機器視覺系統是指通過機器(qi)視覺產品(pin)（即(ji)圖像摄(she)取裝置，分 CMOS 和CCD兩(liang)種）將被(bei)摄取目標轉换成圖(tu)像信號，傳送給專用的圖像處理(li)系(xi)統，根據像素分布和亮度、顏色等(deng)信息，轉變(bian)成数字化(hua)信號；圖像系統對这些信號進行各種運算(suan)來抽取目(mu)標的特征，進而根據判別的結果(guo)來控製現場(chang)的設備動作。 機(ji)器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度(du)。在一些不適合於人工作業的危险工作環境(jing)或(huo)人工視覺难以满足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工(gong)業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度(du)不高，用(yong)機器視覺檢測方法可以大大提高(gao)生產效率和生產的自動化程度。而且機器(qi)視覺易於(yu)實現信息集成，是實現計算機集成製造的基礎技術。正是由於機器視覺系統可(ke)以快速获取大量信息，而且易於自動處理，也易於同設計信息以及加(jia)工控製信息集成(cheng)，因此，在現代自動化生產過程中，人們將機器視(shi)覺系(xi)統廣泛地用於工况监視、成品(pin)檢驗和質量控製等领域。
基本構造
一個典型的工業機(ji)器視覺系(xi)統包括：光(guang)源(yuan)、镜头、 相機（包(bao)括CCD 相機和COMS相機）、圖(tu)像處理單元（或圖像捕获卡）、圖像處理软(ruan)件(jian)、监視器、通訊 / 輸入輸(shu)出單元等。
系統可再分為：主端電脑（Host Computer）、影像撷取卡(ka)（Frame Grabber）與影像處(chu)理器(qi)、影像摄影機、CCT镜头、顯微镜头、照明設(she)備(bei)、Halogen光(guang)源(yuan)、LED光(guang)源(yuan)、高(gao)周波萤光燈源、闪光燈源、其他(ta)特殊光源、影像顯示(shi)器、LC機構及(ji)控製系統、PLC、PC-Base控製器、精密桌(zhuo)臺、伺(ci)服運動機臺。
工作原理
機器視覺檢(jian)測系(xi)統采用CCD照相機將被(bei)檢測 的(de)目標轉(zhuan)换成圖像信號，傳送給專用的圖像處理(li)系(xi)統，根據像素分布和亮度、顏色等(deng)信息，轉變(bian)成数字化(hua)信號，圖像處理系統對这些(xie)信號進行各種運算來抽(chou)取目標的特征，如(ru)面积、数量(liang)、位置、长度，再根(gen)據预設的允許度和其他(ta)条件輸出結果，包括(kuo)尺(chi)寸、角度、個数、合格 / 不合格、有 / 无等，實現自動识別功能(neng)。
照明
照(zhao)明是影響(xiang)機器視覺系統輸入的重要因素，它直接影響輸入数據的(de)質量和(he)應用效果。由(you)於没有通用的(de)機器視覺照明設備，所以针對每(mei)個特定的應用實例，要選擇相應的照(zhao)明裝(zhuang)置，以(yi)達到最佳效果。光源(yuan)可分(fen)為可见光和不可见光。常用的几種可见光源(yuan)是白帜燈(deng)、日光燈、水(shui)銀燈和(he)钠光燈。可见光的缺點是光(guang)能不能(neng)保持稳定。如何(he)使光能在一定的程度(du)上保持稳定，是(shi)實用化過程(cheng)中急需要解決的問題。另一方面，環(huan)境光有可能影(ying)響圖像的質量，所以可(ke)采用加防護屏的方法來减少環境光的(de)影響。