機器視覺打光案例

本文目錄一覽：

• 1、機器視覺中所用到的同軸光源和其它光源的優(yōu)缺點，以及使用方法
• 2、三維機器視覺有哪些應用案例？
• 3、什么是機器視覺？有人能解釋一下嗎？
• 4、機器視覺檢測的打光？
• 5、機器視覺的應用案例
• 6、視覺檢測的應用案例

機器視覺中所用到的同軸光源和其它光源的優(yōu)缺點，以及使用方法

1、同軸光源

同軸光源可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾；部分采用分光鏡設計，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應用領域:系列光源最適宜用于反射度極高的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點定位，包裝條碼識別。

2、背光源

用高密度LED陣列面提供高強度背光照明，能突出物體的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺。紅白兩用背光源、紅藍多用背光源，能調配出不同顏色，滿足不同被測物多色要求。應用領域:機械零件尺寸的測量，電子元件、IC的外型檢測，膠片污點檢測，透明物體劃痕檢測等。

3、條形光源

條形光源是較大方形結構被測物的首選光源；顏色可根據需求搭配，自由組合；照射角度與安裝隨意可調。應用領域:金屬表面檢查，圖像掃描，表面裂縫檢測，LCD面板檢測等。

4、環(huán)形光源

環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；多種緊湊設計，節(jié)省安裝空間；解決對角照射陰影問題；可選配漫射板導光，光線均勻擴散。應用領域:PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微鏡照明，液晶校正，塑膠容器檢測，集成電路印字檢查

5、AOI專用光源

不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫三維信息；外加漫射板導光，減少反光；不同角度組合；應用領域:用于電路板焊錫檢測。

6、球積分光源

具有積分效果的半球面內壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線，使整個圖像的照度十分均勻。應用領域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面檢測，或金屬、玻璃表面反光較強的物體表面檢測。

7、線形光源

超高亮度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流水線連續(xù)檢測場合。應用領域:陣相機照明專用，AOI專用。

8、點光源

大功率LED，體積小，發(fā)光強度高；光纖鹵素燈的替代品，尤其適合作為鏡頭的同軸光源等；高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。應用領域:適合遠心鏡頭使用，用于芯片檢測，Mark點定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、組合條形光源

四邊配置條形光，每邊照明獨立可控；可根據被測物要求調整所需照明角度，適用性廣。應用案例:CB基板檢測，IC元件檢測，焊錫檢查，Mark點定位，顯微鏡照明，包裝條碼照明，球形物體照明等。

10、對位光源

對位速度快；視場大；精度高；體積小，便于檢測集成；亮度高，可選配輔助環(huán)形光源。應用領域:VA系列光源是全自動電路板印刷機對位的專用光源。

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三維機器視覺有哪些應用案例？

機器視覺是通過計算機來模擬人類視覺功能，以讓機器獲得相關視覺信息。機器視覺在工業(yè)上應用領域廣闊，核心功能包括：測量、檢測、識別、定位等。

機器視覺中缺陷檢測功能，是機器視覺應用得最多的功能之一，主要檢測產品表面。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產中，連續(xù)大批量生產容易出現(xiàn)次品。這是大多數(shù)企業(yè)目前正面臨的瓶頸，并且大批量地剔除次品成本會高很多，因此及時檢測及次品剔除對質量控制和成本控制是非常重要的，也是制造業(yè)進一步升級的重要基石。

三維機器視覺設備精度能達亞微米級，三維數(shù)據采集幀率高達300幀，具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，讓機器人在工業(yè)應用領域上更加智能、可靠，適用于更多復雜的應用場景。

以下是三維機器視覺設備的一些應用案例：

一、?檢測

得益于雙目仿真人眼設計，3D機器視覺設備可以輕松完成空間層面的檢測，即對于復雜產品尺寸、缺陷的精準測量，不僅可以完全替代人工，而且更加準確、高效。

二、?物料抓取

3D機器視覺系統(tǒng)，可以識別雜亂無序的目標和對象，準確獲取工件的位置信息，實現(xiàn)機器人或機械手臂精準定位、快速抓取。該系統(tǒng)可廣泛應用于各類生產線上物料搬運、裝配、上架、下架等。

