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機(jī)器學(xué)習(xí)AI算法工程?? 公眾號(hào)：datayx

一般機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)：相機(jī)、鏡頭、光源、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。

? ? ? ? ?視覺(jué)工業(yè)檢測(cè)大體分為工件尺寸測(cè)量與定位，和表面缺陷檢測(cè)，及各種Logo標(biāo)識(shí)的檢測(cè)與識(shí)別等。

尺寸測(cè)量主要是檢測(cè)物體的長(zhǎng)、寬、高，比較常見(jiàn)主要是物體的二維尺寸（寬和高）檢測(cè)。

表面缺陷檢測(cè)主要是物體表面局部物理或者化學(xué)性質(zhì)不均勻的區(qū)域，比較常見(jiàn)的有金屬或者塑料制品表面的劃痕（如：手機(jī)殼/屏幕表面的劃痕）、斑點(diǎn)和孔洞（如：PCB板漏了焊點(diǎn)或者表面多了焊點(diǎn)），紙張表面的色差、臟污點(diǎn)、破損，紙制品表面的壓痕、凸起，玻璃等非金屬制品表面的雜質(zhì)、破損、污點(diǎn)、平整度等。

Logo標(biāo)識(shí)的檢測(cè)與識(shí)別，主要是Logo標(biāo)識(shí)印刷是否正確、是否完整。

? ? ? ? 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)基本組成主要包括圖像的獲取、圖像的處理分析、數(shù)據(jù)管理及人機(jī)交互（也有的分為相機(jī)、光源、鏡頭、圖像采集卡、視覺(jué)處理系統(tǒng)等五個(gè)部分）。其中圖像的獲取模塊，硬件部分主要包括照明光源、相機(jī)、鏡頭、圖像采集卡等。圖像的處理分析，軟件算法部分主要包括圖像的預(yù)處理與檢測(cè)處理，預(yù)處理對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使我們需要的圖像特征更加明顯；檢測(cè)處理是根據(jù)圖像特征對(duì)損傷、尺寸進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)據(jù)管理及人機(jī)交互，對(duì)于檢測(cè)到的物體是否合格，以及去向根據(jù)實(shí)際需要做相應(yīng)的處理。

一、硬件選型

1、光源的選擇

光源是基礎(chǔ)，打光是藝術(shù)。一個(gè)好的打光效果，基本決定了視覺(jué)檢測(cè)成功的一大半。

光源的合理性選擇，直接影響了輸入圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量與應(yīng)用效果。針對(duì)每個(gè)不同的應(yīng)用案例與環(huán)境，需要選擇相應(yīng)的光源與合理的照明方式，以求達(dá)到最好的應(yīng)用效果。

（1）光源可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光。

常用的幾種可見(jiàn)光源有LED燈、螢光燈、鹵素?zé)簦ü饫w光源)、特殊光源。

LED 燈：

? 使用壽命約10000－30000小時(shí)。

? 可以使用多個(gè)LED達(dá)到高亮度，同時(shí)可組合不同的形狀；

? 響應(yīng)速度快，波長(zhǎng)可以根據(jù)用途選擇，制成不同的顏色。

螢光燈：

? 使用壽命大約1500－3000小時(shí)；

? 優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)散性好、適合大面積均勻照射；

? 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，亮度較暗。

光纖鹵素?zé)簦?/p>

? 使用壽命大約1000小時(shí)；

? 優(yōu)點(diǎn)：亮度高；

? 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，幾乎沒(méi)有光亮度和色溫的變化。

（2）按照射方式不同可分為背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。

背向照明是被測(cè)物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對(duì)比度的圖像，圖像效果為黑白分明的被測(cè)物輪廓，常用于尺寸測(cè)量；

前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測(cè)物的同側(cè)，這種方式便于安裝，主要用于檢測(cè)物體表面的重要細(xì)節(jié)特征、缺陷和劃痕。

結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線(xiàn)光源等投射到被測(cè)物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測(cè)物的三維信息。

頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步。

（3）按照照明方式可分為穹形光源、環(huán)形光源、平行光源、同軸光源、點(diǎn)光源、低角度光源、線(xiàn)光源、光柵等。

選擇光源的角度：根據(jù)期望的圖像效果，選擇不同入射角度的光源。

穹形光源，主要用于球型或曲面物體的缺陷檢測(cè)、不平坦的光滑表面字符的檢測(cè)、金屬或鏡面的表面檢測(cè)。如玻璃瓶、滾珠、小工件表面、塑料或鋁制容器等。

環(huán)形光照射，多用于集成電路料帶與管腳字符、金屬工件刻印字符、光滑表面劃痕、瓶口尺寸或裂痕、平面工件表面質(zhì)量檢測(cè)。

條形光源（可控照明，紅色，藍(lán)色，綠色單色光源）也叫條形燈是一種從側(cè)面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。側(cè)光燈可以避免正面照射產(chǎn)生的強(qiáng)烈反光，同時(shí)還可以對(duì)邊緣部分實(shí)現(xiàn)高亮的照明。是一種在尺寸測(cè)量、外觀(guān)檢測(cè)方面應(yīng)用非常廣泛的一種照明方式。常用于：LCD缺陷的檢測(cè)、包裝文字檢測(cè)、包裝膜破損檢測(cè)、紙張質(zhì)量檢測(cè)、常規(guī)印刷質(zhì)量檢測(cè)、制造物裂紋的檢測(cè)、電子部件的形狀識(shí)別和大小的測(cè)量、各種線(xiàn)陣檢測(cè)等。

同軸光照射，圖像效果為明亮背景上的黑色特征，用于反光厲害的平面物體檢測(cè)，能夠加強(qiáng)有差異角度的表面特征，增強(qiáng)表面紋理（劃痕、凹陷、壓印），減少陰影。如金屬、玻璃等光潔表面的劃痕和瑕疵檢測(cè)，芯片和硅片的破損檢測(cè)、金屬件上的沖壓字符檢測(cè)、線(xiàn)路板焊點(diǎn)與符號(hào)、集成電路的管腳字符檢測(cè)等。

高角度照射，圖像整體較亮，適合表面不反光物體；

低角度照射，圖像背景為黑，特征為白，可以突出被測(cè)物輪廓及表面凹凸變化；

多角度照射，圖像整體效果較柔和，適合曲面物體檢測(cè)；

（a）考慮光源顏色和背景顏色：

使用與被測(cè)物同色系的光會(huì)使圖像變亮（如：紅光使紅色物體更亮）；使用與被測(cè)物相反色系的光會(huì)使圖像變暗（如：紅光使藍(lán)色物體更暗、用藍(lán)光照射黃色物體，呈現(xiàn)黑色）。