照明系統按其照射方法可(ke)分(fen)為：背向照明(ming)、前向(xiang)照(zhao)明、結構光和頻闪光(guang)照明等。其中，背向照明是被測物(wu)放在光源和摄像機之間，它的優點是能获(huo)得高對比度的圖像。前向照明是光源和摄像(xiang)機位於被測物(wu)的同侧，这種方式便(bian)於(yu)安裝。結構光照明是將光栅或(huo)線光源等投射到被測物(wu)上，根據它們產生的畸變，解調出被測物的三維(wei)信(xin)息。頻闪光照明是將高頻(pin)率(lv)的光脉冲照射到物體上，摄(she)像機拍摄要求與光源(yuan)同步。
镜头
FOV（Field Of Vision）=所需分辨(bian)率*亚象素*相機尺(chi)寸/PRTM（零件測量公差比）镜头選擇應注意：①焦(jiao)距②目標高度 ③影像高度 ④放大倍数(shu) ⑤影像至(zhi)目標(biao)的距离 ⑥中心點 /節點 ⑦畸變
相機
按照(zhao)不同標準可分為(wei)：標準分辨率数字相機和(he)模(mo)擬相機等。要根據不同的實(shi)际應用場合選不同的相機和高分辨(bian)率相機：線掃(sao)描CCD和面阵(zhen)CCD；單色相機和(he)彩色(se)相機。
圖像采集卡
圖像采集卡只(zhi)是完整的(de)機器視覺系統的一個部件，但是它(ta)扮演一個非常重(zhong)要的角色。圖像采集卡直接(jie)決定了摄像头的(de)接口：黑白、彩色、模(mo)擬、数字等等。
比较典型的是PCI或AGP兼容的捕获卡，可(ke)以將圖像迅速地(di)傳送到計算機存储器進行處理。有些采集卡有内置的多(duo)路(lu)開關。例如(ru)，可以连接8個不同的摄像(xiang)機，然后告訴采集卡采用那一個相機抓拍到(dao)的信息。有些采(cai)集卡有内置的数字輸入以触发采(cai)集卡進行捕捉，当采集卡抓拍圖像時数字輸(shu)出口(kou)就触发闸門。
視覺處理器
視覺處理器集采集(ji)卡與(yu)處理器於一體。以往計算機(ji)速(su)度较慢時，采用視覺(jue)處理器加快視覺處理任務。現在由於采集卡可以快速傳輸圖像到存储器，而且計算(suan)機(ji)也快多了，所以(yi)現在視覺處理器用的较少了(le)。
應用领域
機器視覺的應用主要有檢(jian)測和機器(qi)人視覺兩個方面：
1. 檢測：又可分(fen)為高精度定量檢測（例如顯微照片(pian)的細胞分類、機械零部件的尺寸和位置(zhi)測量）和不用(yong)量器的定(ding)性或半定量檢測（例如產品的外觀(guan)檢查、裝配線上的零部件(jian)识別定(ding)位、缺陷性檢測(ce)與裝(zhuang)配完全性檢測）。
2. 機器人視覺：用於指引機(ji)器人在大範围内的操(cao)作和行動，如从料鬥送出的雜乱工件堆中(zhong)拣取工件並按(an)一定的方位放在傳輸带或其他設備上（即料鬥拣取問(wen)題）。至於小範围内的操作和行動，還需要借(jie)助於触覺傳感技術(shu)。
此外還有：（1）自(zi)動光學檢查(cha)（2）人脸侦測（3）无人駕驶(shi)汽车
機器視覺特點
1.摄像機的拍照速(su)度自動(dong)與被測物的速度相匹配，拍(pai)摄到理想(xiang)的圖像；
2.零件的尺寸範围為2.4mm到12mm，厚度(du)可以不同；
3.系統(tong)根據操作者選擇不同尺寸的(de)工件，調用相應視覺(jue)程序進行尺寸檢測，並(bing)輸出結果；
4.针對不同尺寸的零件，排(pai)序裝置和輸送裝置可(ke)以精確調整料道的宽度，使零件在固定路径上(shang)運動並進(jin)行視覺檢測；
