篇一：机器视觉基础知识详解
机器视觉基础知识详解
随着工业4.0
时代的到来，机器视觉在智能制造业领域的作用越来越重要，为了能让
更多用户获取机器视觉的相关基础知识，包括机器视觉技术是如何工作的、它为什么是实现流程自动化和质量改进的正确选择等。小编为你准备了这篇机器视觉入门学习资料。
机器视觉是一门学科技术，广泛应用于生产制造检测等工业领域，用来保证产品质量，控制生产流程，感知环境等。机器视觉系统是将被摄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。
机器视觉优势：机器视觉系统具有高效率、高度自动化的特点，可以实现很高的分辨率精度与速度。机器视觉系统与被检测对象无接触，安全可靠。人工检测与机器视觉自动检测的主要区别有：
为了更好地理解机器视觉，下面，我们来介绍在具体应用中的几种案例。 案例一：机器人+视觉 自动上下料定位的应用：
现场有两个振动盘，振动盘
1作用是把玩偶振动到振动盘2中，振动盘2作用是把玩偶从反面振动为正面。该应用采用了深圳视觉龙公司VD200视觉定位系统，该系统通过判断玩偶正反面，把玩偶处于正面的坐标值通过串口发送给机器人，机器人收到坐标后运动抓取产品，当振动盘中有很多玩偶处于反面时，VD200视觉定位系统需判断反面玩偶数量，当反面玩偶数量过多时，VD200视觉系统发送指令给振动盘2把反面玩偶振成正面。
该定位系统通过玩偶表面的小孔来判断玩偶是否处于正面，计算出玩偶中心点坐标，发送给机器人。通过VD200视觉定位系统实现自动上料，大大减少人工成本，大幅提高生产效率。
案例二：视觉检测在电子元件的应用：
此产品为电子产品的按钮部件，产品来料为料带模式，料带上面为双排产品。通过对每个元器件定位后，使用斑点工具检测产品固定区域的灰度值，来判断此区域有无缺胶情况。
该应用采用了深圳视觉龙公司的DragonVision视觉系统方案，使用两个相机及光源配合机械设备，达到每次检测双面8个产品，每分钟检测大约1500个。当出现产品不良时，立刻报警停机，保证了产品的合格率和设备的正常运行，提高生产效率。
案例三：啤酒厂采用的填充液位检测系统案例：
当每个啤酒瓶移动经过检测传感器时，检测传感器将会触发视觉系统发出频闪光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的图像并将图像保存到内存后，视觉软件将会处理或分析该图像，并根据啤酒瓶的实际填充液位发出通过-未通过响应。如果视觉系统检测到一个啤酒瓶未填充到位，即未通过检测，视觉系统将会向转向器发出信号，将该啤酒瓶从生产线上剔除。操作员可以在显示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持续的流程统计数据。
机器视觉的应用领域: ?识别
标准一维码、二维码的解码 光学字符识别（OCR）和确认（OCV）
?检测
色彩和瑕疵检测 零件或部件的有无检测
目标位置和方向检测?测量 尺寸和容量检测
预设标记的测量，如孔位到孔位的距离
?机械手引导
输出空间坐标引导机械手精确定位
机器视觉系统的分类 ?智能相机
?基于嵌入式 ?基于PC
机器视觉系统的组成
?图像获取：光源、镜头、相机、采集卡、机械平台
?图像处理与分析：工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面。 ?判决执行：电传单元、机械单元
光源---光路原理
照相机并不能看见物体，而是看见从物体表面反射过来的光。
镜面反射：平滑表面以对顶角反射光线 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线
发散反射：多数表面既有纹理，又有平滑表面，会对光线进行发散反射
?光源---作用和要求 在机器视觉中的作用 照亮目标，提高亮度
形成有利于图像处理的效果
克服环境光照影响，保证图像稳定性 用作测量的工具或参照 良好的光场设计要求
对比度明显，目标与背景的边界清晰 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理
与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过曝或欠曝；
篇二：机器视觉漫反射光源相关知识简介
机器视觉漫反射光源相关知识简介
在机器视觉系统中，光源具有非常重要的作用，但在实际应用环境中，总会受到物体表面多次反射而产生的均匀照明光线即环境光线的影响，使得检测的精确度也受到一定影响。 具体在物体表面可以引起漫反射和镜面反射。漫反射是指来自具体光源的能量到达表面上的某一点后，就均匀地向各个方向散射出去，使得观察者从不同角度观察时，这一点呈现的亮度是相同的。通常不光滑的粗糙表面总是呈现出漫反射的效果。
Lambert定律指出，漫反射的效果与表面相对于光源的取向有关，即：
Id =Ip ?Kd?cosθ
