機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)5要素

機(jī)器視覺在中國的發(fā)展已有十余個(gè)年頭。過去十年是機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)在中國市場發(fā)展最快的十年，經(jīng)過一定時(shí)期的普及與推廣，機(jī)器視覺已逐漸為廣大客戶所熟知，而且應(yīng)用范圍，也逐漸開始擴(kuò)大，大規(guī)模的應(yīng)用領(lǐng)域由起初的電子、制藥等行業(yè)，逐步擴(kuò)展到包裝、印刷等各大領(lǐng)域。

機(jī)器視覺市場在發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在進(jìn)步，在以不斷滿足客戶發(fā)展需求的同時(shí)，最基本需求的滿足也是不容忽視的。一直以來，我國的科技水平都處于不斷發(fā)展的階段，機(jī)器視覺技術(shù)作為科技發(fā)展的產(chǎn)物，為了更好的適應(yīng)行業(yè)需求，也在不斷的優(yōu)化升級(jí)?？v觀行業(yè)發(fā)展，國內(nèi)機(jī)器視覺市場機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，而行業(yè)技術(shù)的升級(jí)更顯得尤為必要了。

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人檢測產(chǎn)品很大程度上依靠機(jī)器視覺，視覺的靈敏度將直接影響產(chǎn)品的檢測速度和檢測質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)一款質(zhì)量過硬的視覺產(chǎn)品尤為重要，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)面臨視覺定位、測量、檢測和識(shí)別等諸多難題。

一、打光的穩(wěn)定性

工業(yè)視覺應(yīng)用一般分成四大類：定位、測量、檢測和識(shí)別，其中測量對光照的穩(wěn)定性要求最高，因?yàn)楣庹罩灰l(fā)生10-20%的變化，測量結(jié)果將可能偏差出1-2個(gè)像素，這不是軟件的問題，這是光照變化，導(dǎo)致了圖像上邊緣位置發(fā)生了變化，即使再厲害的軟件也解決不了問題，必須從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，排除環(huán)境光的干擾，同時(shí)要保證主動(dòng)照明光源的發(fā)光穩(wěn)定性。當(dāng)然通過硬件相機(jī)分辨率的提升也是提高精度，抗環(huán)境干擾的一種辦法了。比如之前的相機(jī)對應(yīng)物空間尺寸是1個(gè)像素10um，而通過提升分辨率后變成1個(gè)像素5um，精度近似可以認(rèn)為提升1倍，對環(huán)境的干擾自然增強(qiáng)了。

二、工件位置的不一致性

一般做測量的項(xiàng)目，無論是離線檢測，還是在線檢測，只要是全自動(dòng)化的檢測設(shè)備，首先做的第一步工作都是要能找到待測目標(biāo)物。每次待測目標(biāo)物出現(xiàn)在拍攝視場中時(shí)，要能精確知道待測目標(biāo)物在哪里，即使你使用一些機(jī)械夾具等，也不能特別高精度保證待測目標(biāo)物每次都出現(xiàn)在同一位置的，這就需要用到定位功能，如果定位不準(zhǔn)確，可能測量工具出現(xiàn)的位置就不準(zhǔn)確，測量結(jié)果有時(shí)會(huì)有較大偏差。

三、標(biāo)定

一般在高精度測量時(shí)需要做以下幾個(gè)標(biāo)定：第一，光學(xué)畸變標(biāo)定(如果您不是用的軟件鏡頭，一般都必須標(biāo)定);第二，投影畸變的標(biāo)定，也就是因?yàn)槟惭b位置誤差代表的圖像畸變校正，三物像空間的標(biāo)定，也就是具體算出每個(gè)像素對應(yīng)物空間的尺寸。

不過目前的標(biāo)定算法都是基于平面的標(biāo)定，如果待測量的物理不是平面的，標(biāo)定就會(huì)需要作一些特種算法來處理，通常的標(biāo)定算法是解決不了的。

此外有些標(biāo)定，因?yàn)椴环矫媸褂脴?biāo)定板，也必須設(shè)計(jì)特殊的標(biāo)定方法，因此標(biāo)定不一定能通過軟件中已有的標(biāo)定算法全部解決。

四、物體的運(yùn)動(dòng)速度

如果被測量的物體不是靜止的，而是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么一定要考慮運(yùn)動(dòng)模糊對圖像精度(模糊像素=物體運(yùn)動(dòng)速度*相機(jī)曝光時(shí)間)，這也不是軟件能夠解決的。

五、軟件的測量精度

在測量應(yīng)用中軟件的精度只能按照1/2—1/4個(gè)像素考慮，最好按照1/2，而不能向定位應(yīng)用一樣達(dá)到1/10-1/30個(gè)像素精度，因?yàn)闇y量應(yīng)用中軟件能夠從圖像上提取的特征點(diǎn)非常少。

機(jī)器視覺的運(yùn)動(dòng)速度和測量精度在整個(gè)產(chǎn)品中占有重要的位置，運(yùn)動(dòng)速度快慢以檢測能力是成反比的，運(yùn)動(dòng)越快檢測的質(zhì)量效果相對較差，因此提高運(yùn)動(dòng)精度和檢測細(xì)節(jié)很重要。

而且機(jī)器視覺易于實(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)。使用機(jī)器視覺系統(tǒng)五個(gè)主要原因：

重復(fù)性——機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會(huì)感到疲倦。與此相反，人眼每次檢測產(chǎn)品時(shí)都會(huì)有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品時(shí)完全相同的。

精確性——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檢測產(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。

速度機(jī)器能夠更快的檢測產(chǎn)品。特別是當(dāng)檢測高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，比如說生產(chǎn)線上，機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率。

客觀性——人眼檢測還有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會(huì)隨工人心情的好壞產(chǎn)生變化，而機(jī)器沒有喜怒哀樂，檢測的結(jié)果自然非?？捎^可靠。

成本——由于機(jī)器比人快，一臺(tái)自動(dòng)檢測機(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。

機(jī)器視覺系統(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)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。