波長(zhǎng)越長(zhǎng)，穿透能力越強(qiáng)；波長(zhǎng)越短，擴(kuò)散能力越強(qiáng)。紅外的穿透能力強(qiáng)，適合檢測(cè)透光性差的物體，如棕色口服液雜質(zhì)檢測(cè)。紫外對(duì)表面的細(xì)微特征敏感，適合檢測(cè)對(duì)比不夠明顯的地方，如食用油瓶上的文字檢測(cè)。

（b）選擇光源的形狀和尺寸：

主要分為圓形、方形和條形。通常情況下選用與被測(cè)物體形狀相同的光源，最終光源形狀以測(cè)試效果為準(zhǔn)。光源的尺寸選擇，要求保障整個(gè)視野內(nèi)光線(xiàn)均勻，略大于視野比較好。

（c）選擇是否用漫射光源：

如被測(cè)物體表面反光，最好選用漫反射光源。多角度的漫射照明使得被測(cè)物表面整體亮度均勻，圖像背景柔和，檢測(cè)特征不受背景干擾。

A、如何評(píng)價(jià)一個(gè)光源的好壞？

1) 對(duì)比度

對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就

是使需要被觀(guān)察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度，從而易

于特征的區(qū)分。對(duì)比度定義為在特征與其周?chē)膮^(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。

好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測(cè)的特征突出于其他背景。

2) 魯棒性

魯棒性就是對(duì)環(huán)境有一個(gè)好的適應(yīng)。好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)

驗(yàn)室中的有相同的效果。

3) 亮度

當(dāng)選擇兩種光源的時(shí)候，最佳的選擇是選擇更亮的那個(gè)。光源的亮度不夠，

必然要加大光圈，從而減小了景深。

4) 均勻性

均勻性是光源一個(gè)很中要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

5) 可維護(hù)性

可維護(hù)性主要指光源易于安裝，易于更換。

6) 壽命及發(fā)熱量

光源的亮度不易衰減過(guò)快，這樣會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，增加維護(hù)的成本。發(fā)

熱量大的燈亮度衰減快，光源的壽命也會(huì)受到很大影響。

B、如何依靠光源增強(qiáng)圖像對(duì)比度？

使用相同顏色的光或相近顏色的光源照射可以使被照射部分變亮；

使用相反顏色的光或相近顏色的光源照射可以使被照射部分變暗。

不同的波長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)的穿透力(穿透率)不同，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)物體的穿透力

愈強(qiáng)，波長(zhǎng)越短，對(duì)物質(zhì)表面的擴(kuò)散率愈大。

C、選光源的一些技巧

? 需要前景與背景更大的對(duì)比度，可以考慮用黑白相機(jī)與彩色光源

? 環(huán)境光的問(wèn)題，嘗試用單色光源，配一個(gè)濾鏡

? 閃光曲面，考慮用散射圓頂光

? 閃光，平的，但粗糙的表面，嘗試用同軸散射光

? 看表面的形狀，考慮用暗視場(chǎng)(低角度) ? 檢測(cè)塑料的時(shí)候，嘗試用紫外或紅外光

? 需要通過(guò)反射的表面看特征，嘗試用低角度線(xiàn)光源(暗視場(chǎng)) ? 單個(gè)光源不能有效解決問(wèn)題時(shí)考慮用組合光源

? 頻閃能夠產(chǎn)生比常亮照明 20 倍強(qiáng)的光

幾種常用的打光實(shí)例：

顏色與補(bǔ)色5

明暗視野6

明暗視野7

明暗視野8

選擇光源的前提

可見(jiàn)光與近不可見(jiàn)光波段波譜

HSV顏色對(duì)照表

HSV（Hue, Saturation, Value）色彩空間是一種區(qū)別與RGB的表示形式。

其中H為色調(diào)，用角度度量，取值范圍為0°～360°，從紅色開(kāi)始按逆時(shí)針?lè)较蛴?jì)算，紅色為0°，綠色為120°,藍(lán)色為240°。它們的補(bǔ)色是：黃色為60°，青色為180°,品紅為300°；

S為飽和度，飽和度S表示顏色接近光譜色的程度。一種顏色，可以看成是某種光譜色與白色混合的結(jié)果。其中光譜色所占的比例愈大，顏色接近光譜色的程度就愈高，顏色的飽和度也就愈高。飽和度高，顏色則深而艷。光譜色的白光成分為0，飽和度達(dá)到最高。通常取值范圍為0%～100%，值越大，顏色越飽和。

V為亮度，明度表示顏色明亮的程度，對(duì)于光源色，明度值與發(fā)光體的光亮度有關(guān)；對(duì)于物體色，此值和物體的透射比或反射比有關(guān)。通常取值范圍為0%（黑）到100%（白）。

RGB 轉(zhuǎn) HSV公式：

2、相機(jī)的選擇

（1）工業(yè)數(shù)字相機(jī)的分類(lèi)：

工業(yè)相機(jī)按照芯片類(lèi)型可以分為CCD相機(jī)、CMOS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)；

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線(xiàn)陣相機(jī)（黑白攝像機(jī)、3Line彩色相機(jī)、3CCD彩色相機(jī)（分光棱鏡）、面陣相機(jī)（黑白攝像機(jī)、Bayer彩色相機(jī)、3CCD彩色相機(jī)（分光棱鏡）；

按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)（PAL（黑白為CCIR））、NTSC（黑白為EIA））、數(shù)字相機(jī)（IEEE1394、USB2.0、Camera Link、GigE）；

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)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。

（2）相機(jī)的主要參數(shù)

相機(jī)的主要參數(shù)：

①分辨率；②速度（幀頻/行頻）；③噪聲；(三) 曝光方式（Exposure）和快門(mén)速度（Shutter）；④信噪比；⑤動(dòng)態(tài)范圍；⑥像元深度；⑦光譜響應(yīng)；⑧光學(xué)接口。

①分辨率

?分辨率是相機(jī)最基本的參數(shù)，由相機(jī)所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。

通常面陣相機(jī)的分辨率用水平和垂直分辨率兩個(gè)數(shù)字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的數(shù)字表示每行的像元數(shù)量，即共有 1920 個(gè)像元，后面的數(shù)字表示像元的行數(shù)，即 1080 行。現(xiàn)在相機(jī)的分辨率通常表示多少 K，如1K（1024），2K(2048)， 3K(4096)等。