其中Id是漫反射引起的可见表面上一点的亮度。Ip是点光源发出的入射光线引起的亮度。Kd是漫反射系数，它的取值在0到1之间，随物体材料不同而不同。是可见表面法向N和点光源方向L之间的夹角，即入射角，它应该在0°到90°之间。
为了简化公式中余弦值的实际计算，可以假定向量N和L都已经正规化，即已经是长度为1的单位向量，这样就可以使用向量的数量积或内积。
因为这时cosθ=L?N，于是得：
Id =Ip ?Id?(L?N)
将环境光线和漫反射的效果结合起来，计算亮度的公式应该写成：
I=Ip ?Kd+Ip ?Id?(L?N)
通常认为具体光源对可见表面产生的照明作用，是随着光源与表面之间距离的增加而下降的。设R是光线从光源发出到达表面再返回的距离，则
I=Ip ?Kd+Ip ?Id?(L?N)/R2
对于平行投影，光源在无穷远处，故距离R成为无穷大。对于透视投影，1/R2也常常有很大的数值范围而使效果不好。一种比较逼真的效果，可通过用r+k代替R2来获得：
I=Ip ?Kd+Ip ?Id?(L?N)/(r+k)
其中r是光源到表面的距离，k是根据经验选取的一个常数。
在机器视觉光源中，艾菲特公司研发生产的AFT-RD系列漫反射无影光源，LED所发
出的光线通过半球型内壁的漫反射板多次反射，实现全空间区域的漫射光照明，对于凹凸不平表面检测起到特殊作用，可以完全消除阴影，亮度可调、低温、均衡、无闪烁，无阴影，已经被广泛用于球型或曲面物体缺陷检测、金属、镜面或玻璃等具有光泽物体的表面检测中。
篇三：机器视觉系统——光源篇
机器视觉——光源篇 收藏
一、为什么要使用光源
?目的
将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对比度的图像
?地位
机器视觉三大技术（采像技术，处理技术，运动控制技术）之一
?重要性
直接影响系统的成败，处理精度和速度
二、 光源的种类
?理想的光源应该是明亮，均匀，稳定的
?视觉系统使用的光源主要有三种
高频荧光灯
光纤卤素灯
LED（发光二极管）照明
?高频荧光灯
使用寿命约1500－3000小时
优点：扩散性好、适合大面积均匀照射
缺点：响应速度慢，亮度较暗
?光纤卤素灯
使用寿命约1000小时
优点：亮度高
缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化
?LED灯
使用寿命约10000－30000小时
可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状
响应速度快，波长可以根据用途选择
三、LED光源的优势
?可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；
?可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；
?通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；
?使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）；
?反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；
?电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；
?运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；
?可根据客户的需要，进行特殊设计。
四、 LED光源的颜色
?主要颜色
红色
蓝色
绿色
白色
?其他颜色
橙色
红外
紫外
五、 照明技术的基础知识
1、照射光的种类
(1)直射光
主要来自于一个方向的光，可以在亮色和暗色阴影之间产生相对高的对比度图像。
(2)漫射光（扩散光）
各种角度的光源混合在一起的光。日常的生活用光几乎都是扩散光。
(3)偏振光
在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动的光。通常是利用偏光板（片）来防止特定方向的反射。
(4)平行光
照射角度一致的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。
对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。
2、六种照明技术
通用照明，背光，同轴（共轴），连续漫反射，暗域及结构光。 (1)一般目的的照明
通用照明一般采用环状或点状照明。环灯是一种常用的通用照明方式，其很容易安装在镜头上，可给漫反射表面提供足够的照明。
(2)背光照明：
背光照明是将光源放置在相对于摄像头的物体的背面。这种照明方式与别的照明方式有很大不同因为图像分析的不是发水光而是入射光。背光照明产生了很强的对比度。应用背光技术时候，物体表面特征可能会丢失。例如，可以应用背光技术测量硬币的直径，但是却无法判断硬币的正反面。
