了解機(jī)器視覺(jué)的工作原理將幫助您了解機(jī)器視覺(jué)是否可以消除制造或加工過(guò)程中的特定應(yīng)用難題。

人們通常對(duì)機(jī)器視覺(jué)對(duì)生產(chǎn)線或過(guò)程能做什么和不能做什么感到困惑。了解它的工作方式有助于做出相關(guān)解決應(yīng)用程序問(wèn)題的決定。那么究竟什么是機(jī)器視覺(jué)，它是如何工作的呢？

機(jī)器視覺(jué)是通常在工業(yè)或生產(chǎn)環(huán)境中使用攝像機(jī)或多臺(tái)攝像機(jī)自動(dòng)檢查和分析對(duì)象的方法。然后，所獲取的數(shù)據(jù)可用于控制過(guò)程或制造活動(dòng)。典型的應(yīng)用程序可能在裝配線上。在零件上執(zhí)行操作后，會(huì)觸發(fā)相機(jī)以捕獲并處理圖像?？梢詫?duì)攝像機(jī)進(jìn)行編程，以檢查物體的位置，其顏色，大小或形狀，或者物體是否存在。它還可以查看和解密標(biāo)準(zhǔn)或二維矩陣條形碼，甚至可以讀取打印的字符。

檢查產(chǎn)品后，通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)以確定如何處理該產(chǎn)品。零件可能會(huì)被拒入容器或分支輸送機(jī)中，或者會(huì)通過(guò)更多的組裝操作繼續(xù)傳遞，并通過(guò)系統(tǒng)跟蹤其檢查結(jié)果。在任何情況下，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)都可以提供比簡(jiǎn)單的不在場(chǎng)/在場(chǎng)類型傳感器更多的關(guān)于物體的信息。

機(jī)器視覺(jué)的典型用途包括：

• 質(zhì)量保證

• 機(jī)器人/機(jī)器指導(dǎo)

• 測(cè)試與校正

• 實(shí)時(shí)過(guò)程控制

• 數(shù)據(jù)采集

• 機(jī)器監(jiān)控

• 排序/計(jì)數(shù)。

許多制造商使用自動(dòng)機(jī)器視覺(jué)代替人工檢查員，因?yàn)樗m合重復(fù)檢查任務(wù)。它更快，更客觀并且可以連續(xù)工作。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以每分鐘檢查數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)零件，并且比人工檢查人員提供更一致，更可靠的檢查結(jié)果。

通過(guò)減少缺陷，提高產(chǎn)量，促進(jìn)法規(guī)遵從性以及使用機(jī)器視覺(jué)跟蹤零件，制造商可以節(jié)省成本并提高利潤(rùn)。

機(jī)器視覺(jué)的類比

離散光電眼是工業(yè)自動(dòng)化中最基本的傳感器之一。之所以稱其為“離散”或“數(shù)字”，是因?yàn)樗挥袃煞N狀態(tài)：打開(kāi)或關(guān)閉。

漫射光眼背后的主要思想是，它發(fā)出一束光束并檢測(cè)該光是否被某些物體反射掉。如果不存在物體，則沒(méi)有光反射回光電眼的接收器。通常為24 V的電信號(hào)連接到接收器。如果存在物體，則信號(hào)會(huì)打開(kāi)，并可在控制系統(tǒng)中使用以使某些事情發(fā)生。如果物體被移走，信號(hào)將關(guān)閉。

漫射光眼也可以是模擬的。它不僅可以返回打開(kāi)和關(guān)閉兩種狀態(tài)，還可以返回一個(gè)數(shù)字，表示有多少光返回其接收器。對(duì)于光電眼，它可以返回256個(gè)值，從0（表示無(wú)光，暗或黑）到255（表示大量光或白）的256個(gè)值。左側(cè)光電眼返回的值為76或深灰色。這大約是最大值255的30％。如果將較輕的物體放在傳感器的前面，它將返回一個(gè)較大的數(shù)字。如果它產(chǎn)生217，約為255的整個(gè)范圍的85％，則表明灰度較淺。

想象一下，是否可以將成千上萬(wàn)的微型模擬光電眼排列成正方形或矩形陣列并指向一個(gè)物體?；趥鞲衅魉闇?zhǔn)位置的反射率，這將創(chuàng)建黑白物體圖像。