在采集圖像時(shí)，相機(jī)的分辨率對(duì)圖像質(zhì)量有很大的影響。在對(duì)同樣大的視場(chǎng)（景物范圍）成像時(shí)，分辨率越高，對(duì)細(xì)節(jié)的展示越明顯。

②速度（最大幀率（Frame Rate）/行頻（Line Rate））

?相機(jī)的幀頻/行頻表示相機(jī)采集圖像的頻率，通常面陣相機(jī)用幀頻表示，單位 fps（Frame Per second），如 30fps,表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集 30 幀圖像；線(xiàn)陣相機(jī)通常用行頻便是單位 KHz，如 12KHz 表示相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集 12000 行圖像數(shù)據(jù)。

相機(jī)采集傳輸圖像的速率，對(duì)于面陣相機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)（Frames/Sec.），對(duì)于線(xiàn)陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)（Lines/Sec.）。

速度是相機(jī)的重要參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中很多時(shí)候需要對(duì)運(yùn)動(dòng)物體成像。相機(jī)的速度需要滿(mǎn)足一定要求，才能清晰準(zhǔn)確的對(duì)物體成像。相機(jī)的幀頻和行頻首先受到芯片的幀頻和行頻的影響，芯片的設(shè)計(jì)最高速度則主要是由芯片所能承受的最高時(shí)鐘決定。

(三) 曝光方式（Exposure）和快門(mén)速度（Shutter）? ? ??

? ? ? ? 對(duì)于線(xiàn)陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時(shí)間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間；面陣相機(jī)有幀曝光、場(chǎng)曝光和滾動(dòng)行曝光等幾種常見(jiàn)方式，數(shù)字相機(jī)一般都提供外觸發(fā)采圖的功能。

快門(mén)速度一般可到10微秒，高速相機(jī)還可以更快。

③噪聲

相機(jī)的噪聲是指成像過(guò)程中不希望被采集到的，實(shí)際成像目標(biāo)外的信號(hào)。

根據(jù)歐洲相機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)EMVA1288 中，定義的相機(jī)中的噪聲從總體上可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是由有效信號(hào)帶來(lái)的符合泊松分布的統(tǒng)計(jì)漲落噪聲，也叫散粒噪聲（shot noise）,這種噪聲對(duì)任何相機(jī)都是相同的，不可避免，有其確定的計(jì)算公式（噪聲的平方=信號(hào)的均值）；第二類(lèi)是相機(jī)自身固有的與信號(hào)無(wú)關(guān)的噪聲，它是由圖像傳感器讀出電路、相機(jī)信號(hào)處理與放大電路等帶來(lái)的噪聲，每臺(tái)相機(jī)的固有噪聲都不一樣。另外，對(duì)數(shù)字相機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生量化噪聲，量化位數(shù)越高，噪聲越低。

④信噪比

?相機(jī)的信噪比定義為圖像中信號(hào)與噪聲的比值（有效信號(hào)平均灰度值與噪聲均方根的比值），代表了圖像的質(zhì)量，圖像信噪比越高，圖像質(zhì)量越好。（信噪比高的相機(jī)性能較好）

⑤動(dòng)態(tài)范圍

?相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍表明相機(jī)探測(cè)光信號(hào)的范圍，動(dòng)態(tài)范圍可用兩種方法來(lái)界定，一種是光學(xué)動(dòng)態(tài)范圍，指飽和時(shí)最大光強(qiáng)與等價(jià)于噪聲輸出的光強(qiáng)的比值，由芯片的特性決定。另一種是電子動(dòng)態(tài)范圍，是指飽和電壓和噪聲電壓之間的比值。

對(duì)于固定相機(jī)其動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)定值，不隨外界條件變化而變化。在線(xiàn)性響應(yīng)處，相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍定義為飽和曝光量與噪聲等效曝光量的比值：

動(dòng)態(tài)范圍可用倍數(shù)、dB 或 Bit 等方式來(lái)表示。動(dòng)態(tài)范圍大，則相機(jī)對(duì)不同的光照強(qiáng)度有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。

⑥像元/像素深度

數(shù)字相機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)，即像元灰度值，具有特殊的比特位數(shù)，稱(chēng)為像元深度。即每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對(duì)于數(shù)字相機(jī)機(jī)一般還會(huì)有10Bit、12Bit、14Bit等。

對(duì)于黑白相機(jī)這個(gè)值的方位通常是 8-16bit。像元深度定義了灰度由暗道亮的灰階數(shù)。例如，對(duì)于 8bit 的相機(jī) 0 代表全暗而 255代表全亮。介于 0 和 255 之間的數(shù)字代表一定的亮度指標(biāo)。10bit 數(shù)據(jù)就有 1024 個(gè)灰階，而 12bit 有 4096 個(gè)灰階。每一個(gè)應(yīng)用我們都要仔細(xì)考慮是否需要非常細(xì)膩的灰度等級(jí)。從 8bit 上升到 10bit 或者 12bit 的確可以增強(qiáng)測(cè)量的精度，但是也同時(shí)降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度（線(xiàn)纜增加，尺寸變大），因此我們也要慎重選擇。

⑦光譜響應(yīng)

光譜響應(yīng)是指相機(jī)對(duì)于不同波長(zhǎng)光線(xiàn)的響應(yīng)能力，通常指其所采用芯片的光譜響應(yīng)。通常用光譜曲線(xiàn)表示，橫軸表示不同波長(zhǎng)，縱軸表示量子效率。按照響應(yīng)光譜不同也把相機(jī)分為可見(jiàn)光相機(jī)（400nm—1000nm，峰值在 500nm—600nm 之間），紅外相機(jī)（響應(yīng)波長(zhǎng)在 700nm 以上），紫外相機(jī)（可以響應(yīng)到 200nm—400nm的短波），我們需要根據(jù)接收被測(cè)物發(fā)光波長(zhǎng)的不同來(lái)選擇不同的光譜響應(yīng)的相機(jī)。

⑧光學(xué)接口/接口類(lèi)型

?光學(xué)接口是指相機(jī)與鏡頭之間的借口，常用的鏡頭的借口有 C 口，CS 口，F(xiàn) 口。下表提供了關(guān)于鏡頭安裝及后焦距的信息。其中 M42 鏡頭適配器源于高端攝像標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，相機(jī)的 Z 軸均依據(jù)所提供的適配器而進(jìn)行了優(yōu)化，一般情況下不要輕易拆卸鏡頭適配器。

