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一、機(jī)器視覺(jué)的概念
機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做檢測(cè)、測(cè)量和定位。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(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。
由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以人大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。
半導(dǎo)體行業(yè)是最先利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的行業(yè)，其他行業(yè)也隨之而來(lái)。作為生產(chǎn)機(jī)械的OEM的設(shè)計(jì)工程師，最基本的問(wèn)題就是：“我是要檢測(cè)這個(gè)部件還是整個(gè)這個(gè)產(chǎn)品”。檢測(cè)可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品，但是也會(huì)有這樣的事實(shí)存在：檢測(cè)成本或者產(chǎn)品質(zhì)量要求并不需要這樣的檢測(cè)。比如說(shuō)牙簽，假設(shè)每一個(gè)裝有500個(gè)牙簽的盒子里有一兩個(gè)不合恪，大多數(shù)人都不會(huì)怎么擔(dān)心。但是對(duì)于很多產(chǎn)品，假如前面的盒了里裝的不是牙簽，而是針頭，試想不合格品可能會(huì)帶來(lái)什么樣的后果，所以產(chǎn)品功能性的檢測(cè)都是不可缺少的，即使只是外觀檢測(cè)，要證明內(nèi)在的品質(zhì)也必須要做到無(wú)缺陷。因此，為了達(dá)到這個(gè)目的，許多OEM將機(jī)器視覺(jué)世用到他們將要賣給用戶的系統(tǒng)中。機(jī)器視覺(jué)能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)增值，表現(xiàn)在三個(gè)方面：提高生產(chǎn)效率，提高制造過(guò)程的精確性，減少成本。
那么，對(duì)丁一個(gè)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，怎么樣才能知道機(jī)器視覺(jué)是否適合他的系統(tǒng)呢?盡管最早的最基本的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代引入，工業(yè)就將其視為主流應(yīng)用。這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)工程師要考慮它是否合適他們的應(yīng)用，同時(shí)要考慮利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的成本與其所能帶來(lái)的利潤(rùn)。
高復(fù)雜度產(chǎn)品行業(yè)，比如說(shuō)半導(dǎo)體行業(yè)和電子行業(yè)，由于它們的復(fù)雜性和小型化，從傳統(tǒng)上推動(dòng)著機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的發(fā)展。但是如今，所有產(chǎn)業(yè)，包括自動(dòng)化、制藥、造紙等等都依靠機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)產(chǎn)品以提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)專家們預(yù)言：在未來(lái)的20年到50年，機(jī)器視覺(jué)將成為橫跨所有行業(yè)的通用性技術(shù)，幾乎所有出產(chǎn)的產(chǎn)品部會(huì)由機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)。
使用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)有以下五個(gè)主要原因：
精確性一由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)。即使人眼依靠放大鏡或顯微鏡來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品，機(jī)器仍然會(huì)更加精確，因?yàn)樗木饶軌蜻_(dá)到千分之一英寸。
重復(fù)性一機(jī)器可以以相同的辦法一次一次的完成檢測(cè)工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。
速度一機(jī)器能夠更快的檢測(cè)產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，比如說(shuō)生產(chǎn)線上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率。
客觀性一人眼檢測(cè)還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來(lái)的主觀性，檢測(cè)結(jié)果會(huì)隨工人心情好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒(méi)有喜怒哀樂(lè)，檢測(cè)的結(jié)果自然非常可觀可靠。