這些圖像中的各個(gè)感測(cè)點(diǎn)稱為“像素”。當(dāng)然，沒(méi)有使用數(shù)千個(gè)微型光電傳感器來(lái)創(chuàng)建圖像。取而代之的是，透鏡將圖像聚焦到光檢測(cè)器的固態(tài)矩陣上。矩陣中使用光耦合固態(tài)器件的電荷耦合器件（CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）陣列。矩陣內(nèi)的各個(gè)傳感器是像素。

機(jī)器視覺(jué)可以使用顏色感應(yīng)像素，并且通常使用大得多的像素陣列。將軟件工具應(yīng)用于捕獲的圖像，以確定組件的尺寸，邊緣位置，移動(dòng)和組件之間的相對(duì)位置。

視覺(jué)系統(tǒng)的四個(gè)主要組成部分

鏡頭和照明，圖像傳感器或照相機(jī)，處理器以及通過(guò)物理輸入/輸出（I / O）連接或通過(guò)其他通信傳遞結(jié)果的方法，是視覺(jué)系統(tǒng)的四個(gè)主要部分。

鏡頭捕獲圖像并將其以光的形式呈現(xiàn)給傳感器。為了優(yōu)化視覺(jué)系統(tǒng)，相機(jī)需要與合適的鏡頭匹配。盡管有很多類型的鏡頭，但機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用通常會(huì)使用固定焦距的鏡頭。

三個(gè)因素是選擇過(guò)程的重要組成部分：

1. 視場(chǎng)

2. 工作距離

3. 相機(jī)的傳感器尺寸。

有很多不同的方法可以將光照應(yīng)用于圖像。在設(shè)計(jì)機(jī)器視覺(jué)環(huán)境時(shí)，所有要考慮的重要因素是光的方向，亮度，顏色或與目標(biāo)顏色相比的波長(zhǎng)。雖然照明是獲得優(yōu)質(zhì)圖像的重要部分，但還有其他兩件事會(huì)影響圖像獲得多少曝光量。鏡頭有一個(gè)稱為光圈的調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)可以打開(kāi)或關(guān)閉以讓更多或更少的光進(jìn)入鏡頭。結(jié)合曝光時(shí)間，這決定了在均勻施加照明之前像素陣列上的光量?？扉T(mén)或曝光時(shí)間確定將圖像施加到像素陣列的時(shí)間。在機(jī)器視覺(jué)中，通常以毫秒為單位對(duì)百葉窗進(jìn)行電子控制。

捕獲圖像后，將應(yīng)用軟件工具，其中一些在分析（預(yù)處理）之前應(yīng)用，而其他工具則用于確定所檢查對(duì)象的屬性。在預(yù)處理階段，可以對(duì)圖像應(yīng)用效果以銳化邊緣，增加對(duì)比度或填充空間。這樣做是為了增強(qiáng)其他軟件工具的功能。

機(jī)器視覺(jué)目標(biāo)

以下是可用于獲取有關(guān)目標(biāo)的信息的一些常用工具的列表：

• 像素計(jì)數(shù)：計(jì)算對(duì)象中亮或暗像素的數(shù)量

• 邊緣檢測(cè)：查找對(duì)象邊緣

• 測(cè)量/計(jì)量：測(cè)量對(duì)象尺寸（例如像素，英寸或毫米）

• 模式識(shí)別或模板匹配：查找，匹配和/或計(jì)數(shù)特定模式。這可以包括對(duì)象的位置，該對(duì)象可以被旋轉(zhuǎn)，被另一對(duì)象部分隱藏或尺寸變化。

• 光學(xué)字符識(shí)別（OCR）：自動(dòng)讀取文本，例如序列號(hào)

• 條形碼，數(shù)據(jù)矩陣和“二維條形碼”讀數(shù)：采集各種條形碼標(biāo)準(zhǔn)中包含的數(shù)據(jù)。

• 斑點(diǎn)檢測(cè)和提?。?/strong>檢查圖像中是否有相連像素（例如灰色物體中的黑洞）的離散斑點(diǎn)作為圖像界標(biāo)。

• 顏色分析：使用顏色識(shí)別零件，產(chǎn)品和物品，評(píng)估顏色并使用顏色隔離特征。

在檢查中獲取數(shù)據(jù)的目的通常是與目標(biāo)值進(jìn)行比較，以確定“通過(guò)或失敗”或“通過(guò)/不通過(guò)”結(jié)果。例如，通過(guò)代碼或條形碼驗(yàn)證，會(huì)將讀取的值與存儲(chǔ)的目標(biāo)值進(jìn)行比較。為了進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量值與適當(dāng)?shù)闹岛凸钸M(jìn)行比較。