智能传感与检测技术 课件 第11章机器视觉技术

机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS机器视觉技术第11章智能传感与检测技术徐小华主编

ISBN9118-11-111-1160112-6机器视觉技术11智能传感与检测技术

机器视觉系统的组成11.1机器视觉数字图像处理11.2机器视觉图像边缘的检测11.3机器视觉技术在纺织企业中的应用11.411.1机器视觉系统的组成11.2机器视觉数字图像处理11.2.1图像处理11.2.2图像分析11.2.3图像理解11.3机器视觉图像边缘的检测11.4机器视觉技术在纺织企业中的应用机器视觉技术11机器视觉是使机器具有像人一样的视觉，从而实现各种检测、判断、识别等功能。一个典型的工业机器视觉系统组成包括：图像采集单元：光源、镜头、视觉传感器（包括CCD和COMS）、采集卡等。图像处理分析单元：工控主机、图像处理软件、图形交互界面等。执行单元：接受数据和指令，通过电力、液压、气压实现运动的执行机构，如机械手或机械臂等执行机构。11.1机器视觉系统的组成智能传感与检测技术机器视觉技术11视觉传感器按照芯片类型主要分为电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)两大类，按照镜头和布置方式的不同又分为单目视觉传感器、多目视觉传感器和环视视觉传感器。机器视觉一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、视觉传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术等。机器视觉系统的工作原理示意图如图所示。11.1机器视觉系统的组成智能传感与检测技术

机器视觉技术11智能传感与检测技术11.2机器视觉数字图像处理数字图像处理的层次分为图像处理、图像分析、图像理解，如图所示。机器视觉技术11智能传感与检测技术11.2机器视觉数字图像处理11.2.1图像处理1.像素生成

像素表示图像元素，像素的英文“pixel”是一个合成词（picture和element）。像素是构成数字图像的最小单位，是以一个明确的位置和单一色彩数值组成的小方块，这些小方块的组合构成了图像。图像分辨率是单位英寸中所包含的像素点数，例如大多数网页制作常用图片的分辨率为72，即每英寸像素为72，不同像素的图像质量差别表现如图所示。a)像素为320x240的图像b)像素为80x60的图像机器视觉技术11智能传感与检测技术2.灰度值与灰度处理3.数字图像处理

图11-5灰度图像的矩阵表示图11-6黑白图像的矩阵表示机器视觉技术11智能传感与检测技术2.灰度值与灰度处理3.数字图像处理

图11-7彩色图像的矩阵表示机器视觉技术11智能传感与检测技术11.2.2图像分析图像分析是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息，从而建对图像中目标的描述，是一个从图像到数据的过程。图像分析输入的是图像，输出的是数据。11.2.3图像理解图像理解在图像分析的基础上，进一步研究图像中各目标的性质和相互联系，得出对图像内容的理解(对象识别)及对原来客观场景的解释(机器视觉)，从而指导相关的动作执行。图像理解借助机器视觉，通过知识、经验和机器学习来理解整个客观世界。图像理解输入的是数据，输出的是理解。机器视觉技术11智能传感与检测技术11.3机器视觉图像边缘的检测图像边缘检测是图像处理的基本问题。如图11-8所示，图像边缘构成了物体的轮廓，使得“人”或“机器”一看就知道是什么物体。人类视觉通过物体边缘就能够做到识别物体。因此，物体边缘是图像中最基本也是最重要的特征，图像识别和理解图像的第一步就是边缘检测。机器视觉技术11智能传感与检测技术11.3机器视觉图像边缘的检测阶梯状边缘两边像素的灰度值明显不同，边缘位置容易检测；脉冲状边缘处于灰度值由小到大再到小的突变位置；屋顶状边缘处于灰度值由小到大再到小的逐渐变化转折点位置。道路边缘图像分析与检测示例如图所示。图11-9道路边缘图像分析与检测机器视觉技术11智能传感与检测技术11.3机器视觉图像边缘的检测图11-10所示图像边缘中，第1行是一些具有边缘的图像示例，第2行是沿图像水平方向的图像边缘剖面图，第3行是剖面的一阶导数，第4行是剖面的二阶导数。第1列和第2列是阶梯状边缘，第3列是脉冲状边缘，第4列是屋顶状边缘。实现图像的边缘检测，就是要用离散化梯度逼近函数根据二维灰度矩阵梯度向量来寻找图像灰度矩阵的灰度跃变位置，然后在图像中将这些位置的点连起来，构成图像边缘。机器视觉技术11智能传感与检测技术『知识拓展』无人驾驶汽车的感知和定位随着机器视觉技术的发展，目前视觉传感器能提供无人驾驶汽车感知和定位两个功能。感知功能主要有障碍物识别、交通标志识别、可通行空间识别、交通信号灯识别。定位功能是基于视觉同步定位与建图(SimultaneousLocalizationndMapping，SLAM)技术，将提前建好的地图和实时的感知结果做匹配，获取当前汽车的位置。视觉传感器工作状态受光线明暗、天气状态和拍摄物体形状的影响较大，MobilEYE是著名的车用视觉系统公司，初创于以色列，于2017年被美国INTEL公司以153亿美元收购。美国Tesla汽车公司在其无人驾驶技术方案中，坚决排斥激光雷达，而采用了毫米波雷达+视觉传感器的方案。除了无人驾驶技术应用以外，视觉传感器还可以应用于倒车辅助、泊车辅助、驾驶人行为监测等。机器视觉技术11智能传感与检测技术11.4机器视觉技术在纺织企业中的应用

纺织企业是大型劳动和技术密集型企业，“布匹检测”流水线（图11-11）是实时、准确、高效的流水线。在流水线上，所有布匹的颜色、及数量都要进行自动确认。采用机器视觉的自动识别技术完成以前由人工来完成的检测工作。在大批量的布匹检测中，用人工检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。机器视觉技术11智能传感与检测技术

中国正成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，应用范围涵盖了工业、农业、医药、军事、航天、气象、科研等国民经济的各个行业。其重要原因是中国已经成为全球