5.機器(qi)視覺系統分辨率達到(dao)1600×1200，動態檢測精(jing)度可以達到(dao)0.02mm；
6.废品漏檢率為0；
7.本系統可通過顯(xian)示圖像监視檢測(ce)過程，也可通過界面顯示的檢測数(shu)據動態查看檢測(ce)結果；
8.具有對错误工件及時準確发出剔除控(kong)製信(xin)號、剔除废品的(de)功能；
9.系統能够自檢其(qi)主要設備的状態是否正常，配(pei)有状態指示燈；同時能够(gou)設置系統維(wei)護人員、使用人員不(bu)同的操作權限；
10.實時顯示檢測画(hua)面，中文界面，可以浏覽最近(jin)几次不合格品的圖(tu)像，具有能够存储和(he)實時察看错误工件圖像的(de)功能；
11.能生成错误結果信息文(wen)件，包(bao)含對應的错误(wu)圖像，並能打印輸出(chu)。
應用實例
1. 基於機器(qi)視覺(jue)的儀表板总成智能集成測試系統
EQ140-II汽车儀表板总成是我國(guo)某汽车公司生產的儀表產(chan)品，儀表板上安裝有速度里程表(biao)、水温表、汽油(you)表、電流表、信號報(bao)警燈等，其生產(chan)批量大，出廠前需(xu)要進行一次質量終檢(jian)。檢測項目包括：檢測(ce)速度表等五個儀表指针的指示误差；檢測(ce)24個信號報警燈(deng)和若干(gan)照明9燈是否损坏或漏裝(zhuang)。一般采用人工目測方法檢(jian)查，误差大，可靠性(xing)差，不能满足自(zi)動化生產的(de)需要。基於機(ji)器視覺(jue)的智能集成測試系統，改變了这種現状，實現了對(dui)儀(yi)表板总成智能化、全自動(dong)、高精度、快速質量檢測，克(ke)服了人(ren)工檢測所造成的各種误差，大大(da)提高了檢(jian)測效率。
整個(ge)系(xi)統分為四個部分：為儀表板提供模擬信號源的集(ji)成化多路標準信號源(yuan)、具(ju)有圖像信息反(fan)饋定位的雙坐標CNC系統、摄像機圖(tu)像获取系統和主从機(ji)平行處理系統。
2. 金屬板(ban)表面自動控伤系統
金屬板如大型電力變壓器線圈扁平線收音機朦胧(long)皮等的表面質量都有很(hen)高的要求，但原始的采用人工(gong)目視或用百分表加控针的檢測方(fang)法不仅易受主觀因素的影響，而且可能會绘被測表面带來新的劃伤。金屬板表面自動探伤(shang)系統利用機器視覺技術對金屬表面缺陷進行自動(dong)檢查，在生產過(guo)程中高速、準確地(di)進行檢測，同時由於采用非接角式測量，避(bi)免了產生新劃伤的可能。其工作原(yuan)理(li)圖如圖8-6所示；在此系統中，采用(yong)激光器作為光源，通過针孔(kong)滤波器滤除(chu)激光束周围的雜散光，擴(kuo)束镜和準直镜使激光束變為平(ping)行光並以45度的入射角均匀照明被(bei)檢查的(de)金屬板表面。金屬板放在檢驗臺上。檢驗臺可在X、Y、Z三(san)個方向上移動，摄像機采用TCD142D型2048線陈CCD，镜(jing)头采用普通照相機镜头。CCD接(jie)口電(dian)路采用單片機系統。主(zhu)機PC機主(zhu)要完成圖像预處理及缺陷的分類或劃痕的深度運(yun)算等，並可將檢測到的缺陷或劃痕圖像在顯示器(qi)上顯示。CCD接口電路和PC機之間(jian)通過RS-232口(kou)進行雙向通訊，結合异步A/D轉换方式，構成人機交(jiao)互式的数據采集與處理。
该系統主(zhu)要利用線阵CCD的自(zi)掃描特(te)性與被檢查鋼板X方向的移動相結(jie)合，取(qu)得金屬板表面的(de)三維圖像信息。