（3）工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)主要接口類(lèi)型

主要有：Usb2.0、IEEE 1394、CameraLink、GiggE。

目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD或CMOS芯片的相機(jī)。

CCD攝像機(jī)，CCD稱(chēng)為電荷耦合器件，CCD實(shí)際上只是一個(gè)把從圖像半導(dǎo)體中出來(lái)的電子有組織地儲(chǔ)存起來(lái)的方法。優(yōu)點(diǎn)：圖像質(zhì)量高、靈敏度高、對(duì)比度高；缺點(diǎn)：有Blooming現(xiàn)象、不能直接訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)像素、沒(méi)有片上處理功能。

CMOS攝像機(jī)，CMOS稱(chēng)為“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”，CMOS實(shí)際上只是將晶體管放在硅塊上的技術(shù)，沒(méi)有更多的含義。CMOS可以將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)接口控制電路集成在一塊硅片上。優(yōu)點(diǎn)：體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、片上處理功能多、低功耗、沒(méi)有Blooming現(xiàn)象、能直接訪(fǎng)問(wèn)單個(gè)像素、高動(dòng)態(tài)范圍(120dB)、幀率可以更高；缺點(diǎn)：一致性差、光靈敏度差、噪聲大。

CCD傳感器相機(jī)適合高速動(dòng)態(tài)；

CMOS傳感器相機(jī)適合低速動(dòng)態(tài)或靜止。

相對(duì)于CCD傳感器，CMOS傳感器的隨機(jī)讀取特性使其容易實(shí)現(xiàn)圖像的矩形感興趣區(qū)域（AOI）讀出方式。這一特性使得CMOS能針對(duì)較小的AOI時(shí)可以獲得更高的幀率。CMOS傳感器的另一優(yōu)點(diǎn)就是，讀出速度快。CMOS傳感器的缺點(diǎn)是填充因子很低，通常使用微鏡來(lái)提高其填充因子。

CCD和COMS區(qū)別：

? CCD的優(yōu)勢(shì)在于成像質(zhì)量好；

? CMOS價(jià)格比CCD便宜；

? CMOS電源消耗量比CCD低；

? CCD用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；

? CMOS 用于低速或靜態(tài)測(cè)量。但是現(xiàn)在全

局曝光的CMOS也可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；

? 現(xiàn)在CCD是主流，但CMOS正在趕上，而且CMOS是未來(lái)。

注：CCD是全局曝光,而CMOS既存在全局曝光又有卷簾曝光。

如何選擇工業(yè)相機(jī)：

? ? ? ? 首先要弄明白的是自己的檢測(cè)任務(wù)，是靜態(tài)拍照還是動(dòng)態(tài)拍照、拍照的頻率是多少、是做缺陷檢測(cè)還是尺寸測(cè)量或者是定位、產(chǎn)品的大小（拍攝視野）是多少、需要達(dá)到的精度多少、所用軟件的性能、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況如何、有沒(méi)有其它的特殊要求等。

　　如果是動(dòng)態(tài)拍照，運(yùn)動(dòng)速度是多少，根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度選擇最小曝光時(shí)間以及是否需要逐行掃描的相機(jī)；而相機(jī)的幀率（最高拍照頻率）跟像素有關(guān)，通常分辨率越高幀率越低，不同品牌的工業(yè)相機(jī)的幀率略有不同。

? ? ? ? 根據(jù)檢測(cè)任務(wù)的不同、產(chǎn)品的大小、需要達(dá)到的分辨率以及所用軟件的性能可以計(jì)算出所需工業(yè)相機(jī)的分辨率；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境最要考慮的是溫度、濕度、干擾情況以及光照條件來(lái)選擇不同的工業(yè)相機(jī)。

考慮待觀(guān)察或待測(cè)量物體的精度，根據(jù)精度選擇工業(yè)相機(jī)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。

實(shí)例1：

實(shí)例2：

假設(shè)檢測(cè)一個(gè)物體的表面劃痕，要求拍攝的物體大小為10*8mm，而要求的檢測(cè)精度是0.01mm。

? ? ? ?首先假設(shè)要拍攝的視野范圍在12*10mm，那么相機(jī)的最低分辨率應(yīng)該選擇在：(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000，約為120萬(wàn)像素的相機(jī)，也就是說(shuō)一個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)缺陷檢測(cè)的話(huà)那么最低分辨率必須不少于120萬(wàn)像素，但市面上常見(jiàn)的是130萬(wàn)像素的相機(jī)，因此一般而言是選用130萬(wàn)像素的相機(jī)。

? ? ? ? 但實(shí)際問(wèn)題是如果一個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)缺陷的話(huà)，那么這樣的系統(tǒng)一定會(huì)極不穩(wěn)定，因?yàn)殡S便的一個(gè)干擾像素點(diǎn)都可能被誤認(rèn)為缺陷，所以為了提高系統(tǒng)的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，最好取缺陷的面積在3到4個(gè)像素以上，這樣選擇的相機(jī)也就在130萬(wàn)乘3以上，即最低不能少于300萬(wàn)像素，通常采用300萬(wàn)像素的相機(jī)為最佳(我見(jiàn)過(guò)最多的人抱著亞像素不放說(shuō)要做到零點(diǎn)幾的亞像素，那就不用這么高分辨率的相機(jī)了。

相機(jī)的曝光時(shí)間

　　相機(jī)的最小曝光時(shí)間，可以決定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度。或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)相機(jī)的最小曝光時(shí)間提出了要求。假設(shè)我們的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度是1mm/S，我們的測(cè)量精度是0.01mm/pixel，那么我們必須考慮，物體的運(yùn)動(dòng)引起的拖影必須要小于我們的精度0.01mm，目標(biāo)移動(dòng)0.01mm，需要用時(shí)10ms，這就要求我們的相機(jī)的曝光時(shí)間必須小于10ms，如果大于這個(gè)曝光時(shí)間，那么僅僅物體運(yùn)動(dòng)引起的模糊就會(huì)大于0.01，這時(shí)我們的精度已經(jīng)無(wú)法達(dá)到0.01了。

　　通常來(lái)說(shuō)，物體運(yùn)動(dòng)引起的模糊應(yīng)該比我們要求的測(cè)量精度小一個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣可以減少其對(duì)系統(tǒng)的影響，一般我們的工業(yè)相機(jī)最快曝光時(shí)間可以達(dá)到幾十至一百多微秒的樣子。如此短的曝光時(shí)間，對(duì)光能量要求比較大，因此需要選擇合適的光源與光源控制器。

