机器视觉论文

机器视觉技术综述

课题：机械工程测试技术

班级：13 机设一班

姓名：李*

学号：1 3 1 0 1 0 0 5 1 0

目录

一.机器视觉概念和系统组成2

1.机器视觉概念 2

2.机器视觉系统组成2

二.机器视觉主要技术4

1.光源选择. 4

2.图像传感器技术5

3.数字图像处理技术8

三.应用案例13

1.滤光片表面缺陷检测13

2.磁性材料表面缺陷检测 14

3.齿轮表面缺陷检测14

一.机器视觉概念和系统组成

1.机器视觉概念

机器视觉就是用机器来代替人眼做测量和判断的系统，它通过

光学装置和非接触传感器自动获取目标对象的图像，并由图像处理设备根据所得图像的像素分布、亮度和颜色等信息进行各种运算处理和判别分析，以提取所需的特征信息或根据判别分析结果对某些现场设备进行运动控制。机器视觉系统中的图像处理设备一般都采用计算机，所以机器视觉有时也称为计算机视觉。

2.机器视觉系统组成

一个典型的机器视觉系统包括：光源、镜头、相机（CCD或COMS 相机）、图像采集卡、图像处理软件等。在搭建视觉系统时，用户需采购系统中的各个组件，但市场上机器视觉产品及设备生产厂家多数只生产其中的部分原件，如AVT的工业摄像机、Computar的工业镜头、CCS的光源等。在这种状况下，组建机器视觉系统需要大量的时间与精力来选购不同厂家的产品，无论是在人力还是资源成本上都会有更多的付出。

图表一：机器视觉系统组成框图

图表二：机器视觉系统组成示意图

一. 机器视觉主要技术

1.光源选择

光源选择是为了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。

光源的种类分为：高频荧光灯、光纤卤素灯、LED（发光二极管）照明。它们各自的特点是：

a.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

b.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。

c.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。

选择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。

2.图像传感器技术

通过让机器具有某种可视的能力，制造商们获得了一种有力的

质量控制工具。机器视觉系统可捕获图像并可以测量一件产品的尺寸、位置和颜色、零部件的位置或者其它的关键特性，从而在无人看管的情况下提供快速“通过／未通过”判断。

所有的机器视觉系统都带有一台摄像机、一个计算机和捕捉图像并进行分析的软件。所选用的系统部件必须能符合具体应用的需要。因为图像传感器确定了成像系统的速度和分辨率，故正确的图像传感器的选取对于视觉应用的成功来说具有关键性影响。下面是机器视觉图像传感器的各种分类：

a.线阵式图像传感器

一个线阵式图像传感器（逐线扫描）包含一条或者多条像素直线阵列。每个阵列与至少一个读出装置及放大器耦合。线阵图像传感器适用于那些要对连续制造的产品（如传送带上的ＰＣ板，未来的印刷塑性电路板以及其它薄型、卷状的产品，如杂志、印刷布）进行成像的机器视觉应用。总而言之，线阵式传感器总体结构简单，适用于对扁平、快速移动的物体的成像，但在需要捕获３Ｄ物体图像的应用中它们往往无法与面积型传感器相竞争。

b.全帧式传感器

全帧式传感器将光电敏感与读出结合起来。由于不存在单独的存储区，故需要一个外部的快门（或者同步频闪照明）防止入射光在任何电荷转移发生前照亮像素。如果不采用快门或频闪，则图像会出现拖尾污迹效果。

在机器视觉历史的早期（上世纪８０年代中期），人们采用的

是全帧面积传感器，因为对于该应用而言它们是唯一一种分辨率足够高的产品。如果新品应用一项应用需要１０２４×１０２４像素传感器所能提供的分辨率的话，则全帧式传感器是唯一的选择。

总而言之，全帧传感器的体系结构是各种面积型传感器中最简单的，其分辨率和光敏感面积的密度也是最高的（后者是指其填充因数最高）。它们还提供了很高的全阱容量、低噪声和大的动态范围。不过它们需要一个机械快门。

c.帧传输式图像传感器

一个帧传输图像传感器类似于全帧成像器。不过，它采用了第二个面阵列，该阵列实现了光屏蔽且作为图像的存储区（参见图４）。该结构并不需要一个机械快门，故帧速率高于全帧传感器，因为它们可以在传送一幅图像的同时获取另一幅图像。不过，由于积分仍然发生在图像转移到存储区的过程中，故图像存在拖尾污迹，性能受到一定的影响。因为要实现这一架构需要把集成电路面积增加一倍，故帧传输图像传感器一般分辨率较低，而成本高于全帧图像传感器。

总而言之，帧传输传感器具有更高的填充因数、更高的全阱容量、低噪声、大动态范围、电子快门和较好的帧速率。它们的主要缺点是曝光时间很短时会出现较大的图像污迹，而且制造成本较高。

d.线间转移传感器

在线间图像传感器中，光敏感和读出功能也是分开的。每个像