视觉检测系统

视觉检测系统及其应用视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术，基于视觉传感器的检测系统具有抗干扰能力强，效率高，组成简单等优点，非常适合生产现场的在线，非接触检测及监控。、基本原理机器视觉检测系统通常采用CCD(ChargeCoupledDevice)照相机摄取检测图像，将其转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图像数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，并在此基础上实现模式识别，坐标计算，灰度分布图等多种功能。机器视觉检测系统能够根据其检测结果快速地显示图象，输出数据，发布指令，执行机构可以配合其完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉的最大优点是精确，快速，可靠，以及信息数字化。机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理、输出显示。图像获取设备包括光源、摄像机等，其中关键部件CCD是由分布于其上的各个像元的光敏二极管的线性阵列或矩形阵列构成，通过顺序输出每个二极管的电压脉冲，实现将图像光信号转换成电信号的目的。输出的电压脉冲序列可以直接以RS-170制式输入标准电视显示器，或者输入计算机的内存，进行数值化处理。CCD是现在最常用的机器视觉传感器。图像处理设备包括相应的软件和硬件系统。输出设备与过程相连，包括监视界面，过程控制器和报警装置等。摄像数据通过计算机对标准和故障图像的分析和比较，若发现不合格产品，则通过NG信号告警，并由PLC自动将其排除出生产线。机器视觉检测的结果可以作为计算机辅助质量CAQ(ComputerAidedQuality)系统的信息来源，也可以和其它控制系统集成。、视觉系统的一般构成计算机4典型视觉系统、视觉系统的一般构成计算机4工作原理：光一敏感元件一电(光电元件)光源「镜*二羸疏」Li镜头—摄像机1i慕二反碰I._!'输由!电缆Ii1—图像存储体一计算机Ii控制II!视觉系统流程图图像采集部分、图像处理部分、通信和I/O部分以及输出和执行机构图像采集系统：可视化图像或特征T数据由光源、镜头、摄像机、图像采集卡等构成单目视觉：一个摄像组件（镜头+摄像机）多目视觉：多个摄像组件（镜头+摄像机）图像质量好T图像处理简单、结果理想图像质量差T图象处理麻烦、结果不理想三、图像采集系统1、光源（1）光源的作用：使视场具有足够照度----整体亮度、突出特征量满足一定的投影关系----位置变化、成像质量满足一定的滤光要求----区别、对比度（2）光源的种类：自然光源人工光源：a.按发光机理：荧光灯、卤素灯、气体放电灯、发光二极管（LED）、激光二极管LD2、光学系统组成：成像物镜+光电器件3、CCD摄像机摄像机的主要参数：（1）CCD分辨率：是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。（2）像素---CCD每一个元素，像素越多，图像越清晰44万（768*576）、100万（1024*1024）200万（1600*1200）、600万（2832*2128）（3）电视线---简称线（TVLINES），彩色摄像头一般330~500线，黑白可以达到600线。电视线与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。（4）灰度级---灰度分辨率、色彩分辨率，1/2n位数：8位（bit）、10位、11位、12位、位数越多，图像越清晰。（5）最低照度：也称灵敏度，是CCD对环境光线的敏感程度（最暗光线）。单位---勒克斯，LUX，数值越小，需要的光线越少，越灵敏。（6）信噪比：典型值为46分贝，如果为50分贝，则图像有少量噪声，但图像质量较好；如果能达到60分贝，就不会出现噪声。（7）光谱：感光范围一可见光、红外、超声波等（8）电源：交流220伏、24伏；直流12伏和9伏。4、图像存储体（1）图像存储体的作用：接收来自摄像机的图像信号：模拟摄像机---标准电视信号数字摄像机---数字信号存储图像数据：容量大、速度高、存取方便图像处理：简单预处理---滤波、二值化图像叠加---直线、圆、数字、符号图像输出：输出到监视器---监视、观察输出到计算机---图像处理、模式识别（2）图像存储体的种类：外置式：独立单元、单独供电、功能全面、容易构成视觉系统视觉传感器—光源、摄像头、图像处理器、控制与通讯接口图像卡式：插入计算机扩展槽内---使用方便、速度快、成本低传输式：数字摄像机---计算机接口/网络传输（串行、并行、USB）四、信号处理系统1.信号处理电路1）信号放大-一运算放大电路〈运算放大器）电压（mV/jiV）；电流（jiA/mA）2）噪声抑制一-信号淹没在噪声中；相敏检波二同步整流电路模拟德波二低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）、带阻（BEF）■全通（APF）滤波器3）电压/电流（WA）转换一一一一需要电流输出时：4）模拟/数字（A/D）转换一一一一需要输出数字信号时图像处理技术预处理+提取、识别、计算成像一干扰等一图像降质一图像预处理目的：灰度校正---突出特征---图像增强（锐化）滤波降噪---去除噪声---图像滤波（平滑化）五、应用领域：工业、农业、航天、军事等1、工业检测（1）零件的识别与定位■自动连接引线、对准芯片和封装；■自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。例：双目立体视觉检测系统（2）零件尺寸的在线测量钢板厚度的在线测量（3）零件外观及内部缺陷检测例：木料检测：缺陷、体积（4）产品分类、分组苹果分级、分色、配色（5）产品标识、编码识别商品条码、印鉴、标签2、机器人导航“手-眼”定位：两个摄像机---两幅平面图像---三维场景信息用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航

无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人实例：美国Sojourner系列和Rocky系列火星探测移动机器人3、生物医学图像分析（1）医学临床诊断：X射线、B超、CT、核磁共振（MRI）（2）生物图像分析：形状、组织切片、染色体配对、细菌、病毒、病原体外形尺寸检测、颜色识别、表面损伤检测以及组织分析例：水果分类；发芽土豆；杂草识别4、遥感图像分析：卫星遥感图像---气象卫星（红外成象---云图---气象状况）资源卫星（多光谱成象----地质、矿藏、森林、灾害）海洋卫星（合成孔径雷达成象---海洋、海浪、海滩）航空摄影图像---（多目成象---大地测量、测绘）5、监控、安防、交通管理：交通---车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测安全---指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、