(3)同轴照明：
同轴照明是与摄像头的轴向有相同的方向的光照射到物体的表面。同轴照明使用一种特殊的半反射镜面反射光源到摄像头的透镜轴方向。半反射镜面只让从物体表面反射垂直于透镜的光源通过。同轴照明技术对于实现扁平物体且有镜面特征的表面的均匀照明很有用。此外此技术还可以实现使表面角度变化部分高亮，因为不垂直于摄像头镜头的表面反射的光不会进入镜头，从而造成表面较暗。连续漫反射照明：连续漫反射照明应用于物体表面的反射性或者表面有复杂的角度。连续漫反射照明应用半球形的均匀照明，以减小影子及镜面反射。这种照明方式对于完全组装的电路板照明非常有用。这种光源可以达到170立体角范围的均匀照明。
(4)暗域照明：
暗域照明是相对于物体表面提供低角度照明。使用相机拍摄镜子使其在其视野内，如果在视野内能看见光源就认为使亮域照明，相反的在视野中看不到光源就是暗域照明。因此光源是亮域照明还是暗域照明与光源的位置有关。典型的，暗域照明应用于对表面部分有突起的部分的照明或表面纹理变化的照明。
(5)结构
3、选择光源应考虑的系统特性
(1)亮度
当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。
(2)鲁棒性
测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。在很多情况下，好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果。好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显，除了是摄像头能够拍摄到部件外，好的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。光源选择好了，剩下来的工作就容易多了！机器视觉应用关心的是反射光（除非使用背光）。物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光在物体表面如何反射。机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。如何能够控制好光源的反射，那么获得的图像就可以控制了。因此，在机器视觉应用中，当光源入射到给定物体表面的时候，明白光源最重要的方面就是要控制好光源及其反映。
(3)光源可预测
当光源入射到物体表面的时候，光源的反映是可以预测的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收（黑金属材料，表面难以照亮）或者被部分吸收（造成了颜色的变化及亮度的不同）。不被吸收的光就会被反射，入射光的角度等于反射光的角度，这个科学的定律大大简化了机器视觉光源，因为理想的想定的效果可以通过控制光源而实现。
物体表面：如果光源按照可预测的方式传播，那么又是什么原因使机器视觉的光源设计如此的棘手呢？使机器视觉照明复杂化的是物体表面的变化造成的。如果所有物体表面是相同的，在解决实际应用的时候就没有必要采用不同的光源技术了。但由于物体表面的不同，因此需要观察视野中的物体表面，并分析光源入射的反映。
(4)控制反射
如果反射光可以控制，图像就可以控制了。这点再怎么强度也不为过。因此在涉及机器视觉应用的光源设计时，最重要的原则就是控制好哪里的光源反射到透镜及反射的程度。机器视觉的光源设计就是对反射的研究。在视觉应用中，当观测一个物体以决定需要什么样的光源的时候，首先需要问自己这样的问题：“我如何才能让物体显现？”“我如何才能应用光源使必须的光反射到镜头中以获得物体外表？” 影响反射效果的因素有：光源的位置，物体表面的纹理，物体表面的几何形状及光源的均匀性。
(5)光源的位置
既然光源按照入射角反射，因此光源的位置对获取高对比度的图像很重要。光源的目标是要达到使感兴趣的特征与其周围的背景对光源的反射不同。预测光源如何在物体表面反射就可以决定出光源的位置。
(6)表面纹理
物体表面可能高度反射（镜面反射）或者高度漫反射。决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。一个漫反射的表面，如一张不光滑的纸张，有着复杂的表面角度，用显微镜观看的时候显得很明亮，这是由于物体表面角度的变化而造成了光源照射到物体表面而被分散开了。而一张光滑的的纸张有光滑的表面而减小了物体表面的角度。光源照射到光源的表面并按照入射角反射。
(7)表面形状
一个球形表面反射光源的方式与平面物体不近相同。物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。
(8)光源均匀性
不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。
第一，对于视野，在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单的说，图像中暗的区域就是缺