3. 汽车车身檢測系統
英國ROVER汽车公司800系列汽车车(che)身轮廓尺寸精度的100%在線檢測，是機器視覺系統用於工業檢測(ce)中的一個较為典型的例(li)子，该系統由62個測量單元組成，每個測量單元包括一臺激光器和一個CCD摄像(xiang)機(ji)，用以檢測车身外壳上288個測(ce)量(liang)點。汽车车身置於測(ce)量框架(jia)下，通(tong)過软件(jian)校準车身的精確位置。
測量單元的校準(zhun)將會影響(xiang)檢測精度，因而受到特別重視(shi)。每個激光器/摄像機單元均在离線状態下(xia)經過校準。同時還有一個在离線状態下用三坐(zuo)標測量機校準過的校準裝(zhuang)置，可對(dui)摄像顶進行在線校準。
檢(jian)測系統以每40秒檢測一(yi)個(ge)车身的速度，檢測三種類型的(de)车身。系統將檢測結果(guo)與人、从CAD模型(xing)中撮出來的合格尺寸相比较，測量精度為±0.1mm。ROVER的質(zhi)量檢測人員用该系統來判別關键部分的尺(chi)寸一致性，如车身整體外型、門、玻璃窗口等。實践證(zheng)明，该系統(tong)是成功的，並將用於ROVER公司其它系統列汽车的车身(shen)檢測(ce)。
4. 紙幣印刷質量檢測(ce)系統
该系統利(li)用圖像處理技術，通過對紙幣生產流水(shui)線(xian)上的紙幣20多項特征(zheng)（號碼、盲文、顏色、圖案(an)等）進行比较分析，檢測紙幣的質量，替(ti)代傳統的人眼辨別的方法。
5. 智能交通管理系統
通過在交通要道放(fang)置摄(she)像头，当有违章车辆（如闯紅燈）時，摄像头將车辆(liang)的牌照(zhao)拍摄下來，傳輸給中央管(guan)理系統，系統利用圖像處理技術，對拍摄的圖片進行分析，提取出车(che)牌(pai)號，存(cun)储在数據库中(zhong)，可以供管理(li)人員進(jin)行檢索。
6.金相分析
金相圖象分析系統(tong)能對金屬或其它材料的(de)基體組織、雜(za)質(zhi)含量、組織成分等進行精確(que)、客觀地分析，為產品質量提供(gong)可靠的依據。
7. 医疗圖像分析
血液細(xi)胞自動分類計数、染色體分(fen)析、癌症細胞识別等。
8. 瓶裝啤酒生(sheng)產流水線檢測(ce)系統
可以檢測啤酒(jiu)是否達到標準的容(rong)量、啤酒標簽是否完(wan)整(zheng)
9. 大型工件平(ping)行度、垂直(zhi)度測(ce)量儀
采用激光掃描與CCD探測系統的大型工件平行度、垂直(zhi)度測(ce)量儀，它以稳定的準直激(ji)光束為(wei)測量基線，配(pei)以回轉轴(zhou)系，旋轉五角標棱镜掃出(chu)互相平行或垂直的(de)基準平面，將其與被測大(da)型工件的(de)各面進行比较。在加工或安裝大(da)型工件時，可用该認错器測量面間的平行度及垂直度。
10. 螺纹鋼外形轮(lun)廓尺寸的(de)探測器件
以頻闪光作為照明光源，利用面陈和線陈CCD作為螺纹鋼外(wai)形轮廓尺寸的探測(ce)器件，實現(xian)熱轧螺纹鋼几何參数在線測量的動態檢測(ce)系統。
11.轴承實時监控
機器視覺技術實時监(jian)控轴承的负载(zai)和温度變化，消除(chu)過(guo)载和過熱的危险。將傳統上通過(guo)測量滚珠表面保證加工質量和安全操作(zuo)的被動式測量變為主動式监控。
12. 金屬表面的裂纹測量
用(yong)微(wei)波作為信號源，根據微波发生(sheng)器发出不同波涛率的方波，測量金屬表(biao)面的裂纹(wen)，微(wei)波的波的(de)頻率越高，可(ke)測的(de)裂纹越狭小。
