基恩士CV-5000技术手册

视觉系统

控制器

激光刻印机外壳防护等级

通信方法

测量仪器

环境光 (阳光/照明光) 由目标反射，反射光通过镜头汇聚。目标图像聚焦在 2D CCD 摄像元件上。

与亮度成比例的视频信号 (模拟信号) 从 CCD 摄像元件发送到控制器。控制器根据模/数转换后的数据 (8 位 = 256 级) 检测目标面积、形状或位移方面的差异。

1. 图像处理

图像处理是将 CCD 照相机所捕获的目标图像转换成数字信号，然后对该信号执行各种算术运算，从而提取目标的特性，如面积、长度、质量及位置等。最后，根据预设的容差极限输出微分结果。

图像处理流程图

1. CCD 照相机的图像输出

如右图所示，在摄像元件 (CCD) 聚焦的目标图案作为电荷存储，此电荷与图像每个部分的亮度 (入射光线量) 成比例。随后从边缘顺序读取 (扫描) 此数据，接着转换成级别 (亮度/暗度信息) 随时间而变化的图像信号。图像信号作为视频信号与垂直同步信号 (它定义画面的起点) 和水平同步信号 (它定义扫描线的起点) 一起输出。这些同步信号对于重新构造图像必不可少。

2. 图像处理基础知识

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测量仪器视觉系统

2. 图像扫描

扫描是通过从画面左上角开始依次向下描绘水平线，从而将 CCD 捕获的图像传输到 CRT 。每条线都称为扫描线。有两种 NTSC (National Television System Committee ，中译“美国国家电视制式委员会”) 扫描标准: 逐行与隔行。逐行扫描

从扫描线 1 依次扫描到扫描线 525，然后再次从扫描线 1 开始，每秒 30 次，如 “图 1” 所示。

隔行扫描

首先扫描编号为奇数的扫描线 (奇数场)，然后扫描编号为偶数的扫描线 (偶数场)，如 “图 2” 所示。图像区域每秒扫描 60 次，但由于一次只扫描一半的扫描线，因此整个画面区域 (称为帧) 的扫描帧速率是每秒 30 帧。CV 系列遵循

NTSC

标准的逐行扫描。

图 1:逐行扫描图 2:隔行扫描

3. 二值数字转换

照相机发送的视频信号是模拟信号。要将视频信号用于各种微分与测量，必须将模拟信号转换成数字信号。要将视频信号从模拟信号转换成数字信号，需要为它设置一个阈值水平。比阈值水平更亮的区域定义为 “白色”，比二值水平更暗的区域定义为 “黑色”。对应于白色像素的数字信号定义为 “1” (= HI )，对应于黑色像素的那些则定义为 “0” (= LO

)。

4. 像素

照相机发送的视频信号包含随时间而变化的亮度/暗度信息。不过，时间 (画面上的位置) 无法使用此信号来确定。如果根据具有指定频率的时钟脉冲来划分扫描线 (如前一栏所示)，则可以确定画面上的水平位置。由于垂直位置本来就可以由扫描线编号确定，因此画面被划分成网格状。网格中的每个元素都称为一个像素。目标图像可以看作是白色与黑色像素的组合。所有的处理工作都基于像素执行。

5. 灰度处理

除二值转换法之外，图像处理器件中还使用灰度处理法。CV 系列采用灰度处理法，此方法基于照相机所捕获的图像的亮度渐变数据。

二值转换法仅能识别白色或黑色 (1 或 0) 数据。灰度处理方法将亮度渐变分成 8 位 (256 级)，并根据所有的数据来获得微分结果。因此，此方法能够提供更好、更精确的检测。

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6. 颜色处理 (通过颜色提取进行颜色二值转换

)

来自照相机的彩色视频信号由图像的模/数转换过程转换成 RGB 数字数据。此数据用于进行微分运算，以便从接收到的 RGB 数据中获得 R- (负号)、G 、B-G 以及 R-B 数据。这六个颜色信息参数用于检查与指定颜色的匹配程度。这是通过以下方法实现的: 在画面上设置范围，然后提取与前面指定颜色相匹配的颜色。接着，以二值方式将每个像素转换成提取的像素或不提取的像素。这种微分运算处理确保即便对于很暗的颜色与高速处理，提取过程也非常稳定。

7. 颜色浓淡级别处理

颜色信息数据分为 256 个级别。

根据提取的颜色，将各种颜色分成 256 个级别。提取的颜色指定为 255 级，颜色浓淡同提取的颜色差别越大的其它颜色指定为越靠近 0 级。与颜色二值转换不同，颜色浓淡级别处理利用 256 级浓淡数据，因此即便目标的颜色由于个体差异而有所不同时，检测过程也非常稳定。与颜色二值转换相似，这六个参数也用于内部运算。

示例:

红色 (R) 的情况如下文阐述。(这些阐述同样适用于其它参数)

。

颜色浓淡级别处理的特点1. 即便是在环境亮度发生改变或是目标的颜色由于个体差异而有所不同时，颜色浓淡级别处理也确保能得到比二值转换更稳定的检测结果。2.

由于颜色浓淡级别处理利用 256 级数据，因此对于位置测量，它比二值处理更高效。(可以进行子像素处理)。

8. 滤镜处理基础知识

术语 “滤镜处理” 是指为了增强图像上的某些特定特征而应用于原始捕获图像的修改。典型情况下，滤镜将根据从周围像素 (使用所修改像素周围的 3 x 3 区域) 收集到的信息来更改单个像素的属性。三个图像 (0 至 255 色调) 都在垂直与水平方向上进行滤镜处理。对 512 x 480 像素进行滤镜处理，需要进行 240,000 次。

扩展滤镜

“扩展”滤镜将使用周围 3 x 3 像素网格中的最亮值替换中心像素。此种处理有助于消除暗色的噪点成分。(请参阅下面的示意图)。

收缩滤镜

相反，“收缩” 滤镜则使用周围九个像素中的最暗值替换中心像素。此种处理有助于消除亮色的噪点成分。(请参阅下面的示意图)。

诸如灰尘或污垢之类的细微缺陷可以使用 “扩展” 滤镜进行消除，或是使用 “收缩” 滤镜进行增强。

3 乘 3 像素滤镜原理示意图

滤镜处理示例

原始图像经过 “扩展” 滤镜处理经过 “收缩” 滤镜处理