三、?運動抓取

3D機器視覺系統(tǒng)采用先進的3D視覺定位技術，能夠根據工件的三維特征信息，在高度自動化的制造生產中，完成對軌道上運動目標的定位預判和準確抓取，整個過程無需目標停止。

三維機器視覺的產品優(yōu)勢 ：

1. 自主研發(fā)高速高清三維機器視覺，軟硬件可定制；

2. 穩(wěn)定性高，對環(huán)境光、反光物體抗干擾性強；

3. 軟件接口豐富、操作簡單、學習成本低；

4.?兼容多種主流工業(yè)機器人通信協(xié)議。

什么是機器視覺？有人能解釋一下嗎？

機器視覺，就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD

兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

日弘智能視覺系統(tǒng)組成部分：

1.照明光源2.鏡頭3.工業(yè)攝像機4.圖像采集/處理卡5.圖像處理系統(tǒng)6.其它外部設備

一、相機篇

工業(yè)相機又俗稱攝像機，相比于傳統(tǒng)的民用相機(攝像機)而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業(yè)相機大多是基于CCD(Charge

Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機。

其中，CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。

CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而后在驅動脈沖的作用下轉移、放大輸出圖像信號。

典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅動器、模擬/數(shù)字信號處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點。

CMOS圖像傳感器的開發(fā)則最早出現(xiàn)在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI)

制造工藝技術的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。

CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。

目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用。

分類：

任何東西一定有它自己的分類標準，工業(yè)相機也不例外。

按照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機;

按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機;

按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;

按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機;

按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機;

按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機、彩色相機;

按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機;

按照響應頻率范圍可以分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。

區(qū)別：

1、性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機結構緊湊結實不易損壞，連續(xù)工作時間長，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機是做不到這些的。例如：讓民用數(shù)碼相機一天工作24小時或連續(xù)工作幾天肯定會受不了的。

2、快門時間非常短，可以抓拍高速運動的物體。例如，把名片貼在電風扇扇葉上，以最大速度旋轉，設置合適的快門時間，用工業(yè)相機抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍，是不可能達到同樣效果的。

3、圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機的圖像傳感器是隔行掃描的，

逐行掃描的圖像傳感器生產工藝比較復雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產品，例如Dalsa、Sony，而且價格昂貴。

4、幀率遠遠高于普通相機。工業(yè)相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機只能拍攝2-3幅圖像，相差較大。

5、輸出是裸數(shù)據(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺(Machine

Vision)應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經過了mjpeg壓縮，圖像質量較差，不利于分析處理。

6、相對普通相機(DSC)來說價格較貴。

如何選擇：

1、根據應用的不同分別選用CCD或CMOS相機CCD工業(yè)相機主要應用在運動物體的圖像提取，如貼片機機器視覺，當然隨著CMOS技術的發(fā)展，許多貼片機也在選用CMOS工業(yè)相機。用在視覺自動檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機比較多。CMOS工業(yè)相機由成本低，功耗低也應用越來越廣泛。

2、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測量物體的精度，根據精度選擇分辨率。相機像素精度=單方向視野范圍大小/相機單方向分辨率。則相機單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度。若單視野為5mm長，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，不會只用一個像素單位對應一個測量/觀察精度值，一般可以選擇倍數(shù)4或更高。這樣該相機需求單方向分辨率為1000，選用130萬像素已經足夠。

其次看工業(yè)相機的輸出，若是體式觀察或機器軟件分析識別

，分辨率高是有幫助的;若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒有意義的;利用存儲卡或拍照功能，工業(yè)相機的分辨率高也是有幫助的。

3、與鏡頭的匹配傳感器芯片尺寸需要小于或等于鏡頭尺寸，C或CS安裝座也要匹配(或者增加轉接口)。

4、相機幀數(shù)選擇當被測物體有運動要求時，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機。但一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低。