3、鏡頭的選擇

工業(yè)相機(jī)鏡頭由多個(gè)透鏡、可變(亮度)光圈和對(duì)焦環(huán)組成。如下圖所示，在使用時(shí)由操作者觀(guān)察相機(jī)顯示屏來(lái)調(diào)整可變光圈和焦點(diǎn)，以確保圖像的明亮程度及清晰度(有些鏡頭有固定調(diào)節(jié)系統(tǒng))。

（1）鏡頭的接口

鏡頭的接口尺寸是有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，共有三種接口型式，即F型、C型、CS型，其他有M42、萊卡、哈蘇、AK。F型接口是通用型接口，一般適用于焦距大于25mm的鏡頭；而當(dāng)物鏡的焦距約小于25mm時(shí)，因物鏡的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。

C接口和CS接口的區(qū)別：

①C與CS接口的區(qū)別在于鏡頭與攝像機(jī)接觸面至鏡頭焦平面（攝像機(jī) CCD光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離不同，C型接口此距離為17.526mm，CS型接口此距離為12.5mm。

② C型鏡頭與C型攝像機(jī)，CS型鏡頭與CS型攝像機(jī)可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機(jī)之間增加一個(gè) 5mm的C/CS轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機(jī)無(wú)法配合使用。

（2）工業(yè)鏡頭的基本參

鏡頭選擇應(yīng)注意：①焦距? ②目標(biāo)高度 ③影像高度? ④放大倍數(shù)? ⑤影像至目標(biāo)的距離? ⑥中心點(diǎn)/節(jié)點(diǎn)? ⑦畸變。

<1> 視場(chǎng)（Field of view，即FOV，也叫視野范圍）

? ? ? ? ?視場(chǎng)（Field of view，即FOV，也叫視野范圍）：指觀(guān)測(cè)物體的可視范圍，也就是充滿(mǎn)相機(jī)采集芯片的物體部分。（視場(chǎng)范圍是選型中必須要了解的）

? ? Y=f*tanθ，Y：像的大小，f：焦距，θ：半畫(huà)角

? ? θ=2tan-1*y/2f

? ? 例：1/2寸攝像機(jī)配12.5mm鏡頭時(shí)畫(huà)面橫向的視場(chǎng)面是：

? ? θ=2tan-1*6.4/2*12.5=28.72

<2> 工作距離（Working Distance,即WD）

? ? ? ?工作距離（Working Distance,即WD）：指從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問(wèn)題，工作距離是否可調(diào)？包括是否有安裝空間等）。

<3> 分辨率

? ? ? ? 分辨率：圖像系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。（在實(shí)際選擇鏡頭時(shí)，鏡頭尺寸不能小于相機(jī)芯片尺寸，一定要要大于或等于相機(jī)芯片尺寸）

影響分辨率的主要因素：鏡頭結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加工精度等。

其它因素：

鏡頭光圈越大，分辨率越高；

光波長(zhǎng)度，波長(zhǎng)越短分辨率越高；

同檔次的固定焦距鏡頭比變焦鏡頭分辨率高；

短焦鏡頭一般邊緣分辨率比中心低；長(zhǎng)焦鏡頭一般中心比邊緣分辨率低。

<4> 景深（Depth of view，即DOF）

景深（Depth of view，即DOF）：物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力（需要了解客戶(hù)對(duì)景深是否有特殊要求？）

景深和鏡頭的焦距、光圈、物距有關(guān)：

光圈越小，景深越大；

拍攝距離越大，景深越大；

焦距越短，景深越大。

<5> 焦距（f）

焦距（f）：是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。（需要記住的重要公式）

? ? f = {工作距離/視野范圍長(zhǎng)邊（或短邊）}*CCD長(zhǎng)邊（或短）

焦距大小的影響情況：

焦距越小，景深越大；焦距越小，畸變?cè)酱螅唤咕嘣叫。瑵u暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低。

===============================================================================

像差是影響圖像質(zhì)量的重要方面，常見(jiàn)的像差有如下六種：球差、慧差、像散、場(chǎng)曲、畸變、色差。

<6> 光圈與F值

光圈是一個(gè)用來(lái)控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1.4，f2，f2.8。

<8> 感光芯片尺寸

相機(jī)感光芯片的有效區(qū)域尺寸，一般指水平尺寸。這個(gè)參數(shù)對(duì)于決定合適的鏡頭縮放比例以獲取想要的視場(chǎng)非常重要。鏡頭主要縮放比例 (PMAG) 由感光芯片的尺寸和視場(chǎng)的比率來(lái)定義。雖然基本參數(shù)包括感光芯片的尺寸和視場(chǎng)，但PMAG卻不屬于基本參數(shù)。

<9> 光學(xué)放大倍數(shù)

用于計(jì)算主要縮放比例的公式如下：

? ? ?PMAG? ?=? CCD Size /? FOV

顯示放大倍數(shù)：

顯示放大倍率在顯微中應(yīng)用非常廣泛，被測(cè)物體的顯示放大倍率取決于三個(gè)因素：鏡頭光學(xué)倍率、工業(yè)相機(jī)感光芯片的尺寸（靶面大小）、顯示器尺寸。

顯示放大倍率=鏡頭光學(xué)倍率×顯示器尺寸×25.4/耙面對(duì)角線(xiàn)尺寸。

工業(yè)鏡頭各參數(shù)間相互影響關(guān)系：

光圈大小的影響情況：

光圈越大，圖像亮度越高；景深越小；分辨率越高；

像場(chǎng)中央與邊緣：

一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高；像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高。

光波長(zhǎng)度的影響：

在相同的工業(yè)相機(jī)及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長(zhǎng)越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測(cè)量的視覺(jué)系統(tǒng)中，盡量采用短波長(zhǎng)的單色光作為照明光源，對(duì)提高系統(tǒng)精度有很大的作用。

（3）鏡頭的分類(lèi)

為了適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，鏡頭有多種類(lèi)型，從不同的角度，就有不同的劃分方法：

