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全面剖析什么是機(jī)器視覺(jué)1

jf_78858299 ? 來(lái)源:機(jī)器學(xué)習(xí)算法那些事 ? 作者:機(jī)器學(xué)習(xí)算法那些 ? 2023-02-07 11:43 ? 次閱讀

機(jī)器視覺(jué) 就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置,分 CMOS 和CCD 兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

視覺(jué)系統(tǒng)組成部分:

1.照明光源

2.鏡頭

3.工業(yè)攝像機(jī)

4.圖像采集/處理卡

5.圖像處理系統(tǒng)

6.其它外部設(shè)備

相機(jī)篇

**工業(yè)相機(jī)又俗稱(chēng)攝像機(jī),**相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)(攝像機(jī))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(jī)大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機(jī)。

其中,CCD是目前機(jī)器視覺(jué)最為常用的圖像傳感器 它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體,是典型的固體成像器件。

CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào),而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類(lèi)成像器件通過(guò)光電轉(zhuǎn)換形成電荷包,而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。

典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成。CCD作為一種功能器件,與真空管相比,具有無(wú)灼傷、無(wú)滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

C****MOS圖像傳感器的開(kāi)發(fā)則最早出現(xiàn)在20世紀(jì)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(shù)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(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器控制器集成在一塊芯片上,還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問(wèn)的優(yōu)點(diǎn)。

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(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

分類(lèi):

任何東西一定有它自己的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),工業(yè)相機(jī)也不例外。

按照芯片類(lèi)型可以分為 CCD相機(jī) 、CMOS相機(jī)

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為 線陣相機(jī)、面陣相機(jī)

按照掃描方式可以分為 隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)

按照分辨率大小可以分為 普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)

按照輸出信號(hào)方式可以分為 模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)

按照輸出色彩可以分為 單色(黑白)相機(jī)、彩色相機(jī)

按照輸出信號(hào)速度可以分為 普通速度相機(jī)、高速相機(jī)

按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見(jiàn)光(普通)相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

區(qū)別:

1、工業(yè)相機(jī)的性能穩(wěn)定可靠易于安裝,相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)不易損壞,連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng),可在較差的環(huán)境下使用,一般的數(shù)碼相機(jī)是做不到這些的。例如:讓民用數(shù)碼相機(jī)一天工作24小時(shí)或連續(xù)工作幾天肯定會(huì)受不了的。

2、工業(yè)相機(jī)的快門(mén)時(shí)間非常短,可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體。例如,把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上,以最大速度旋轉(zhuǎn),設(shè)置合適的快門(mén)時(shí)間,用工業(yè)相機(jī)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(jī)來(lái)抓拍,是不可能達(dá)到同樣效果的。

3、工業(yè)相機(jī)的圖像傳感器是逐行掃描的,而普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的, 逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)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(lèi)產(chǎn)品,例如Dalsa、Sony,而且價(jià)格昂貴。

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

5、工業(yè)相機(jī)輸出的是裸數(shù)據(jù)(raw data),其光譜范圍也往往比較寬,比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法,例如機(jī)器視覺(jué)(Machine Vision)應(yīng)用。而普通相機(jī)拍攝的圖片,其光譜范圍只適合人眼視覺(jué),并且經(jīng)過(guò)了mjpeg壓縮,圖像質(zhì)量較差,不利于分析處理。

6、工業(yè)相機(jī)(Industrial Camera)相對(duì)普通相機(jī)(DSC)來(lái)說(shuō)價(jià)格較貴。

如何選擇:

1、根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機(jī)CCD工業(yè)相機(jī)主要應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)物體的圖像提取,如貼片機(jī)機(jī)器視覺(jué),當(dāng)然隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展,許多貼片機(jī)也在選用CMOS工業(yè)相機(jī)。用在視覺(jué)自動(dòng)檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機(jī)比較多。CMOS工業(yè)相機(jī)由成本低,功耗低也應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測(cè)量物體的精度,根據(jù)精度選擇分辨率。相機(jī)像素精度=單方向視野范圍大小/相機(jī)單方向分辨率。則相機(jī)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(zhǎng),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(huì)只用一個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量/觀察精度值,一般可以選擇倍數(shù)4或更高。這樣該相機(jī)需求單方向分辨率為1000,選用130萬(wàn)像素已經(jīng)足夠。

其次看工業(yè)相機(jī)的輸出,若是體式觀察或機(jī)器軟件分析識(shí)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(lài)于顯示器的分辨率,工業(yè)相機(jī)的分辨率再高,顯示器分辨率不夠,也是沒(méi)有意義的;利用存儲(chǔ)卡或拍照功能,工業(yè)相機(jī)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(zhuǎn)接口)。

4、相機(jī)幀數(shù)選擇當(dāng)被測(cè)物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí),要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機(jī)。但一般來(lái)說(shuō)分辨率越高,幀數(shù)越低。

鏡頭篇

鏡頭的基本功能就是實(shí)現(xiàn)光束變換(調(diào)制),在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中,鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直影響到機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的整體性能,合理地選擇和安裝鏡頭,是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

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