机器视觉系统

机器视觉系统概述§什么是视觉系统§工作原理§系统构成§系统特点§机器视觉发展史§特点&为什么要使用机器视觉&人机对比§硬件分类§主要行业应用&实际案例§机器视觉主要功能§机器视觉优势机器视觉系统概述什么是机器视觉系统机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像获取装置，分CMOS和CCD两种）将被获取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。机器视觉系统概述机器视觉的工作原理机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。机器视觉系统的构成一个典型的工业机器视觉系统包括：光源镜头相机（包括CCD相机和COMS相机)图像处理单元（或图像捕获卡）图像处理软件监视器通讯/输入输出单元等机器视觉系统概述I/O操作界面(可选)串口(可选)Ethernet(可选)剔除装置产品方向不良品电源24VDC电源PLCI/O控制器触发信号错误信号输出光源相机感应器镜头IMPACTIMPACTIMPACTIMPACT机器视觉系统概述其起点难以准确考证，其大致的发展历程是：20世纪50年代提出机器视觉概念20世纪70年代真正开始发展20世纪80年代进入发展正轨20世纪90年代发展趋于成熟20世纪90年代后高速发展•一是机器视觉最先的应用来自“机器人”的研制，也就是说，机器视觉首先是在机器人的研究中发展起来的；•二是20世纪70年代CCD图像传感器的出现，CCD摄像机替代硅靶摄像是机器视觉发展历程中的一个重要转折点；•三是20世纪80年代CPU、DSP等图像处理硬件技术的飞速进步，为机器视觉飞速发展提供了基础条件。机器视觉系统概述1990-1998年为初级阶段。期间真正的机器视觉系统市场销售额微乎其微。主要的国际机器视觉厂商还没有进入中国市场。自从1998年，越来越多的电子和半导体工厂，包括香港和台湾投资的工厂，落户广东和上海。带有机器视觉的整套的生产线和高级设备被引入中国。1998-2002年定义为机器视觉概念引入期。在此阶段，许多著名视觉设备供应商，例如，北京和利时电机技术有限公司曾经被五家外国公司选做主要代理商或解决方案提供商。从2002年至今，我们称之为机器视觉发展期，中国机器视觉呈快速增长趋势。机器视觉系统概述机器视觉的功能特点是随着工业自动化的发展而逐渐完善和发展的。据不完全统计，目前全球整个视觉市场总量大概在70亿美元这个规模，并且按照每年8.8%的速度在增长。而在中国，由于工业自动化程度还没有达到国外的先进水平，所以机器视觉在中国的应用还处于起步阶段，但是随着制造业对自动化的需求以及对生产质量和管理水平的不断提高，中国对于机器视觉的需求将会不断上升。机器视觉的功能特点是随着工业自动化的发展而逐渐完善和发展的。据不完全统计，目前全球整个视觉市场总量大概在70亿美元这个规模，并且按照每年8.8%的速度在增长。而在中国，由于工业自动化程度还没有达到国外的先进水平，所以机器视觉在中国的应用还处于起步阶段，但是随着制造业对自动化的需求以及对生产质量和管理水平的不断提高，中国对于机器视觉的需求将会不断上升。机器视觉系统概述机器视觉的特点机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度；而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。机器视觉系统概述空间分辨力，通过配置各种光学镜头可以观测小到微米，大到天体的目标。速度，相机快门时间可达微秒级，高速相机帧率可达1000以上。感光范围，从紫外到红外很宽的光谱范围，还有射线特殊相机。环境要求，对对环境适应性强，可以加防护装置。灰度分辨力，目前一般多使用8bit，256灰度等级，采集系统可以具有10bit，12bit，16bit等灰度等级。非接触测量机器视觉系统概述为什么要使用机器视觉？1、需要人眼检测的地方，其检测结果依赖于操作者的疲劳度、责任心和经验等。2、自动检测能够在不利环境中实施，并且能够把检测到的信息记录下来用于后续统计分析。3、机器视觉能够提高整个生产的速度，并且会减少整体的拒绝率。4、机器视觉能够帮助提高用户对制造商产品的信心，并且增加销售量。5、机器视觉能够实现产品在线100%的检测，便于系统集成。6、由于机器比人快，一台设备可以承担几个人的任务，而且机器不需要停顿，能够连续工作。可以提高工作效率，节约成本。机器视觉系统概述人类视觉机器视觉适应性适应性强，可在复杂及变化的环境中识别目标适应性差，容易受复杂背景及环境变化的影响智能具有高级智能，可运用逻辑分析及推理能力识别变化的目标，并能总结规律虽然可利用人工智能及神经网络技术，但智能很差，不能很好地识别变化的目标彩色识别能力对色彩的分辨能力强，但容易受人的心理影响，不能量化受硬件条件的制约，目前一般的图像采集系统对色彩的分辨能力较差，但具有可量化的优点灰度分辨力差，一般只能分辨64个灰度级强，目前一般使用256灰度级，采集系统可具有10bit、12bit、16bit等灰度级空间分辨力分辨率较差，不能观看微小的目标目前有4K×4K的面阵摄像机和8K的线阵摄像机，通过备置各种光学镜头，可以观测小到微米大到天体的目标速度0.1秒的视觉暂留使人眼无法看清较快速运动的目标快门时间可达到10微妙左右，高速像机帧率可达到1000以上，处理器的速度越来越快感光范围400nm-750nm范围的可见光从紫外到红外的较宽光谱范围，另外有X光等特殊摄像机环境要求对环境温度、湿度的适应性差，另外有许多场合对人有损害对环境适应性强，另外可加防护装置观测精度精度低，无法量化精度高，可到微米级，易量化其它主观性，受心理影响，易疲劳客观性，可连续工作机器视觉系统概述目前机器视觉朝着两个大方向在发展：一个是嵌入式，如传感器和智能相机-IMPACTA、T、C另一个是基于PC的视觉系统-M系列两者不能说孰优孰劣，它们都有各自的适用场合和适用时期。