按光學(xué)放大倍率及焦距劃分：

a、顯微鏡：體視顯微鏡、生物顯微鏡、金相顯微鏡、測(cè)量顯微鏡

b、常規(guī)鏡頭：

魚(yú)眼鏡頭：6-16mm

超廣角鏡頭：17-21mm

廣角鏡頭：24-35mm

標(biāo)準(zhǔn)鏡頭：45-75mm

長(zhǎng)焦鏡頭：150-300mm

超長(zhǎng)焦鏡頭：300mm以上

c、特殊鏡頭：

微距鏡頭

遠(yuǎn)距鏡頭

遠(yuǎn)心鏡頭

紅外鏡頭

紫外鏡頭

按其它性能劃分：

固定焦距鏡頭；

變焦鏡頭：

自動(dòng)變焦

手動(dòng)變焦

不同接口方式的鏡頭：

C接口（后截距17.526mm）

CS接口（后截距12.5mm）

F接口（尼康口）

M42

其它：哈蘇、徠卡、AK

各種鏡頭常用配件：

近拍接圈

偏振鏡

濾色片

UV鏡

雷登鏡

增溫鏡

各色濾鏡

帶通濾鏡

增倍鏡

分光鏡

棱鏡

遠(yuǎn)心鏡頭特性

? ? ? 遠(yuǎn)心鏡頭（Telecentric lens），主要是為糾正傳統(tǒng)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)隨物距的變化而變化，這對(duì)被測(cè)物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。此外，遠(yuǎn)心鏡頭(Telecentric lens)相比普通鏡頭，還具有低畸變，高景深，高分辨力等特性。遠(yuǎn)心鏡頭由于其特有的平行光路設(shè)計(jì)一直為對(duì)鏡頭畸變要求很高的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)合所青睞，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、機(jī)械零部件，科研、激光測(cè)徑，印鈔等相關(guān)行業(yè)，主要完成精密測(cè)量、定位等工作任務(wù)。

? ?1.遠(yuǎn)心特性? 非遠(yuǎn)心鏡頭下圖光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法確保視場(chǎng)內(nèi)一致的放大率，于是總會(huì)造成測(cè)量精度的下降。

? ?2.低畸變特性? 大多數(shù)精確測(cè)量的場(chǎng)合需要對(duì)微小畸變進(jìn)行標(biāo)定，優(yōu)秀的遠(yuǎn)心鏡頭廠(chǎng)家采集精確的灰度圖像并進(jìn)行精確分析以測(cè)量畸變，使得遠(yuǎn)心鏡頭的畸變?nèi)绱宋⑿。鎸?shí)的還原圖像。

? ?3.高景深范圍和高解析度過(guò)小的景深會(huì)引起對(duì)比度的下降，結(jié)果會(huì)降低分辨力。遠(yuǎn)心鏡頭具有高的景深范圍和解析度，滿(mǎn)足各種不同的測(cè)試要求。

遠(yuǎn)心鏡頭與普通鏡頭對(duì)比

? ? ?遠(yuǎn)心工業(yè)鏡頭主要是為糾正傳統(tǒng)工業(yè)鏡頭的視差而特殊設(shè)計(jì)的鏡頭，它可以在一定的物距范圍內(nèi)，使得到的圖像放大倍率不會(huì)隨物距的變化而變化，這對(duì)被測(cè)物不在同一物面上的情況是非常重要的應(yīng)用。

? ? ?普通工業(yè)鏡頭目標(biāo)物體越靠近鏡頭（工作距離越短），所成的像就越大。在使用普通鏡頭進(jìn)行尺寸測(cè)量時(shí)，會(huì)存在如下問(wèn)題：

? ?1）由于被測(cè)量物體不在同一個(gè)測(cè)量平面，而造成放大倍率的不同；

? ?2）鏡頭畸變大

? ?3）視差也就是當(dāng)物距變大時(shí)，對(duì)物體的放大倍數(shù)也改變；

? ?4）鏡頭的解析度不高；

? ?5）由于視覺(jué)光源的幾何特性，而造成的圖像邊緣位置的不確定性。

? ? ?而遠(yuǎn)心鏡頭就可以有效解決普通鏡頭存在的上述問(wèn)題，而且沒(méi)有此性質(zhì)的判斷誤差，因此可用在高精度測(cè)量、度量計(jì)量等方面。遠(yuǎn)心鏡頭是一種高端的工業(yè)鏡頭，通常有比較出眾的像質(zhì)，特別適合于尺寸測(cè)量的應(yīng)用。

? ? ?無(wú)論何處，在特定的工作距離，重新調(diào)焦后會(huì)有相同的放大倍率，因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭的最大視場(chǎng)范圍直接與鏡頭的光欄接近程度有關(guān)，鏡頭尺寸越大，需要的現(xiàn)場(chǎng)就越大。遠(yuǎn)心測(cè)量鏡頭能提供優(yōu)越的影像質(zhì)素，畸變比傳統(tǒng)定焦鏡頭小，這種光學(xué)設(shè)計(jì)令影像面更對(duì)稱(chēng)，可配合軟件進(jìn)行精密測(cè)量。

? ?普通鏡頭優(yōu)點(diǎn)：成本低，實(shí)用，用途廣。

? ?普通鏡頭缺點(diǎn)：放大倍率會(huì)有變化，有視差。

? ?普通鏡頭應(yīng)用：大物體成像。

? ?遠(yuǎn)心鏡頭的優(yōu)點(diǎn)：放大倍數(shù)恒定，不隨景深變化而變化，無(wú)視差。

? ?遠(yuǎn)心鏡頭的缺點(diǎn)：成本高，尺寸大，重量重。

? ?遠(yuǎn)心鏡頭的應(yīng)用：度量衡方面，基于CCD方面的測(cè)量，微晶學(xué)

工業(yè)鏡頭的選擇要點(diǎn)：

對(duì)鏡頭的選擇，我們首先必須先確定客戶(hù)需求：

1、視野范圍、光學(xué)放大倍數(shù)及期望的工作距離：在選擇鏡頭時(shí)，我們會(huì)選擇比被測(cè)物體視野稍大一點(diǎn)的鏡頭，以有利于運(yùn)動(dòng)控制。

2、景深要求：對(duì)于對(duì)景深有要求的項(xiàng)目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時(shí)，在項(xiàng)目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項(xiàng)目要求比較苛刻時(shí)，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。

3、芯片大小和相機(jī)接口：例如2/3’’鏡頭支持最大的工業(yè)相機(jī)耙面為2/3’’，它是不能支持1英寸以上的工業(yè)相機(jī)。

4、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭。

5、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶(hù)更改設(shè)備尺寸是不現(xiàn)實(shí)的。

典型的選型案例：

案例一：

案例二：

常用的工業(yè)鏡頭品牌：

快門(mén)速度計(jì)算：

假設(shè)速度是 0.5m/s, sensor 為 640*480 的分辨率，視場(chǎng)為4.2*3mm，

則有：4.2mm/640=0.00656mm ，3mm/480=0.00625mm，取最小的像素當(dāng)量，此時(shí)的當(dāng)量為一個(gè)像素=0.000625mm。