成本一由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器能夠承擔(dān)好幾個(gè)人的任務(wù)。而且機(jī)器不需要停頓、不會(huì)生病、能夠連續(xù)工作，所以能夠極大的提高生產(chǎn)效率。
這個(gè)系統(tǒng)其中主要包括：照明光源、工件放置(夾具)、相機(jī)、位置傳感器、控制邏輯、以及圖像采集卡，圖像處理軟件、技術(shù)支持等。
二、機(jī)器視覺(jué)的原理
機(jī)器視覺(jué)各功能的原理主要是根據(jù)BMP圖片的0-256色灰度值來(lái)做一些簡(jiǎn)單判斷和分析，再通過(guò)設(shè)定灰度邊界的差值（邊緣閾值）和設(shè)定提取到的輪廓的長(zhǎng)度（最短邊緣）來(lái)提取相應(yīng)的輪廓并計(jì)算相應(yīng)的輪廓相對(duì)于圖片的坐標(biāo)位置和不同輪廓之間的距離。
所以我們要開(kāi)發(fā)視覺(jué)系統(tǒng)，首先必須用相應(yīng)的光源來(lái)把產(chǎn)品需要進(jìn)行識(shí)別的位置照的輪廓邊界清晰，黑就是黑，白就是白，也就是我們常說(shuō)的黑白分明，正因?yàn)檫@樣，機(jī)器視覺(jué)并不是我們想像的那樣可以完全代替人眼。
三、機(jī)器視覺(jué)的功能
CkVision機(jī)器視覺(jué)軟件功能其主要有BLOB分析，對(duì)象計(jì)數(shù)、幾何匹配、灰度匹配、彩色匹配、字符識(shí)別、條碼識(shí)別、測(cè)圓、找圓、卡尺測(cè)量、外徑內(nèi)徑測(cè)量、顏色識(shí)別、圖像基本運(yùn)算（二值化、比例變換、開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算、膨脹、腐蝕、濾波、邊緣檢測(cè)）、幾何運(yùn)算、圖像合并、圖像旋轉(zhuǎn)、輪廓提取等功能。另外可根據(jù)客戶要求定制特殊功能。
我們雖然知道機(jī)器視覺(jué)有這些功能，但是我們?cè)撛趺礃討?yīng)用這些功能呢，在我們自己生產(chǎn)線上哪個(gè)工序可以用視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)代替呢，下面我們主要來(lái)講一下幾何匹配在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用：
1）產(chǎn)品定位：當(dāng)產(chǎn)品需要高精度定位時(shí)，可以使用幾何匹配功能，可以先在產(chǎn)品上預(yù)先做好一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)（Mark點(diǎn)），然后通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品上的Mark點(diǎn)位置相對(duì)于圖片上的位置偏差，再通過(guò)相機(jī)的標(biāo)定把檢測(cè)出的偏差值轉(zhuǎn)換為毫米或脈沖驅(qū)動(dòng)馬達(dá)調(diào)速回相應(yīng)的位置來(lái)達(dá)到高精度的定位。
2）產(chǎn)品方向有無(wú)的檢測(cè)：當(dāng)產(chǎn)品需要檢測(cè)方向和有無(wú)的時(shí)候，可以在產(chǎn)品的一邊找一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)或相應(yīng)的一個(gè)輪廊直角邊、斜邊、圓弧等幾何圖形做為一個(gè)模板，當(dāng)軟件在一定范圍內(nèi)找到相應(yīng)的模板時(shí)認(rèn)為產(chǎn)品有和方向是對(duì)的，當(dāng)找不到相應(yīng)的模板時(shí)認(rèn)為方向是反的，此時(shí)可以發(fā)信號(hào)把產(chǎn)品替除或控制相應(yīng)的電機(jī)把產(chǎn)品反個(gè)方向。
3）產(chǎn)品的高精度測(cè)量：當(dāng)產(chǎn)品需要測(cè)兩點(diǎn)間的距離而間距測(cè)量和卡尺測(cè)量達(dá)不到產(chǎn)品測(cè)量要求時(shí)可以使用同時(shí)匹配兩個(gè)點(diǎn)的輪廓來(lái)達(dá)到產(chǎn)品測(cè)量的目的，這主要是用在打光效果不好的產(chǎn)品上。
4）產(chǎn)品放置位置的正確性：當(dāng)產(chǎn)品上需要放置或裝配一些小產(chǎn)品或配件時(shí)，通常需要檢測(cè)正確性，這時(shí)可以通過(guò)在小產(chǎn)品或配件位置設(shè)定相應(yīng)的搜索范圍學(xué)習(xí)相應(yīng)的模板來(lái)達(dá)到檢測(cè)目的，也就是在A范圍內(nèi)搜索A模板，在B范圍內(nèi)搜索B模板，在C范圍內(nèi)搜索C模板，如果都搜索成功，則OK，如果有一個(gè)范圍搜索不成功，則NG。
5)產(chǎn)品上的字符檢測(cè)輔助定位：當(dāng)需要檢測(cè)產(chǎn)品的字符（數(shù)字或字母）正確性時(shí)，可以使用CkVision的字符提取功能，但是必須使用幾何匹配做輔助定位，因?yàn)橥ǔ．a(chǎn)品到相機(jī)底下的位置會(huì)有所變化，而全圖像范圍搜索可能又會(huì)增加一定的誤判，所以我們可以設(shè)置一個(gè)很小的搜索范圍，而這個(gè)范圍可以跟著匹配到的標(biāo)志點(diǎn)的偏差而變化。