二、鏡頭篇

鏡頭的基本功能就是實現(xiàn)光束變換(調制)，在機器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質量直影響到機器視覺系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機器視覺系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)。

基礎知識：

1、鏡頭匹配

大家如何選擇合適鏡頭，鏡頭選配時需要選擇與攝像機接口和CCD的尺寸相匹配的鏡頭。鏡頭C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口攝像機得到普及、FA行業(yè)則大部分是C接口的攝像機與鏡頭的組合。對應的CCD尺寸、市場上一般根據用途使用2/3寸到1/3寸的產品。

2、互換性

C接口鏡頭可以與C接口攝像機、CS接口攝像機互用;CS接口鏡頭不可以應用在C接口攝像機，只可以應用在CS接口攝像機。

3、KERARE

攝像機如果使用配備小CCD尺寸的鏡頭，那么周邊沒有攝取到圖像的部分呈現(xiàn)出黑色，我們稱其為KERARE。

4、鏡頭的作用：

將折射率不同的各種硝材通過研磨，加工成高精度的曲面、把這些鏡頭進行組合，就是設計鏡頭。從伽利略時代開始使用的普遍技術是其基本原理。為得到更清晰的圖像，一直在研究開發(fā)試制新的硝材和非球面鏡片。

三、光源篇

LED光源、鹵素燈(光纖光源)、高頻熒光燈。目前LED光源最常用，主要有如下幾個特點：

可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度;

可根據需要制成各種顏色，并可以隨時調節(jié)亮度;

通過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定;

使用壽命長;

反應快捷，可在10微秒或更短的時間內達到最大亮度;

電源帶有外觸發(fā)，可以通過計算機控制，起動速度快，可以用作頻閃燈;

運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢;

可根據客戶的需要，進行特殊設計。

LED光源按形狀通?？煞譃橐韵聨最悾?/p>

1、環(huán)形光源環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息;高密度LED陣列，高亮度;多種緊湊設計，節(jié)省安裝空間;解決對角照射陰影問題;可選配漫射板導光，光線均勻擴散。應用領域:PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微鏡照明，液晶校正，塑膠容器檢測，集成電路印字檢查。

2、背光源用高密度LED陣列面提供高強度背光照明，能突出物體。的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺。紅白兩用背光源、紅藍多用背光源，能調配出不同顏色，滿足不同被測物多色要求。應用領域:機械零件尺寸的測量，電子元件、IC的外型檢測，膠片污點檢測，透明物體劃痕檢測等。

3、條形光源條形光源是較大方形結構被測物的首選光源;顏色可根據需求搭配，自由組合;照射角度與安裝隨意可調。應用領域:金屬表面檢查，圖像掃描，表面裂縫檢測，LCD面板檢測等。

4、同軸光源同軸光源可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾;部分采用分光鏡設計，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應用領域:系列光源最適宜用于反射度極高的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點定位，包裝條碼識別。

5、AOI專用光源不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫三維信息;外加漫射板導光，減少反光;不同角度組合;應用領域:用于電路板焊錫檢測。

6、球積分光源具有積分效果的半球面內壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線，使整個圖像的照度十分均勻。應用領域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面檢測，或金屬、玻璃表面反光較強的物體表面檢測。

7、線形光源超高亮度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流水線連續(xù)檢測場合。應用領域:陣相機照明專用，AOI專用。

8、點光源大功率LED，體積小，發(fā)光強度高;光纖鹵素燈的替代品，尤其適合作為鏡頭的同軸光源等;高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。應用領域:適合遠心鏡頭使用，用于芯片檢測，Mark點定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、組合條形光源四邊配置條形光，每邊照明獨立可控;可根據被測物要求調整所需照明角度，適用性廣。應用案例:CB基板檢測，IC元件檢測，焊錫檢查，Mark點定位，顯微鏡照明，包裝條碼照明，球形物體照明等。

10、對位光源對位速度快;視場大;精度高;體積小，便于檢測集成;亮度高，可選配輔助環(huán)形光源。應用領域:VA系列光源是全自動電路板印刷機對位的專用光源。

四、光源的選型

1、前提信息

(1)檢測內容外觀檢查、OCR、尺寸測定、定位

(2)對象物

想看什么?(異物、傷痕、缺損、標識、形狀等)

表面狀態(tài)(鏡面、糙面、曲面、平面)

立體?平面?