當(dāng)物體在快門(mén)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)大于 1.5 個(gè)像素時(shí)可以認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)拖影，因此要不出現(xiàn)拖影則：

t(快門(mén))小于或者等于 0.00625mm*1.5/0.5m/s=0.00001875s。

t=像素當(dāng)量 x1.5（指定的常數(shù)）/運(yùn)動(dòng)速度。

像元尺寸=CCD 長(zhǎng)/水平方向分辨率（或者 CCD 寬/垂直方向分辨率）。

一般長(zhǎng)的方向?qū)χ曇伴L(zhǎng)的方向，寬的方向?qū)σ曇岸痰姆较颉?/p>

4. 圖像采集卡

　　圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。

比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡，可以將圖像迅速地傳送到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開(kāi)關(guān)。例如，可以連接8個(gè)不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個(gè)相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時(shí)數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門(mén)。

圖像采集卡的主要功能：

A/D轉(zhuǎn)換

圖像傳輸

圖像采集控制

圖像處理（FPGA、DSP）

模擬量圖像采集卡：

標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)采集:? PAL、NTSC

非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)采集

數(shù)字量圖像采集卡：

IEEE1394卡

RS-644 LVDS

Channel Link LVDS

Camera Link LVDS

千兆網(wǎng)圖像傳輸卡/傳輸器

5.視覺(jué)處理器

視覺(jué)處理器集采集卡與處理器于一體。以往計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)，采用視覺(jué)處理器加快視覺(jué)處理任務(wù)。現(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖像到存儲(chǔ)器，而且計(jì)算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺(jué)處理器用的較少了。

二、算法（預(yù)處理算法、檢測(cè)算法）

常用的圖像處理算法：

1、圖像變換：（空域與頻域、幾何變換、色度變換、尺度變換）

幾何變換：圖像平移、旋轉(zhuǎn)、鏡像、轉(zhuǎn)置；

尺度變換：圖像縮放、插值算法（最近鄰插值、雙線(xiàn)性插值、雙三次插值）；

空域與頻域間變換：由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計(jì)算量很大。因此，有時(shí)候需要將空間域變換到頻域進(jìn)行處理。例如：傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為頻域處理，不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。

2、圖像增強(qiáng)：

圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。

灰度變換增強(qiáng)（線(xiàn)性灰度變換、分段線(xiàn)性灰度變換、非線(xiàn)性灰度變換）；

直方圖增強(qiáng)（灰度直方圖、直方圖均衡化）；

圖像平滑/降噪（鄰域平均法、加權(quán)平均法、中值濾波、非線(xiàn)性均值濾波、高斯濾波、雙邊濾波）；

圖像（邊緣）銳化：梯度銳化，Roberts算子、Laplace算子、Sobel算子等；

3、紋理分析（取骨架、連通性）；

4、圖像分割：

圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來(lái)，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。

（1）閾值分割（固定閾值分割、最優(yōu)/OTSU閾值分割、自適應(yīng)閾值分割）;

（2）基于邊界分割（Canny邊緣檢測(cè)、輪廓提取、邊界跟蹤）；

（3）Hough變換（Hough變換直線(xiàn)檢測(cè)、Hough變換圓檢測(cè)）；

（4）基于區(qū)域分割（區(qū)域生長(zhǎng)、區(qū)域歸并與分裂、聚類(lèi)分割）；

（5）色彩分割；

（6）分水嶺分割；

5、圖像特征：

（1）幾何特征（位置與方向、周長(zhǎng)、面積、長(zhǎng)軸與短軸、距離(歐式距離、街區(qū)距離、棋盤(pán)距離)）；

（2）形狀特征（幾何形態(tài)分析（Blob分析）：矩形度、圓形度、不變矩、偏心率、多邊形描述、曲線(xiàn)描述）；

（3）幅值特征（矩、投影）；

（4）直方圖特征（統(tǒng)計(jì)特征）：均值、方差、能量、熵、L1范數(shù)、L2范數(shù)等；直方圖特征方法計(jì)算簡(jiǎn)單、具有平移和旋轉(zhuǎn)不變性、對(duì)顏色像素的精確空間分布不敏感等，在表面檢測(cè)、缺陷識(shí)別有不少應(yīng)用。

（5）顏色特征（顏色直方圖、顏色矩）

（6）局部二值模式( LBP)特征：LBP對(duì)諸如光照變化等造成的圖像灰度變化具有較強(qiáng)的魯棒性，在表面缺陷檢測(cè)、指紋識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別、人臉識(shí)別及車(chē)牌識(shí)別等領(lǐng)域有所應(yīng)用。由于LBP 計(jì)算簡(jiǎn)單，也可以用于實(shí)時(shí)檢測(cè)。

6、圖像/模板匹配：

輪廓匹配、歸一化積相關(guān)灰度匹配、不變矩匹配、最小均方誤差匹配

7、色彩分析

色度、色密度、光譜、顏色直方圖、自動(dòng)白平衡

8、圖像數(shù)據(jù)編碼壓縮和傳輸

圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特?cái)?shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時(shí)間和減少所占用的存儲(chǔ)器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。

9、表面缺陷目標(biāo)識(shí)別算法：

傳統(tǒng)方法：貝葉斯分類(lèi)、K最近鄰（KNN）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）、支持向量機(jī)（SVM）、K-means等；

10、圖像分類(lèi)（識(shí)別）

圖像分類(lèi)（識(shí)別）屬于模式識(shí)別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過(guò)某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類(lèi)。

11、圖像復(fù)原

圖像復(fù)原要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過(guò)程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來(lái)的圖像。

三、現(xiàn)有可用的視覺(jué)檢測(cè)軟件/庫(kù)

1、做工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)的公司有哪些？

比較出名的有：大恒圖像（亞洲Halcon最大代理商）、凌云光技術(shù)（VisionPro視覺(jué)平臺(tái)：印刷、3C電子、顯示屏、玻璃、線(xiàn)路板檢測(cè)）、大族激光（振靜系統(tǒng)：視覺(jué)激光焊接，定視覺(jué)位、缺陷檢測(cè)）、康耐視、基恩士、深圳精銳視覺(jué)、深圳市視覺(jué)龍科技有限公司、廣州超音速、深圳市創(chuàng)科自動(dòng)化等等。

可二次開(kāi)發(fā)的視覺(jué)系統(tǒng)：Labview、DVT、Halcon、OpenCV等。

2、常用的視覺(jué)檢測(cè)軟件/庫(kù)

視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件工具 Halcon、VisionPro、LabView、OpenCV，還有eVision、Mil、Sapera等。

