視覺傳感器的工作原理和應(yīng)用

視覺傳感技術(shù)是傳感技術(shù)七大類中的一個(gè)，視覺傳感器是指通過(guò)對(duì)攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，來(lái)計(jì)算對(duì)象物的特征量（面積、重心、長(zhǎng)度、位置等），并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的傳感器。視覺傳感器是整個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)信息的直接來(lái)源，主要由一個(gè)或者兩個(gè)圖形傳感器組成，有時(shí)還要配以光投射器及其他輔助設(shè)備。視覺傳感器的主要功能是獲取足夠的機(jī)器視覺系統(tǒng)要處理的最原始圖像。

    視覺傳感的工作原理  

視覺傳感器技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是圖像處理技術(shù)，通過(guò)截取物體表面的信號(hào)繪制成圖像從而呈現(xiàn)在研究人員的面前。

視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來(lái)衡量，以像素?cái)?shù)量表示。在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確地插有八顆螺栓的機(jī)器部件，則傳感器知道應(yīng)該拒收只有七顆螺栓的部件，或者螺栓未對(duì)準(zhǔn)的部件。此外，無(wú)論該機(jī)器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置，無(wú)論該部件是否在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能做出判斷視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了其他傳感器因場(chǎng)地大小限制或檢測(cè)設(shè)備龐大而無(wú)法操作的問題，由此廣受工業(yè)制造界的歡迎。

 視覺傳感技術(shù)包括3D視覺傳感技術(shù)，3D視覺傳感器具有廣泛的用途，比如多媒體手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像、數(shù)碼相機(jī)、機(jī)器人視覺導(dǎo)航、汽車安全系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)像素分析、人機(jī)界面、虛擬現(xiàn)實(shí)、監(jiān)控、工業(yè)檢測(cè)、無(wú)線遠(yuǎn)距離傳感、顯微鏡技術(shù)、天文觀察、海洋自主導(dǎo)航、科學(xué)儀器等等。這些不同的應(yīng)用均是基于3D視覺圖像傳感器技術(shù)。特別是3D技術(shù)在工業(yè)控制、汽車自主導(dǎo)航中具有急迫的應(yīng)用。

智能視覺傳感技術(shù)也是一種視覺傳感技術(shù)，智能視覺傳感技術(shù)下的智能視覺傳感器也稱智能相機(jī)，是近年來(lái)機(jī)器視覺領(lǐng)域發(fā)展最快的一項(xiàng)新技術(shù)。智能相機(jī)是一個(gè)兼具圖像采集、圖像處理和信息傳遞功能的小型機(jī)器視覺系統(tǒng)，是一種嵌入式計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)。它將圖像傳感器、數(shù)字處理器、通訊模塊和其他外設(shè)集成到一個(gè)單一的相機(jī)內(nèi)，由于這種一體化的設(shè)計(jì)，可降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，并提高可靠性。同時(shí)系統(tǒng)尺寸大大縮小，拓寬了視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

 智能視覺傳感器的易學(xué)、易用、易維護(hù)、安裝方便，可在短期內(nèi)構(gòu)建起可靠而有效的視覺檢測(cè)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)使得這項(xiàng)技術(shù)得到飛速的發(fā)展。視覺傳感器的圖像采集單元主要由CCD/CMOS像機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和圖像采集卡組成，將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，傳遞給圖像處理單元。

    視覺傳感技術(shù)的應(yīng)用

        一、截面尺寸在線視覺測(cè)量系統(tǒng)

在工業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)縫鋼管是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品，而它的質(zhì)量參數(shù)則是制造的重要數(shù)據(jù)，其中鋼管的直線度及截面積是主要的幾何參數(shù)，是控制無(wú)縫鋼管制造質(zhì)量的關(guān)鍵，但由于以下原因使得參數(shù)的測(cè)量成為難題：

 1、無(wú)縫鋼管采取非接觸式測(cè)量，且制造現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣；

 2、無(wú)縫鋼管的空間尺寸大，這也要求檢測(cè)系統(tǒng)具備很大的測(cè)量空間。視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述問題，視覺傳感技術(shù)采用的是非接觸式測(cè)量且測(cè)量范圍大。

測(cè)量系統(tǒng)由多個(gè)結(jié)構(gòu)光傳感器組成，傳感器上結(jié)構(gòu)光投射器投射的光平面和被測(cè)鋼管相交，得到鋼管截面圓周上的部分圓弧，傳感器測(cè)量部分圓弧在空間中的位置。系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè)截面上部分圓弧的測(cè)量，通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，由圓弧擬合得到截面尺寸和截面圓心的空間位置，由截面圓心分布的空間包絡(luò)，得到直線度參數(shù)。測(cè)量系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下，可在數(shù)秒內(nèi)完成測(cè)量，滿足實(shí)時(shí)性要求。

        二、三維形貌視覺測(cè)量

在三維形貌數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是逆向工程和產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、管理及制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。它所實(shí)現(xiàn)三維形貌數(shù)字化測(cè)量的機(jī)理是將視覺非接觸、快速測(cè)量和最新的高分辨力數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合。由于所測(cè)量的物體多是大型、具有復(fù)雜表面的物體，測(cè)量通常分為局部三維信息獲取和整體拼接兩部分，先利用視覺掃描傳感器對(duì)被測(cè)形貌各個(gè)局部區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，再采用拼接技術(shù)將各部分形貌進(jìn)行拼接最終得到完整圖像。

這項(xiàng)傳感器的視覺掃描測(cè)頭采用局域雙目立體視覺測(cè)量原理設(shè)計(jì)。形貌整體拼接實(shí)質(zhì)上是將所采集到的數(shù)據(jù)放到公共坐標(biāo)上，這樣就能得到整體的數(shù)據(jù)描述。通過(guò)高分辨率數(shù)碼相機(jī)從測(cè)量空間的上方以不同的角度和位置對(duì)被測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，運(yùn)用光束定向交匯平差原理得到控制點(diǎn)空間坐標(biāo)并建立全局坐標(biāo)系，最后通過(guò)各個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)拼接。