视觉检测及其应用

傍晚景物图像对比
F=8
F=5.6
阴天景物图像对比
F=11
F=5.6
三、视觉检测技术的应用
领域：工业、医疗、 航天、军事、农业等
1、工业检测 (1) 零件的识别与定位
■ 自动连接引线、对准 芯片和封装； ■ 自动安装部件，自动焊 接或自动切割加工、自 动浇注系统等。
例：双目立体视觉检测系统 ——简单视觉的机器人系统
(2)摄像机的主要参数： ①制式：PAL制式 --- 标准为625行，50场，中国采用隔行扫描（黑白为CCIR） （西欧、亚洲、澳大利亚） 相位交替行（Phase Alternating Line）--- 逐行倒相 NTSC制式 --- 标准为525行，60场（黑白为EIA）（美加、日本） 国家电视委员会（National Television Systems Committee) 非标准制式 --- 只有医疗或其它专业领域才用到 ②CCD芯片尺寸 ：
高斯噪声
原始图像
高斯滤波
3) 边缘检测
(1) 边缘定义
边缘：图像局部亮度变化最显著的部分 分布：目标-目标、目标-背景、区域-区域 、
色彩-色彩
(2) 边缘检测算子
梯度算子、 Roberts算子 、 Sobel算子、 Prewitt算子 、 拉普拉斯算子、 LoG算子、 Canny算子
4) 图像描述与识别
二、信号处理技术
光 光电元件 电
信号处理 电 图像处理 图像
1.信号处理电路
1）信号放大 ---- 运算放大电路（运算放大器） 电压（mV/V）；电流（ A/ mA）
2）噪声抑制 ---- 信号淹没在噪声中； 相敏检波：同步整流电路 模拟滤波：低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）、 带阻（BEF）、全通（APF）滤波器
芯片定位
(2) 零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量
(3) 零件外观及内部缺陷检测 例：木料检测：缺陷、体积
(4) 产品分类、分组 苹果分级、分色、配色
(5) 产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签
芯片管脚检测 木料检测原理
2、机器人导航
“手-眼”定位： 两个摄像机 --- 两幅平面图像 --- 三维场景信息
面阵CCD芯片
③CCD分辨率：是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度， 分辨率越高，图像细节的表现越好。 像素 --- CCD每一个元素，像素越多，图像越清晰 44万（768*576）、100万（1024*1024） 200万（1600*1200）、600万（2832*2128） 电视线 --- 简称线(TV LINES)，彩色摄像头一般330~500线， 黑白可以达到600线。电视线与CCD和镜头有关， 还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通 常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。 灰度级 --- 灰度分辨率、色彩分辨率， 1/2n 位数：8位（bit）、10位、11位、12位、 位数越多，图像越清晰。
Hale Waihona Puke Baidu1) 图像增强
感兴趣特征 — 突出；不需要 — 衰减；不逼近 灰度修正：改变灰度分布 ---直方图修正 目标（前景）：黑的更黑、白的更白 --- 直方图拉伸 干扰（背景）：灰度模糊 --- 直方图压缩
直方图修正：
(180, 230) (70, 30)
2) 图像滤波 --- 滤波器
图像噪声：强度随机信号 椒盐（Salt & pepper)噪声： 随机出现黑白亮度值 高斯噪声：高斯/正态分布－ 传感器噪声模型（摄像机电子干扰噪声等）
--- 提取特征参量，识别物体
原始图像
Sobel 算子
Roberts 算子
Prewitt 算子
LOG 算子
Canny 算子
离焦 —不清晰、对比度不好
聚焦 —清晰、对比度好
夜晚景物图像对比
夜间模式
延长曝光时间
光积分时间短 --- 曝光量小 --- 景物亮度低 --- 对比度差 光积分时间长 --- 曝光量大 --- 景物亮度高 --- 对比度好
3）电压/电流（V/A）转换 ---- 需要电流输出时； 4）模拟/数字（A/D）转换 ---- 需要输出数字信号时
2.图像处理技术 预处理+提取、识别、计算
成像 — 干扰等 — 图像降质 — 图像预处理 目的：灰度校正---突出特征 --- 图像增强（锐化）
滤波降噪---去除噪声 --- 图像滤波（平滑化）
1、视觉系统的一般构成
光源
场景
计算机
摄像机
图像卡
典型视觉系统
工作原理：光 → 敏感元件 → 电 （光电元件）
光
传感器： 光源
光 光通路
电
电
光电元件
测量电路
y
x1
x2
光源
场景
镜头 镜头
摄像机 摄像机
电缆 图像存储体
输出 计算机
镜头 摄像机
控制
视觉系统流程图
图像采集部分、图像处理部分、通信和I/O部分以及输出和执行机构 图像采集系统：可视化图像或特征数据
视觉检测技术用其应用
一、视觉检测技术
机器视觉检测技术
➢-----利用摄像机替代人眼，图像处理软件替代大脑 对产品进行质量检验或识别的计算机检测技术。 ➢组成：由光源、镜头、摄像机、图像采集卡、图像 处理器/软件以及必要的I/O等。 ➢具有极高的效率、重复性以及精度，在很多情况下 是人眼无法替代的。
由光源、镜头、摄像机、图像采集卡等构成 单目视觉：一个摄像组件（镜头+摄像机） 多目视觉：多个摄像组件（镜头+摄像机）
图像质量好 图像处理简单、结果理想 图像质量差 图象处理麻烦、结果不理想
2、CCD摄像机
(1) CCD的种类： ①按成象器件分类：线阵CCD、面阵CCD 线阵CCD：一行，扫描；体积小，价格低； 面阵CCD: 整幅图像；直观；价格高，体积大；
②按颜色分类：黑白摄像机、彩色摄像机
黑白摄像机：信息量小，时间、空间少 彩色摄像机：信息量大，时间、空间多
③按扫描方式分类：逐行扫描、隔行扫描
逐行扫描：高速运动，避免边缘模糊
④按输出信号分类：模拟式、数字式
数字摄像机 ---- 电子快门 曝光时间: 1/50s、1/125s、1/250s、 1/500s、1/1000s、1/2000s、1/4000s、 1/8000s、1/16000s、1/32000s… ⑤按形状分类：长形、短形、方块形、半球形、单板形