技術文章
機器視覺技術的不斷創新 推動了工業自動化
日期：2018-09-17
來源：J9九游会中国
如今，隨著工業4.0的到來，機器視覺技術在工業自動化中逐漸起著十分重要的地位，機器視覺技術的不斷創新，推動了工業自動化、智慧安防以及人工智能等行業的進步，機器視覺技術的發展為這項技術所能應用的領域也帶來了更多發展潛力與機會。
大家都說人類感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的，圖像包含的信息量是最巨大的。那麽機器視覺技術的出現，就是為機器設備安上了感知外界的眼睛，使機器具有像人一樣的視覺功能，從而實現各種檢測、判斷、識別、測量等功能。
今天，咱們就來感受一下機器視覺技術的魅力。
機器視覺的五大典型架構
1.照明
還記得當初在參加一場有關機器視覺技術會議的時候，一位技術大牛特意強調了機器視覺中關於照明的重要性。據了解，照明是影響機器視覺係統輸入的重要因素，它直接影響輸入數據的質量和應用效果。
光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點是光能不能保持穩定，如何使光能在一定的程度上保持穩定，是實踐過程中急需要解決的問題。另一方麵，環境光有可能影響圖像的質量，所以可采用加防護屏的方法來減少環境光的影響。
照明係統按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結構光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機之間，它的優點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機位於被測物的同側，這種方式便於安裝。結構光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據它們產生的畸變，解調出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈衝照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同步。
2.鏡頭
鏡頭相當於人類眼球的存在，它在機器視覺係統中主要負責光束調製，並完成信號傳遞。據了解，目前為止市麵上大多數的鏡頭都能夠滿足機器視覺應用的需求，但是更專業的機器視覺係統可能需要定製的鏡頭和塗層。幸運的是，許多具有內部生產能力的鏡頭製造商，已經準備好定製鏡頭來滿足這些應用需求。當然，這些定製鏡頭會比較昂貴，因此它們通常僅用於那些對成本不敏感的特定成像係統中(例如軍事應用)，或是大批量消費產品的生產線中。
3.工業相機
工業相機在機器視覺係統中最本質的功能就是將光信號轉變為電信號。與普通相機相比，它具有更高的傳輸力、抗幹擾力以及穩定的成像能力。按照不同標準可有多種分類：按輸出信號方式，可分為模擬工業相機和數字工業相機;按芯片類型不同，可分CCD工業相機和CMOS工業相機。
4.圖像采集卡
雖然圖像采集卡隻是完整的機器視覺係統的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網采集卡。這些采集卡中有的內置多路開關，可以連接多個攝像機，同時抓拍多路信息。
5.機器視覺軟件
機器視覺軟件是機器視覺係統中自動化處理的關鍵部件，根據具體應用需求，對軟件包進行二次開發，可自動完成對圖像采集、顯示、存儲和處理。通過前期傳送給專用的圖像處理軟件，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;機器視覺軟件再對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控製現場的設備動作。
五個常見應用領域
機器視覺可說是工業自動化係統的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設備定位，都是機器視覺技術可以發揮的舞台，因此它的應用範圍十分廣泛，行業應用領域更是多到令人眼花繚亂。
1.圖像識別應用
圖像識別，是利用機器視覺對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象。圖像識別在機器視覺工業領域中最典型的應用就是二維碼的識別了，二維碼就是我們平時常見的條形碼中最為普遍的一種。將大量的數據信息存儲在這小小的二維碼中，通過條碼對產品進行跟蹤管理，通過機器視覺係統，可以方便對各種材質表麵的條碼進行識別讀取，大大提高了現代化生產的效率。
2.圖像檢測應用
檢測是機器視覺工業領域最主要的應用之一，幾乎所有產品都需要檢測，而人工檢測存在著較多的弊端，人工檢測準確性低，長時間工作的話，準確性更是無法保證，而且檢測速度慢，容易影響整個生產過程的效率。因此，機器視覺在圖像檢測的應用方麵也非常的廣泛，例如：硬幣邊緣字符的檢測。2000年10月新發行的第五套人民幣中，壹圓硬幣的側邊增強了防偽功能，鑒於生產過程的嚴格控製要求，在造幣的最後一道工序上安裝了視覺檢測係統;印刷過程中的套色定位以及較色檢查、包裝過程中的飲料瓶蓋的印刷質量檢查，產品包裝上的條碼和字符識別等;玻璃瓶的缺陷檢測。機器視覺係統對玻璃瓶的缺陷檢測，也包括了藥用玻璃瓶範疇，也就是說機器視覺也涉及到了醫藥領域，其主要檢測包括尺寸檢測、瓶身外觀缺陷檢測、瓶肩部缺陷檢測、瓶口檢測等。
3.視覺定位應用
視覺定位要求機器視覺係統能夠快速準確地找到被測零件並確認其位置。在半導體封裝領域，設備需要根據機器視覺取得的芯片位置信息調整拾取頭，準確拾取芯片並進行綁定，這就是視覺定位在機器視覺工業領域最基本的應用。
4.物體測量應用
機器視覺工業應用最大的特點就是其非接觸測量技術，同樣具有高精度和高速度的性能，但非接觸無磨損，消除了接觸測量可能造成的二次損傷隱患。常見的測量應用包括齒輪、接插件、汽車零部件、IC元件管腳、麻花鑽、羅定螺紋檢測等。
