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一些關(guān)于機(jī)器視覺(jué)的概念
視覺(jué)引導(dǎo)的運(yùn)動(dòng) 如果你的應(yīng)用需要一個(gè)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)引導(dǎo)機(jī)器人，那么必須知道視覺(jué)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是如何集成的。對(duì)于校準(zhǔn)和操作，沒(méi)集成的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與視覺(jué)系統(tǒng)是初步的系統(tǒng)，機(jī)械人或機(jī)構(gòu)和視覺(jué)系統(tǒng)是分開(kāi)校準(zhǔn)的。在操作中，一臺(tái)獨(dú)立的視覺(jué)系統(tǒng)根據(jù)在視覺(jué)坐標(biāo)系統(tǒng)中的已知位置計(jì)算出零件位置的偏移量，然后發(fā)指令給機(jī)器人的手臂在離初始化編程的拾取位置的偏移量處拾取零件。
由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品尺寸測(cè)量等方面。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)五個(gè)主要原因：
重復(fù)性——機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測(cè)工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時(shí)完全相同的。
精確性——由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品，機(jī)器仍然會(huì)更加精確，因?yàn)樗木饶軌蜻_(dá)到千分之一英寸。
速度機(jī)器能夠更快的檢測(cè)產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，比如說(shuō)生產(chǎn)線(xiàn)上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率。
客觀性——人眼檢測(cè)還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來(lái)的主觀性，檢測(cè)結(jié)果會(huì)隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒(méi)有喜怒哀樂(lè)，檢測(cè)的結(jié)果自然非?？捎^可靠。
成本——由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器能夠承擔(dān)好幾個(gè)人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、不會(huì)生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。
工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的核心部件，對(duì)于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。按照分類(lèi)的不同，相機(jī)又分為很多種：
1、彩色相機(jī)、黑白相機(jī)：
黑白相機(jī)直接將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像灰度值，生成的是灰度圖像；彩色相機(jī)能獲得景物中紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量的光信號(hào)，輸出彩色圖像。彩色相機(jī)能夠提供比黑白相機(jī)更多的圖像信息。彩色相機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種，棱鏡分光法和Bayer濾波法。棱鏡分光彩色相機(jī)，利用光學(xué)透鏡將入射光線(xiàn)的R、G、B分量分離，在三片傳感器上分別將三種顏色的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最后對(duì)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行合成，得到彩色圖像。
2、CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)
芯片主要差異在于將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方式。對(duì)于CCD傳感器，光照射到像元上，像元產(chǎn)生電荷，電荷通過(guò)少量的輸出電極傳輸并轉(zhuǎn)化為電流、緩沖、信號(hào)輸出。對(duì)于CMOS傳感器，每個(gè)像元自己完成電荷到電壓的轉(zhuǎn)換，同時(shí)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。
3、按靶面類(lèi)型分類(lèi)：面陣相機(jī)、線(xiàn)陣相機(jī)
相機(jī)不僅可以根據(jù)傳感器技術(shù)進(jìn)行區(qū)分，還可以根據(jù)傳感器架構(gòu)進(jìn)行區(qū)分。有兩種主要的傳感器架構(gòu)：面掃描和線(xiàn)掃描。面掃描相機(jī)通常用于輸出直接在監(jiān)視器上顯示的場(chǎng)合。線(xiàn)掃描相機(jī)用于連續(xù)運(yùn)動(dòng)物體成像或需要連續(xù)的高分辨率成像的場(chǎng)合。線(xiàn)掃描相機(jī)的一個(gè)自然的應(yīng)用是靜止畫(huà)面（Web Inspection）中要對(duì)連續(xù)產(chǎn)品進(jìn)行成像，比如紡織、紙張、玻璃、鋼板等。同時(shí)，線(xiàn)掃描相機(jī)同樣適用于電子行業(yè)的非靜止畫(huà)面檢測(cè)。像德國(guó)Kappa相機(jī)根據(jù)它CCD的規(guī)格也會(huì)有線(xiàn)陣、面陣之分。
4 按輸出模式分類(lèi)：模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)
根據(jù)相機(jī)數(shù)據(jù)輸出模式的不同分為模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)，模擬相機(jī)輸出模擬信號(hào)，數(shù)字相機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)。模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)還可以進(jìn)一步細(xì)分，比如德國(guó)Kappa相機(jī)按數(shù)據(jù)接口又包括：USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太網(wǎng)接口。模擬相機(jī)分為逐行掃描和隔行掃描兩種，隔行掃描相機(jī)又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等標(biāo)準(zhǔn)制式。有關(guān)接口技術(shù)的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考采集卡及采集技術(shù)部分。
在選擇一款工業(yè)數(shù)字相機(jī)時(shí)，物體成像的速度必須充分考慮好。例如，假設(shè)在拍攝過(guò)程中，物體在曝光中沒(méi)有移動(dòng)，可用相對(duì)簡(jiǎn)單和便宜的工業(yè)相機(jī)；對(duì)于靜止或緩慢移動(dòng)的物體，面陣工業(yè)相機(jī)最適合于對(duì)靜止或移動(dòng)緩慢的物體成像。因?yàn)檎麄€(gè)面陣區(qū)域必須一次曝光，在曝光時(shí)間當(dāng)中任何的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致圖像的模糊，但是，運(yùn)動(dòng)模糊可以通過(guò)減少曝光時(shí)間或使用閃光燈來(lái)控制；對(duì)于快速移動(dòng)的物體，當(dāng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體使用一個(gè)面陣工業(yè)相機(jī)時(shí)，需要考慮在曝光時(shí)間當(dāng)中處于工業(yè)相機(jī)當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)象數(shù)量，還需要考慮物體上能用一個(gè)像素表征的最小特征，也就是對(duì)象分辨率，在采集運(yùn)動(dòng)物體的圖像的拇指規(guī)則就是曝光必須發(fā)生在采集物體移動(dòng)量小于一個(gè)像素的時(shí)間內(nèi)。如果你采集的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移動(dòng)，而且物體分辨率已經(jīng)設(shè)置為1 pixel/mm，那么需要的最大曝光時(shí)間是1/10每秒。因?yàn)槲矬w移動(dòng)一個(gè)距離恰好等于相機(jī)傳感器中的一個(gè)像素，當(dāng)使用最大曝光時(shí)間時(shí)這里會(huì)有一定數(shù)量的模糊。在這種情況下，一般傾向于將曝光時(shí)間設(shè)置的比最大值要快，比如1/20每秒，就能保持物體在移動(dòng)半個(gè)像素內(nèi)成像。如果同樣的物體以1厘米/秒的速度移動(dòng)，物體分辨率為1 pixel/微米，那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光設(shè)置的對(duì)快取決于所采用的相機(jī)，還有你是否能夠給物體足夠的光來(lái)獲得一幅好的圖像。
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2024-02-26
