第五章 机器视觉的典型应用.ppt

机器视觉的典型应用 机器视觉被称为自动化的眼睛，在国民经济、科学研究及国防建设等领域都有着广泛的应用。 首先，机器视觉最大的优点是与被观测的对象无接触，从而对观测与被观测者都不会产生任何损伤，十分安全可靠，这是其他感觉方式无法比拟的。 其次，机器视觉所能检测的对象范围十分广泛，可以说是对对象不加选择。理论上，人眼观察不到的范围机器视觉也可以观察到，例如红外线、微波、超声波等人类就观察不到，而机器视觉则可以利用这方面的敏感器件形成红外线、微波、超声波等图像，因此可以说是扩展了人类的视觉范围。 第三，人无法长时间地观察对象，机器视觉则可以不知疲劳、始终如一地观测，所以机器视觉被广泛地用于长时间恶劣的工作环境。 1)农业上的应用 检测农产品的外形尺寸并对其进行分级；检测农产品表面颜色以反映其品质，如将饱和度作为特征参数识别胚芽和胚乳；农产品表面缺陷和损伤的自动检测、分类；动物产品的品质检测，如牡蝠肉的尺寸检测与分级、检测牛奶的品质及肉牛的脂肪厚度等；在农业生产领域中的研究，如在分析小麦生长特征的技术上，用小麦叶片和茎杆之间的叉点数来检测叶片，用色相表示小麦叶片的颜色，对小麦叶片的色机值进行检测。 2)工业上的应用 生产线上部件安装、自动焊接、切割加工；大规模集成电路生产线上自动连接引线、对准芯片和封装；在纺织、印染业进行自动分色配色、其它辅助设计等。在各类检测、监视中的应用，如检查印刷底版的裂痕、短路及不合格的连接部，检查标签文字标记，玻璃产品的裂痕和气泡，零件质量检测等。 3)商业上的应用 自动巡视商店或其他重要场所的门廊，自动跟踪可疑的人并及时报警。 4)遥感方面的应用 自动制图，卫星图像与地形图对准，自动测绘地图;国土资源管理，如森林、水面、土壤的管理等;还可以对环境、火警自动监测。 5)医学方面的应用 对染色体切片、癌细胞切片、X射线图像、超声波图像的自动检查，进而自动诊断等。 6)军事方面的应用 自动监视军事目标，自动发现、跟踪运动目标，自动巡航、捕获目标和确定距离。 基于PC式机器视觉系统的构成 相机的选择除了考虑选择黑白/彩色、数字/模拟、面阵/线阵、精度、速度外，还要考虑的因素有:相机与图像采集卡之间的数据输出接口、相机与镜头之间的联接接口等。数据输出接口主要有视频制式模拟信号、CameraLink, LIDS ,IEE1394, USB等。在系统的硬件选择时要注意相机和图像采集卡之间的接口的类型，尽量选用相同接口，如果接口不同要考虑相机和图像采集卡之间的接口转换问题；根据相机和镜头间的联接支座的螺纹的不同可以分为C接口和CS接口。 根据要求，选用了UNIQ公司的UP-800型黑白面阵CCD数字相机，其主要参数如下表所示。 光源选择 照明的主要目的是通过一定方式把光源发出的光投 射到被测物体上，突出被测特征的对比度，使采集 到的图像质量得到改善从而满足机器视觉软件对图 像处理与分析的要求。 照明方式的选择主要考虑被测物体的特性、工作距 离、视场大小等因素。当前还没有任何一种照明方 式可以适用于所有的机器视觉工程中，要针对每一 个机器视觉工程选择合适的照明系统。 LED光源效率高、体积小、发热少、功耗低、发光 稳定、寿命长，通过不同的组合方式可以制造成环 形、条形、矩形等不同形状的光源来满足不同工程 的需要。因此，LED光源以其优异的特性在机器视 觉工程中得到了广泛的应用。 机器视觉工程中使用的光源除了要适合被测量目标的 特性以外，还要求光能稳定。 镜头选择 镜头选择要根据相机的传感器尺寸、支座接口形式以及被测量的零件尺寸等进行综合考虑。镜头的成像应能够完全覆盖镜头的传感器表面；镜头和相机的联接接口形式应该尽量相同；镜头的视场和景深应该满足被测量的零件的尺寸要求。 本例选用了性价比较高的COMPUTAR公司的 M2514-MP百万像素固定焦距镜头，其主要性能参数 见下表所示。该镜头采用C型接口与可以相机配套使 用。成像尺寸满足相机的CCD传感器尺寸要求。另 外，该镜头分辨率较高，适合高精度的尺寸检测。手 动的光圈和焦距调节可以满足本课题的要求。 图像采集卡选择 图像采集卡是一块可插入计算机或脱离计算机独立使用的板卡，图像采集卡将数字信号经过处理送入计算机，是图像采集部分和图像处理部分的接口。为了避免与其他PCI设备产生冲突时丢失数据，一般在图像采集卡上应有数据缓存。一些图像采集卡还提供数字I/O的功能。 本文使用的图像采集卡为NI公司的IMAQ 1422图像采卡，其主要性能参数见下表 系统软件 机器视觉系统要实现预定的功能离不开相应的计算机软件，图像处理软件要实现图像数据的采集，并且进一步通过特定的算法对采集的数字图像进行分析、处理，最