機器視覺技術(shù)是計算機學科的一個重要分支,它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù),涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。自起步發(fā)展至今,已經(jīng)有 20 多年的歷史,其功能以及應用范圍隨著工業(yè)自動化的發(fā)展逐漸完善和推廣,其中特別是目前的數(shù)字圖像傳感器、 CMOS 和 CCD 攝像機、 DSP 、 FPGA 、 ARM 等嵌入式技術(shù)、圖像處理和模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展,大大地推動了機器視覺的發(fā)展。

簡而言之,機器視覺就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。在生產(chǎn)線上,人來做此類測量和判斷會因疲勞、個人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯誤,但是機器卻會不知疲倦地、穩(wěn)定地進行下去。一般來說,機器視覺系統(tǒng)包括了照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。對于每一個應用,我們都需要考慮系統(tǒng)的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對比度需要多大等。從功能上來看,典型的機器視覺系統(tǒng)可以分為:圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。

一個完整的機器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下:

1 、工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心,向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。

2 、圖像采集部分按照事先設定的程序和延時,分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。

3 、攝像機停止目前的掃描,重新開始新的一幀掃描,或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài),啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。

4 、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構(gòu),曝光時間可以事先設定。

5 、另一個啟動脈沖打開燈光照明,燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。

6 、攝像機曝光后,正式開始一幀圖像的掃描和輸出。

7 、圖像采集部分接收模擬視頻信號通過 A/D 將其數(shù)字化,或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。

8 、圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。

9 、處理器對圖像進行處理、分析、識別,獲得測量結(jié)果或邏輯控制值。

10 、處理結(jié)果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。

從上述的工作流程可以看出,機器視覺是一種比較復雜的系統(tǒng)。因為大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運動物體,系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要,所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求。在某些應用領(lǐng)域,例如機器人、飛行物體導制等,對整個系統(tǒng)或者系統(tǒng)的一部分的重量、體積和功耗都會有嚴格的要求。

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