機(jī)器視覺空瓶檢測案例設(shè)計(jì)
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機(jī)器視覺是利用光電成像系統(tǒng)采集被控目標(biāo)的圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ玫膱D像處理模塊進(jìn)行數(shù)字處理，根據(jù)圖像的像素分布、亮度和顏色等信息，進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的識別。這樣，就把計(jì)算機(jī)的快速性、可重復(fù)性，與人眼視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，大大提高了生產(chǎn)的柔性和自動化程度。
2 機(jī)器視覺空瓶檢測系統(tǒng)
附圖是基于pc的機(jī)器視覺系統(tǒng)在啤酒生產(chǎn)線上空瓶檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。該系統(tǒng)主要由相機(jī)、鏡頭、光源、圖像采集卡、pc平臺和控制單元等六部分組成，各個(gè)部分之間相互配合，最終完成對酒瓶的質(zhì)量檢測和剔除。下面以附圖為例，對各個(gè)組成部分的功能和選型進(jìn)行介紹。
在選擇相機(jī)時(shí)，主要有以下幾個(gè)方面的問題要考慮：
（1） 相機(jī)的掃描方式：相機(jī)按照掃描方式可以分為面掃描和線掃描相機(jī)。
線掃描相機(jī)是指對物體進(jìn)行行掃描的相機(jī)，線掃描相機(jī)又可分為隔行掃描和逐行掃描。線掃描相機(jī)適用于以下情況：對固定的物體做一維的測量；對象物體處于運(yùn)動狀態(tài)；需處理可旋轉(zhuǎn)圓柱體的邊緣圖像；需要對象物體的高分辨率圖像，而又要考慮價(jià)格因素等。線掃描相機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)動平穩(wěn)、速度跟蹤精度高、光源強(qiáng)度要求高。目前，線掃描相機(jī)的分辨率已經(jīng)達(dá)到幾千線，檢測速率也達(dá)到60楨/秒甚至更高。
面掃描相機(jī)一次只能拍攝一副圖像。由于面掃描相機(jī)的自身局限性，使其不適于動態(tài)目標(biāo)連續(xù)無遺漏的高精度檢測。但是，針對其工作原理，采用以下技術(shù)：選用楨傳送或行間傳送ccd；采用高速快門（電子快門）；采用單場技術(shù)；選用高頻光源等，是完全可以進(jìn)行動態(tài)圖像的實(shí)時(shí)采集的，完全可以滿足工業(yè)在線檢測的要求。
?。?）相機(jī)的顏色：工業(yè)相機(jī)按顏色可以分為黑白和彩色相機(jī)。其中，黑白相機(jī)比彩色相機(jī)的分辨率高，而且數(shù)據(jù)采集速度快。隨著相機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在，彩色相機(jī)也越來越多的得到了應(yīng)用。這是因?yàn)檫^去的彩色相機(jī)系統(tǒng)要由三臺相機(jī)組成，這三臺相機(jī)分別對應(yīng)r（紅色）、g（綠色）、b（藍(lán)色）波長，而現(xiàn)在則出現(xiàn)了單ccd彩色相機(jī)。彩色相機(jī)可以提供更強(qiáng)的觀察和區(qū)別能力，因此在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)以及一些工業(yè)過程控制方面發(fā)揮了重要作用。
?。?）相機(jī)的輸出接口形式：相機(jī)輸出接口形式有rs422、rs644、usb、ieee1394以及cameralink等，在選擇圖像處理卡時(shí)應(yīng)注意其是否支持所選用相機(jī)的輸出形式。
2.2 鏡頭
鏡頭的幾個(gè)主要參數(shù)有：成像面，ccd感光片尺寸，焦距，視野，物距，景深和視角選擇鏡頭時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：
?。?）鏡頭的成像面與所用的ccd相機(jī)是否匹配。成像面與鏡頭本身的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)有關(guān)。成像應(yīng)該是越大越好?？墒怯行S家的鏡頭由于設(shè)計(jì)或生產(chǎn)上達(dá)不到技術(shù)要求，成像面會較小。
?。?）確定鏡頭的焦距、物距和視野（這個(gè)主要是依據(jù)實(shí)際的工作或安裝環(huán)境來確定）。這幾個(gè)參數(shù)關(guān)系是：焦距越小，視角越大，最小物距越短，視野越大。以最常用的三種鏡頭（50mm，25mm，16mm）為例：50mm的鏡頭焦距是最大的，所以50mm鏡頭的視角就最小，而視野就最小，最小物距卻是最遠(yuǎn)的；25mm的鏡頭焦距次之；16mm的鏡頭焦距則是最小的，所以16mm鏡頭的視角就最大，而視野也就最大，最小物距是最近的。
2.3 光源
光源是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊戄斎霐?shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30％的應(yīng)用效果。由于被檢測物體的顏色、材質(zhì)、折射率等特性的千差萬別，就必須根據(jù)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳的效果。光源按其照射方式可分為背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間，其優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對比度的圖像；前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè)， 這種方式便于安裝；結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們所產(chǎn)生的畸變， 解調(diào)出被測物的三維信息；頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上， 照相機(jī)拍攝要求與光源同步，這樣能有效地拍攝高速運(yùn)動物體的圖像。有鹵素?zé)簟晒鉄艉蚻ed 光源等， 其主要性能的比較見附表。
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