5.物體分揀應用
實際上，物體分揀應用是建立在識別、檢測之後一個環節，通過機器視覺係統將圖像進行處理，實現分揀。在機器視覺工業應用中常用於食品分揀、零件表麵瑕疵自動分揀、棉花纖維分揀等。
大家都說人類感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的，圖像包含的信息量是最巨大的。那麽機器視覺技術的出現，就是為機器設備安上了感知外界的眼睛，使機器具有像人一樣的視覺功能，從而實現各種檢測、判斷、識別、測量等功能。
今天，咱們就來感受一下機器視覺技術的魅力。
機器視覺的五大典型架構
1.照明
還記得當初在參加一場有關機器視覺技術會議的時候，一位技術大牛特意強調了機器視覺中關於照明的重要性。據了解，照明是影響機器視覺係統輸入的重要因素，它直接影響輸入數據的質量和應用效果。
光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點是光能不能保持穩定，如何使光能在一定的程度上保持穩定，是實踐過程中急需要解決的問題。另一方麵，環境光有可能影響圖像的質量，所以可采用加防護屏的方法來減少環境光的影響。
照明係統按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結構光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機之間，它的優點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機位於被測物的同側，這種方式便於安裝。結構光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據它們產生的畸變，解調出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈衝照射到物體上，攝像機拍攝要求與光源同步。
2.鏡頭
鏡頭相當於人類眼球的存在，它在機器視覺係統中主要負責光束調製，並完成信號傳遞。據了解，目前為止市麵上大多數的鏡頭都能夠滿足機器視覺應用的需求，但是更專業的機器視覺係統可能需要定製的鏡頭和塗層。幸運的是，許多具有內部生產能力的鏡頭製造商，已經準備好定製鏡頭來滿足這些應用需求。當然，這些定製鏡頭會比較昂貴，因此它們通常僅用於那些對成本不敏感的特定成像係統中(例如軍事應用)，或是大批量消費產品的生產線中。
3.工業相機
工業相機在機器視覺係統中最本質的功能就是將光信號轉變為電信號。與普通相機相比，它具有更高的傳輸力、抗幹擾力以及穩定的成像能力。按照不同標準可有多種分類：按輸出信號方式，可分為模擬工業相機和數字工業相機;按芯片類型不同，可分CCD工業相機和CMOS工業相機。
4.圖像采集卡
雖然圖像采集卡隻是完整的機器視覺係統的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網采集卡。這些采集卡中有的內置多路開關，可以連接多個攝像機，同時抓拍多路信息。
5.機器視覺軟件
機器視覺軟件是機器視覺係統中自動化處理的關鍵部件，根據具體應用需求，對軟件包進行二次開發，可自動完成對圖像采集、顯示、存儲和處理。通過前期傳送給專用的圖像處理軟件，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;機器視覺軟件再對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控製現場的設備動作。
五個常見應用領域
機器視覺可說是工業自動化係統的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設備定位，都是機器視覺技術可以發揮的舞台，因此它的應用範圍十分廣泛，行業應用領域更是多到令人眼花繚亂。
1.圖像識別應用
圖像識別，是利用機器視覺對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象。圖像識別在機器視覺工業領域中最典型的應用就是二維碼的識別了，二維碼就是我們平時常見的條形碼中最為普遍的一種。將大量的數據信息存儲在這小小的二維碼中，通過條碼對產品進行跟蹤管理，通過機器視覺係統，可以方便對各種材質表麵的條碼進行識別讀取，大大提高了現代化生產的效率。
2.圖像檢測應用
檢測是機器視覺工業領域最主要的應用之一，幾乎所有產品都需要檢測，而人工檢測存在著較多的弊端，人工檢測準確性低，長時間工作的話，準確性更是無法保證，而且檢測速度慢，容易影響整個生產過程的效率。因此，機器視覺在圖像檢測的應用方麵也非常的廣泛，例如：硬幣邊緣字符的檢測。2000年10月新發行的第五套人民幣中，壹圓硬幣的側邊增強了防偽功能，鑒於生產過程的嚴格控製要求，在造幣的最後一道工序上安裝了視覺檢測係統;印刷過程中的套色定位以及較色檢查、包裝過程中的飲料瓶蓋的印刷質量檢查，產品包裝上的條碼和字符識別等;玻璃瓶的缺陷檢測。機器視覺係統對玻璃瓶的缺陷檢測，也包括了藥用玻璃瓶範疇，也就是說機器視覺也涉及到了醫藥領域，其主要檢測包括尺寸檢測、瓶身外觀缺陷檢測、瓶肩部缺陷檢測、瓶口檢測等。
3.視覺定位應用
視覺定位要求機器視覺係統能夠快速準確地找到被測零件並確認其位置。在半導體封裝領域，設備需要根據機器視覺取得的芯片位置信息調整拾取頭，準確拾取芯片並進行綁定，這就是視覺定位在機器視覺工業領域最基本的應用。
4.物體測量應用
機器視覺工業應用最大的特點就是其非接觸測量技術，同樣具有高精度和高速度的性能，但非接觸無磨損，消除了接觸測量可能造成的二次損傷隱患。常見的測量應用包括齒輪、接插件、汽車零部件、IC元件管腳、麻花鑽、羅定螺紋檢測等。
5.物體分揀應用
實際上，物體分揀應用是建立在識別、檢測之後一個環節，通過機器視覺係統將圖像進行處理，實現分揀。在機器視覺工業應用中常用於食品分揀、零件表麵瑕疵自動分揀、棉花纖維分揀等。
