
一、图像采集：
Halcon通过imageacquisition interfaces对各种图像采集卡及各种工业相机进行支持。其中包括：模拟视频信号，数字视频信号Camera Link,数字视频信号IEEE 1394,数字视频信号USB2.0,数字视频信号Gigabit Ethernet等。 
Halcon通过统一的接口封装上述不同相机的image acquisition interfaces,从而达到算子统一化。不同的相机只需更改几个参数就可变更使用。
Halcon图像获取的思路：1、打开设备，获得该设备的句柄。2、调用采集算子，获取图像。

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