材質、表面顏色

視野范圍?

動態(tài)還是靜態(tài)(相機快門速度)

(3)限制條件

工作距離(鏡頭下端到被測物表面距離)

設置條件(照明的大小、照明下端到被測物表面的距離、反射型or透射型)

周圍環(huán)境(溫度、外亂光)

相機的種類，面陣or線陣

2、簡單的預備知識：

(1).因材質和厚度不同、對光的透過特性(透明度)各異。(2).光根拠其波長之長短、對物質的穿透能力(穿透率)各異。(3).光的波長越長、對物質的透過力越強，光的波長越短、在物質表面的拡散率越大。(4).透射照明、即是使光線透射對象物、并觀察其透過光之照明手法。

3、光源：

穩(wěn)定均勻的光源極其重要

目的：將被測物與背景盡量明顕區(qū)分

攝取圖像時、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測物與背景的濃淡差

目前、在圖像處理領域中最廣范的技術手法是：二值化(白黒)處理為了能夠突出特征點，將特征圖像突出出來，在打光手法上，常用的包括有明視野與暗視野。

明視野：用直射光來觀察對象物整體(散亂光呈黒色)

暗視野：用散亂光來觀察對象物整體(直射光呈白色)具體的光源選取方法還在于試驗的實踐經驗。

機器視覺檢測的打光？

折射率不一樣，一個有規(guī)律一個沒有規(guī)律，如果是3D模型可以用不同組區(qū)分開打光，如果是實物檢測，可以試試用不同顏色的光。

機器視覺的應用案例

在布匹的生產過程中，像布匹質量檢測這種有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成，在現(xiàn)代化流水線后面常?？煽吹胶芏嗟臋z測工人來執(zhí)行這道工序，給企業(yè)增加巨大的人工成本和管理成本的同時，卻仍然不能保證100 %的檢驗合格率（即“零缺陷”）。對布匹質量的檢測是重復性勞動，容易出錯且效率低。

流水線進行自動化的改造，使布匹生產流水線變成快速、實時、準確、高效的流水線。在流水線上，所有布匹的顏色、及數(shù)量都要進行自動確認（以下簡稱“布匹檢測”）。采用機器視覺的自動識別技術完成以前由人工來完成的工作。在大批量的布匹檢測中，用人工檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。

特征提取辨識

一般布匹檢測（自動識別）先利用高清晰度、高速攝像鏡頭拍攝標準圖像，在此基礎上設定一定標準；然后拍攝被檢測的圖像，再將兩者進行對比。但是在布匹質量檢測工程中要復雜一些：

1． 圖像的內容不是單一的圖像，每塊被測區(qū)域存在的雜質的數(shù)量、大小、顏色、位置不一定一致。

2． 雜質的形狀難以事先確定。

3． 由于布匹快速運動對光線產生反射，圖像中可能會存在大量的噪聲。

4． 在流水線上，對布匹進行檢測，有實時性的要求。

由于上述原因，圖像識別處理時應采取相應的算法，提取雜質的特征，進行模式識別，實現(xiàn)智能分析。

Color檢測

一般而言，從彩色CCD相機中獲取的圖像都是RGB圖像。也就是說每一個像素都由紅（R）綠（G）藍（B）三個成分組成，來表示RGB色彩空間中的一個點。問題在于這些色差不同于人眼的感覺。即使很小的噪聲也會改變顏色空間中的位置。所以無論我們人眼感覺有多么的近似，在顏色空間中也不盡相同?；谏鲜鲈颍覀冃枰獙GB像素轉換成為另一種顏色空間CIELAB。目的就是使我們人眼的感覺盡可能的與顏色空間中的色差相近。