（一）、Halcon：底層功能算法多，運(yùn)算性能快，功能齊全，容易上手，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目周期短。非開(kāi)源項(xiàng)目，商用收費(fèi)，價(jià)格較貴。

? ? ? ? ?Halcon：Halcon是德國(guó)MVtec公司開(kāi)發(fā)的一套完善的標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器視覺(jué)算法包，擁有應(yīng)用廣泛的機(jī)器視覺(jué)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是一套image processing library，由一千多個(gè)各自獨(dú)立的函數(shù)，以及底層的數(shù)據(jù)管理核心構(gòu)成。其中包含了各類(lèi)濾波，色彩以及幾何，數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，型態(tài)學(xué)計(jì)算分析，校正，分類(lèi)辨識(shí)，形狀搜尋等等基本的幾何以及影像計(jì)算功能。整個(gè)函數(shù)庫(kù)可以用C，C++，C#，Visual basic和Delphi等多種普通編程語(yǔ)言訪(fǎng)問(wèn)。Halcon為大量的圖像獲取設(shè)備提供接口，保證了硬件的獨(dú)立性。

（二）OpenCV：功能算法相對(duì)較多（比Halcon少），開(kāi)源，可用于商用，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)（比Halcon長(zhǎng)），有些算法要自己寫(xiě)。

? ? ? ? OpenCV是一個(gè)基于（開(kāi)源）發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)，可以運(yùn)行在Linux、Windows和Mac OS操作系統(tǒng)上。其核心輕量級(jí)而且高效——由一系列 C 函數(shù)和少量 C++ 類(lèi)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的很多通用算法。OpenCV用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，它的主要接口也是C++語(yǔ)言。該庫(kù)也有大量的Python, Java and MATLAB/OCTAVE的接口，如今也提供對(duì)于C#, Ruby的支持。OpenCV可以在 Windows, Android, Maemo, FreeBSD, OpenBSD, iOS,Linux 和Mac OS等平臺(tái)上運(yùn)行。

OpenCV出身：OpenCV是Intel開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)。其核心由一系列 C 函數(shù)和少量 C++ 類(lèi)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)方面的很多通用算法。OpenCV 的特點(diǎn)擁有包括300多個(gè)C函數(shù)的跨平臺(tái)的中、高層 API 跨平臺(tái)：Windows, Linux；免費(fèi)（FREE）：無(wú)論對(duì)非商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用；速度快；使用方便。

OpenCV具有以下的特征：（１）開(kāi)源計(jì)算機(jī)視覺(jué)采用Ｃ／Ｃ＋＋編寫(xiě)。（２）使用目的是開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。（３）獨(dú)立與操作系統(tǒng)、硬件和圖形管理器。（４）具有通用的圖象／視頻載入、保存和獲取模塊。（５）具有底層和高層的應(yīng)用開(kāi)發(fā)包。

應(yīng)用OpenCV能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（１）對(duì)圖象數(shù)據(jù)的操作，包括分配、釋放、復(fù)制和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。（２）對(duì)圖象和視頻的輸入輸出，指文件和攝像頭作為輸入，圖象和視頻文件作為輸出。（３）具有對(duì)距陳和向量的操作以及線(xiàn)性代數(shù)的算法程序，包括距陣、解方程、特征值以及奇異值。（４）可對(duì)各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如列表、隊(duì)列、集合、樹(shù)和圖等進(jìn)行操作。（５）具有基本的數(shù)字圖象處理能力，如可進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)、角點(diǎn)檢測(cè)、采樣與差值、色彩轉(zhuǎn)換、形態(tài)操作、直方圖和圖象金字塔等操作。

（６）可對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，包括連接部件分析、輪廓處理、距離變換、各種距的計(jì)算、模板匹配、Hongh變換、多邊形逼近、直線(xiàn)擬合、橢圓擬合和Delaunay三角劃分等。（7）對(duì)攝像頭的定標(biāo)，包括發(fā)現(xiàn)與跟蹤定標(biāo)模式、定標(biāo)、基本矩陣估計(jì)、齊次矩陣估計(jì)和立體對(duì)應(yīng)。（8）對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析，如對(duì)光流、運(yùn)動(dòng)分割和跟蹤的分析。（9）對(duì)目標(biāo)的識(shí)別，可采用特征法和隱馬爾科夫模型（HMM）法。（10）具有基本的GUI功能，包括圖像與視頻顯示、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)事件處理及滾動(dòng)條等。（11）可對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)注，如對(duì)線(xiàn)、二次曲線(xiàn)和多邊形進(jìn)行標(biāo)注，還可以書(shū)寫(xiě)文字（目前之支持中文）。

（三）VisionPro

? ? ? ? ?VisionPro是美國(guó)康耐視Cognex公司提供全套視覺(jué)解決方案。VisionPro提供多種開(kāi)發(fā)工具拖放式界面、簡(jiǎn)單指令碼和編程方式等，全面支持所有模式的開(kāi)發(fā)。用戶(hù)利用VisionPro QuickBuild?可以無(wú)需編程配置讀取、選擇并優(yōu)化視覺(jué)工具，決定產(chǎn)品是否合格。用戶(hù)也可以利用C++、C#、VB及.NET開(kāi)發(fā)管理應(yīng)用程序。Vision Pro提供的.NET程序接口允許用戶(hù)采用面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言編程訪(fǎng)問(wèn)所有工具，以高效開(kāi)發(fā)客戶(hù)的專(zhuān)用視覺(jué)方案。

（四）LabView

? ? ? ? ?LabView是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó) 家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)，使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabView軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開(kāi)發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。LabView開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問(wèn)題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。

HSV顏色識(shí)別-HSV基本顏色分量范圍

一般對(duì)顏色空間的圖像進(jìn)行有效處理都是在HSV空間進(jìn)行的，然后對(duì)于基本色中對(duì)應(yīng)的HSV分量需要給定一個(gè)嚴(yán)格的范圍，下面是通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算的模糊范圍（準(zhǔn)確的范圍在網(wǎng)上都沒(méi)有給出）。

H:? 0 — 180

S:? 0 — 255

V:? 0 — 255

HSV（色相/飽和度/明度）顏色空間是表示類(lèi)似于RGB顏色模型的顏色空間的模型。根據(jù)色相通道(Channel)對(duì)顏色類(lèi)型進(jìn)行建模，因此在需要根據(jù)顏色對(duì)對(duì)象進(jìn)行分割的圖像處理任務(wù)中非常有用。飽和度的變化代表顏色成分的多少。明度通道描述顏色的亮度。