•嵌入式图像处理系统：DSP、FPGA、CPU•基于PC的视觉系统：结构及功能复杂，可多路并行处理。•小型机器视觉系统：结构简单，稳定性好，开发周期长。机器视觉系统概述近十年来，嵌入式产品如传感器和智能相机，逐渐占领了部分机器视觉市场。智能相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统，它将图像采集、处理和通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。•未来的发展方向是智能相机与基于微机的机器视觉系统之间的性能差距越来越小，而智能相机凭借其成本低、简单易用、结构紧凑等优点将得到越来越广泛的应用。因此，越来越多的相机和板卡制造商都在开发智能相机。机器视觉系统概述基于PC的视觉系统利用了PC的开放性、高度的编程灵活性和良好的Windows界面，同时系统总体成本较低。PC-Based系统一般可接多个镜头，满足特殊场合的集成应用需求。•以我们公司的M系列产品为例，可以同时支持四个Gige相机，配套软件方面，可视化控件、图形化编程环境，甚至Windows下的其他编程软件都可以集成到一个界面，用户可用它快速开发复杂高级的应用。机器视觉系统概述机器视觉的应用范围机器视觉应用主要包括两个方面：识别和检测。识别：确定一个产品（零件，对象，目标等）是属于所给定范围中的哪一种的过程。检测：就是确定一个产品（零件，对象，目标等）偏离于所给定的一组标准的过程。机器视觉的应用范围非常广泛，应用范围几乎涵盖国民经济的各个行业，主要包括：工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、安全等。机器视觉系统概述1.汽车行业A、汽车电子产品中的接插件生产过程中，要求生产效率和成品尺寸精度都较高，视觉系统能够对工件的实施24小时在线检测。B、轴承生产中对滚珠数量的计数、滚珠间隙的检测和滚珠及内外圈的破损的检查。C、轴承密封圈的生产中对焊接的光洁度和有否凹陷、裂缝、膨胀及不规则颜色的检测。D、发动机识别、总装、等等各个环节的检测应用。机器视觉系统概述2.电子行业A、对IC表面字符的识别及管脚数目的检查、长短脚的判别、管脚间距离的检测。B、高速贴片机上对电子元件的快速定位。C、精密电子元件上微少的异物和缺陷的检查，进行晶片单品合格与否的判定。机器视觉系统概述3、包装行业A、对包装袋表面条码读取和生产日期的检测。B、药片生产中对药片的外形及其包装情况的检查。C、胶囊生产中对壁厚和外观的检查。机器视觉系统概述实用案例分析1、零部件测量A、长度测量：精度可达1/1000mmB、角度测量C、面积测量D、公制单位的结果输出E、支持动态或静态检测，吞吐量可达：25物件/秒实用案例分析2、生产线、装配线质量检测：A、检查印刷是否正确B、外形及尺寸检查C、位置检测D、表面检测E、速度：动态或静止目标检测，F、检测速度（吞吐量）可达：10物件/秒实用案例分析3、装瓶过程中最严格的质检员：A、瓶体分类B、标签检查C、缺损识别D、灌瓶液位测量E、支持动态检测，吞吐量可达：25物件/秒实用案例分析4、完整性检测：-确保标签与实际物品相符A、标签印刷是否正确B、外形轮廓检查C、表面检测D、代码识别E、可使用频闪或连续光源F、支持动态或静态检测吞吐量：10物件/秒实用案例分析5、检测牙膏管口边缘毛刺：A、对物件进行旋转位置识别B、检测管口是否有毛刺或其他障碍物C、通过异步触发器对图像进行整体评估实用案例分析6、颜料盒生产时的粘贴物监控：A、安放颜料块前，监控颜料盒每一格中注入的胶水量实用案例分析7、检验传动轴是否正确安装，并且编码一致：A、自动检测编码存在与否，以及封口和卡子的位置滤波（平滑、降噪）增强边缘锐化纹理分析（去骨架、连通性）图像分割，灰度、色彩、频谱特征、纹理特征、空间特征；变换(空域和频域、几何变换、色度变换）几何形态分析（Blob分析），形状、边缘、长度、面积、圆形度位置、方向、数量、连通性等搜索匹配文字识别OCR，印刷质量OCV色彩分析（色度、色密度、光谱、自动白平衡）3维测量机器视觉主要功能机器视觉优势1.质量&精度–一致性、无主观意识、,24/7在线监测2.劳动力成本–机器视觉更具有成本效益3.减少废料-捕捉生产过程中有缺陷的产品提早剔出4.速度–机器视觉检测快于人工检测5.客户关系–使用机器视觉维系客户6.数据备份–使用数据工具保存产品检测数据7.技术配合–联网其它工厂自动化(机器人)8.远端监控–远程诊断调试设备以及排除故障9.错误校对–在错误发生前冗余检测10.保险、恶略环境、操作人员安全等等Connect谢谢!