時(shí)間:2024-01-18 15:41:28來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)
一、機(jī)器視覺(jué)的定義
機(jī)器視覺(jué)是一種通過(guò)光學(xué)設(shè)備和非接觸式傳感器自動(dòng)接收并處理真實(shí)物體的圖像的設(shè)備,以獲得所需信息或控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測(cè)量和判斷。本質(zhì)上,機(jī)器視覺(jué)是圖像分析技術(shù)在工廠自動(dòng)化中的應(yīng)用,通過(guò)使用光學(xué)系統(tǒng),工業(yè)數(shù)碼相機(jī)和圖像處理工具,以模擬人類的視覺(jué)功能并做出相應(yīng)的決策,通過(guò)指揮特定的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這些決策。
在現(xiàn)代的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,機(jī)器視覺(jué)已開始逐漸取代人工視覺(jué),特別是在工況檢測(cè),成品檢驗(yàn),質(zhì)量控制等領(lǐng)域。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái),這種趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)。
二、為什么要使用機(jī)器視覺(jué)代替人工視覺(jué)?
原因有很多,主要有以下幾點(diǎn):
1、從生產(chǎn)效率的角度來(lái)看,由于長(zhǎng)時(shí)間工作后操作者容易感到疲勞,因此人工視覺(jué)的質(zhì)量低下,準(zhǔn)確性不高,機(jī)器視覺(jué)可以大大提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。
2、從成本控制的角度來(lái)看,培訓(xùn)一名合格的操作員需要企業(yè)管理人員花費(fèi)大量的人力和物力,而且簡(jiǎn)單的培訓(xùn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,后續(xù)還需要大量的時(shí)間來(lái)提高操作員的實(shí)踐水平。而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)只要設(shè)計(jì),調(diào)試和運(yùn)行得當(dāng),就可以長(zhǎng)時(shí)間不間斷地使用工作,同時(shí)確保生產(chǎn)效果。
3、在某些特殊的工業(yè)環(huán)境中,例如焊接,火藥制造等工作條件檢測(cè),人工視覺(jué)可能會(huì)對(duì)操作人員的人身安全構(gòu)成威脅,而機(jī)器視覺(jué)在一定程度上有效地避免了這些風(fēng)險(xiǎn)。
三、機(jī)器視覺(jué)涵蓋哪些領(lǐng)域?
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由不同的功能模塊組成,因此設(shè)計(jì)出一個(gè)成功的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)工程師的要求是很高的。
通常,機(jī)器視覺(jué)涵蓋的專業(yè)領(lǐng)域如下:
1、電氣工程:用于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的硬件和軟件設(shè)計(jì)。
2、工程數(shù)學(xué):圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)。
3、物理:照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
4、機(jī)械工程:機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用。好的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以更好地為制造提供更多技術(shù)支持,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
四、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成部分
完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常由光學(xué)系統(tǒng)(光源,鏡頭,工業(yè)相機(jī)),圖像采集單元,圖像處理單元,執(zhí)行器和人機(jī)界面組成。功能模塊是相輔相成的,缺一不可。
1、照明(光源)
照明是影響機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)輸入的重要因素。光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要,它與輸入數(shù)據(jù)直接相關(guān),即圖像的質(zhì)量和應(yīng)用效果。
工程師需要首先確定有效的照明條件,并根據(jù)用戶需求和產(chǎn)品特性選擇相應(yīng)的照明設(shè)備,以確保在這種照明條件下生成的圖像可以突出顯示用戶所需的目標(biāo)信息特征。
光源通常分為可見(jiàn)光源和不可見(jiàn)光源。工業(yè)上通常使用的可見(jiàn)光源是LED,鹵素?zé),熒光燈等。不可?jiàn)光源主要是近紅外光,紫外光,X射線等。
LED光源是一種廣泛用于教學(xué)的機(jī)器視覺(jué)光源,具有高效,長(zhǎng)壽命,防潮,抗震,節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。這是工程師在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)的選擇。
不可見(jiàn)光源主要用于滿足某些特定需求,例如管道焊接過(guò)程的檢測(cè),因?yàn)椴豢梢?jiàn)光的穿透只能到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)。
2、鏡頭
鏡頭是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的重要組件,其作用是光學(xué)成像。
鏡頭的主要參數(shù)是焦距,景深,分辨率,工作距離和視場(chǎng)。
景深是指鏡頭可以獲取圖像時(shí),被攝物體與焦點(diǎn)前后之間的距離范圍。
視場(chǎng)表示攝像機(jī)可以觀察到的范圍,通常以角度表示。一般來(lái)說(shuō),視野越大,觀察范圍越大。
工作距離是指鏡頭與被攝物體之間的距離。工作距離越長(zhǎng),成本越高。
在設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)時(shí),請(qǐng)選擇參數(shù)符合用戶需求的鏡頭。
3、工業(yè)相機(jī)
在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中,工業(yè)相機(jī)必不可少。它們就像人的眼睛,用于捕獲圖像。工業(yè)相機(jī)根據(jù)感光器的不同可分為:CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。
CCD照相機(jī)的成本較高,但成像質(zhì)量,成像透明度和色彩豐富度比CMOS照相機(jī)要好得多。CCD攝像機(jī)根據(jù)其使用的CCD感光元件可以分為線陣式和面陣式兩種。
線陣式CCD相機(jī)采用“線”的形式,并且圖像信息只能以行為為單位進(jìn)行處理,分辨率高、速度快。它主要用于工業(yè),醫(yī)療,科研等領(lǐng)域相配套的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)上。
面陣式相機(jī)可以一次獲取整個(gè)圖像的信息,價(jià)格相對(duì)便宜。
4、圖像采集單元
圖像采集單元中的重要元素是圖像采集卡,它是圖像采集單元和圖像處理單元之間的接口。它用于數(shù)字化獲取的圖像,并將其輸入并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。
5、圖像處理單元
包含大量圖像處理算法。采集圖像后,使用這些算法處理數(shù)字圖像,進(jìn)行分析和計(jì)算,然后輸出結(jié)果。
6、執(zhí)行器和人機(jī)界面
完成圖像采集和處理工作后,需要輸出圖像處理結(jié)果,并進(jìn)行與結(jié)果相匹配的操作,例如剔除不良品,報(bào)警等,并通過(guò)人機(jī)界面顯示生產(chǎn)信息。
五、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的原理
通過(guò)光學(xué)系統(tǒng),將被攝物體轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào),然后將圖像信號(hào)傳輸至圖像采集卡,并根據(jù)像素分布,亮度,顏色等信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),圖像處理單元有效地計(jì)算出這些數(shù)字信號(hào)并獲得拍攝目標(biāo)的特征值,以根據(jù)判別結(jié)果指導(dǎo)設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
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