Blob檢測

根據上面得到的處理圖像，根據需求，在純色背景下檢測雜質色斑，并且要計算出色斑的面積，以確定是否在檢測范圍之內。因此圖像處理軟件要具有分離目標，檢測目標，并且計算出其面積的功能。

Blob分析（Blob Analysis）是對圖像中相同像素的連通域進行分析，該連通域稱為Blob。經二值化（Binary Thresholding）處理后的圖像中色斑可認為是blob。Blob分析工具可以從背景中分離出目標，并可計算出目標的數(shù)量、位置、形狀、方向和大小，還可以提供相關斑點間的拓撲結構。在處理過程中不是采用單個的像素逐一分析，而是對圖形的行進行操作。圖像的每一行都用游程長度編碼(RLE）來表示相鄰的目標范圍。這種算法與基于象素的算法相比，大大提高處理速度。

結果處理和控制

應用程序把返回的結果存入數(shù)據庫或用戶指定的位置，并根據結果控制機械部分做相應的運動。

根據識別的結果，存入數(shù)據庫進行信息管理。以后可以隨時對信息進行檢索查詢，管理者可以獲知某段時間內流水線的忙閑，為下一步的工作作出安排；可以獲知內布匹的質量情況等等。

視覺檢測的應用案例

歐萊雅實現(xiàn)產品包裝過程標簽零缺陷

巴黎歐萊雅的營銷和包裝專家的目標是使進入市場的歐萊雅包裝達到零缺陷目標。了解歐萊雅是如何利用我們的標簽視覺成像檢測解決方案實現(xiàn)這一目標的。

遺漏、錯誤、受損和外觀不美觀的標簽不僅會影響產品的展示形象，而且會對品牌持有者在市場中的形象造成長期損害。歐萊雅營銷與包裝專家的目標是使進入市場的歐萊雅包裝實現(xiàn)零缺陷目標。公司試圖通過利用多種灰度檢測解決方案實現(xiàn)這一目標，但是結果卻不盡如人意，尤其是對于諸如其 Vive Pro? 系列優(yōu)質洗發(fā)精和護發(fā)素之類的產品。這些產品采用具有“無標簽效果”的透明標簽材料進行貼標。但這卻使得灰度系統(tǒng)難以準確尋找到標簽的邊緣，從而無法檢測其是否位置不當和起皺，結果導致系統(tǒng)出現(xiàn)誤允許缺陷瓶子流入市場的結果。

于是公司向梅特勒-托利多 CI-Vision 求助，幫助尋找這一問題的解決方案。CI-Vision 推薦使用完美的雙攝像機彩色解決方案，這套解決方案使用彩色攝像機及其隨配軟件更清晰地識別與檢測透明標簽，以及檢查每只瓶子上打印的日期/批號。此外，一臺條形碼閱讀器可確認每個包裝上的代碼，這樣可無需使用附加攝像機。歐萊雅包裝生產線經理要求歐萊雅市場部在設計包裝時，將各個品牌的標簽與代碼放置在一致的位置，從而幫助簡化了檢測工作。CI-Vision 解決方案還包括培訓功能： 操作人員只需將樣品包放在攝像機前方，然后激活“培訓”功能，即可將用于檢測新包裝的系統(tǒng)準備好。這樣，當歐萊雅多產品高速生產線進行轉換時，無需停機即可完成照相機移動或系統(tǒng)調節(jié)。

針對這一項目，梅特勒-托利多CI-Vision 提供了一種完整的視覺成像檢測解決方案，其中包括設備安裝和調試、培訓、文件記錄與維護支持。

歐萊雅通過采用這種新型檢測解決方案，不僅可實現(xiàn)其質量目標，而且可通過大幅縮短轉換時間提升生產線工作效率。公司現(xiàn)已將視覺檢測從最初的Vive Pro 生產線擴大應用至不同生產廠的其他許多生產線中。