機(jī)器視覺的定義：機(jī)器視覺是通過(guò)光學(xué)裝置和非接觸式的傳感器，自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器視覺已經(jīng)開始慢慢代替人工視覺，尤其是在工況檢測(cè)、成品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域，應(yīng)用廣泛。本質(zhì)上，機(jī)器視覺是圖像分析技術(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)字相機(jī)和圖像處理工具，來(lái)模擬人的視覺能力，并做出相應(yīng)的決策，通過(guò)指揮某種特定的裝置執(zhí)行這些決策。

一、為什么要應(yīng)用機(jī)器視覺

原因有很多，以下列出較主要的幾點(diǎn)：

1、從生產(chǎn)效率的角度來(lái)說(shuō)，由于操作工在長(zhǎng)時(shí)間工作下容易疲憊，人工視覺質(zhì)量效率低下且精度不高，而機(jī)器視覺可以大大提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。

2、從成本控制的角度來(lái)說(shuō)，培訓(xùn)一個(gè)合格的操作工需要企業(yè)管理者花費(fèi)大量的人力物力，然而單純的培訓(xùn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，后續(xù)還需要花費(fèi)大量的時(shí)間，使操作工的水平在實(shí)踐中得到提升。而機(jī)器視覺系統(tǒng)只要設(shè)計(jì)、調(diào)試和操作得當(dāng)，可以在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不間斷使用，同時(shí)確保生產(chǎn)效果。

3、在某些特殊工業(yè)環(huán)境中實(shí)施工況檢測(cè)，如焊接、火藥制造等，人工視覺可能會(huì)對(duì)操作工的人身安全造成威脅，而機(jī)器視覺從某種程度上有效地規(guī)避了這些風(fēng)險(xiǎn)。

二、機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成模塊

一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般由光學(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)行機(jī)構(gòu)及人機(jī)界面等模塊組成，所有功能模塊相輔相成，缺一不可。

1、照明(光源)

照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接關(guān)系到輸入數(shù)據(jù)，即圖像的質(zhì)量和應(yīng)用效果。

工程師需根據(jù)用戶需求和產(chǎn)品特性，首先確定有效的照明條件，選擇相應(yīng)的照明裝置，才能確保在此光照條件下生成的圖像能突顯出用戶需要的目標(biāo)信息特征。

光源一般分為可見光源和不可見光源，工業(yè)上常用的可見光源有LED、鹵素?zé)?、熒光燈?不可見光源主要為近紅外光、紫外光、X射線等。

LED光源是目前運(yùn)用最多的機(jī)器視覺光源，它具有效率高、壽命長(zhǎng)、防潮抗震、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，是工程師在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)的最佳選擇。

不可見光源主要用來(lái)應(yīng)對(duì)一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測(cè)，由于不可見光的可穿透性，才能到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)。

2、鏡頭

鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的重要組件，其作用是光學(xué)成像。

鏡頭的主要參數(shù)有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作距離、視場(chǎng)(FOV，F(xiàn)ield of View)等。

景深，是指鏡頭能夠獲得最佳圖像時(shí)，被攝物體離此最佳焦點(diǎn)前后的距離范圍。

視場(chǎng)，表示攝像頭所能觀測(cè)到的最大范圍，通常以角度表示，一般說(shuō)來(lái)，視場(chǎng)越大，觀測(cè)范圍越大。

工作距離，是指鏡頭到被攝物體的距離，工作距離越長(zhǎng)，成本越高。

在設(shè)計(jì)機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)，要選擇參數(shù)與用戶需求相匹配的鏡頭。

3、工業(yè)相機(jī)

在機(jī)器視覺系統(tǒng)中工業(yè)相機(jī)必不可少，它就像人眼一樣，用來(lái)捕獲圖像。

相機(jī)按其感光器的不同，可分為：

CCD相機(jī);CMOS相機(jī)。

CCD—Charge Coupled Device

CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor

CCD相機(jī)的成本較高，但成像品質(zhì)、成像通透性、色彩的豐富性等較CMOS相機(jī)出色很多。

CCD相機(jī)按其使用的CCD感光元件可分為線陣式和面陣式兩大類。

線陣相機(jī)，是呈“線”狀的，對(duì)圖像的信息只能以行為單位進(jìn)行處理，分辨率高，速度快，主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域中，相配套的機(jī)器視覺系統(tǒng)上。

面陣式相機(jī)則一次可以獲得整幅圖像的信息，價(jià)格相對(duì)便宜。

4、圖像采集單元

圖像采集單元中最重要的元件是圖像采集卡，它是圖像采集單元與圖像處理單元的接口，用來(lái)將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化，并輸入、存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。

5、圖像處理單元

包含大量圖像處理算法。在取得圖像后，用這些算法對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，分析計(jì)算，并輸出結(jié)果。

6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與人機(jī)界面

在完成圖像采集和處理工作之后，需要將圖像處理的結(jié)果輸出，并做出與結(jié)果相匹配的動(dòng)作，如剔廢、報(bào)警等，并通過(guò)人機(jī)界面顯示生產(chǎn)信息。

三、機(jī)器視覺系統(tǒng)的原理

通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，將需要拍攝的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成為圖像信號(hào)，再將圖像信號(hào)傳送至圖像采集卡，并根據(jù)像素分布、亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。

圖像處理單元對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行有效地運(yùn)算并獲得拍攝目標(biāo)的特征值，從而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)指揮設(shè)備進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

四、機(jī)器視覺系統(tǒng)的流程

這張圖，是一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)架圖。以安瓿注射劑中異物自動(dòng)燈檢為例，該機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作流程如下：

首先，待檢的安瓿瓶由機(jī)械輸送裝置輸送至檢測(cè)工位，PLC發(fā)出“物體已到達(dá)”信號(hào)。

隨后，相機(jī)(camera and lens)和光源(light source)被觸發(fā)并同步開啟，對(duì)待檢安瓿瓶中液體進(jìn)行圖像獲取。

接著，獲取到的藥液狀態(tài)圖像在圖像采集卡(image processing hardware)中進(jìn)行數(shù)字化，并將被數(shù)字化的圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。

然后，所存儲(chǔ)的信息被運(yùn)到圖像處理軟件，對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行處理與異物特征分析，判斷液體質(zhì)量是否合乎要求并做出決策，如好品GOOD，壞品NOTGOOD。

雙翌視覺是專注于機(jī)器視覺部件及視覺系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)和營(yíng)銷的高科技企業(yè)，是專業(yè)的機(jī)器視覺核心部件及解決方案提供商。雙翌視覺堅(jiān)守“持續(xù)創(chuàng)新”的理念，目前已經(jīng)成功在消費(fèi)電子、新能源、半導(dǎo)體、汽車、物流、交通、醫(yī)藥、科研等行業(yè)為客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和定制化的視覺解決方案。