视觉检测技术及应用

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1、视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视觉检测技术及应用23视夤检洲技术殷应用叶声华，邾继贵，王仲，杨学友（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２）［摘要］视觉检测技术，尤其是基于三角法的主动和被动视觉检测技术具有非接触、速度快、柔性好等特点，是一种先进的检测手段，适合现代制造业的需要。文章论述了视觉检测技术原理，讨论了已经研制的多个实际视觉检测系统，从不同角度展示了视觉检测技术在现代制造业

2、中广阔的应用前景。［关键词］主动视觉；被动视觉；检测系统；现代制造引言检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保１视觉检测技术原理视觉检测采用图像传感器（ＣＣＤ器件等）实证产品质量的关键。近几十年来，制造业在新材料、新工艺、新设备等方面取得了巨大进步，许多传统的检测技术已不能满足现代制造业的需要，表现在：现代制造产品种类有很大的扩充，许多新型现对被测物体的尺寸及空间位姿的三维非接触测量。理论研究中有许多视觉测试原理可用于视觉检测，如纹理梯度法、莫尔条纹法、飞行时间法等【１］，但实际研究中发现，在诸多测试原理中，基于三角法的主动和被动视觉测量原理具有抗干扰能力强、效率高、

3、精度合适、组成简洁等优点，非产品没有相应的检测方法；现代制造强调实时、在线、非接触检测，确保对制造过程实现全面控制，提高生产效率和产品的合格率，这是许多传统检测手段无法提供的；现代产品的制造精度大大提高，要求相应高精度的检测方法。现代制造业的进步需要研究新型的产品检测技术，在已经研究的多种技术中…，视觉检测技术常适合制造现场的在线、非接触产品检测及监控。图１给出了基于三角法的主动视觉测量原理，即结构光传感器测量原理。传感器由光平面投射器和ＣＣＤ摄像机组成。设摄像机坐标系为ＯＸＹＺ，光平面和被测物体相交形成光条ｚ，记光条上某特征点Ｐ在ＯＸＹＺ中的坐标为（ｚ，Ｙ，ｚ），光

4、平面具有非接触、速度快、精度合适、现场抗干扰能力强等突出的优点［２］，能很好地满足现代制造业的需求，在实际中显示出广阔的应用前景。在ＯＸＹＺ中的方程已知，特征点Ｐ在摄像机像素坐标系中的坐标为（．７１７。，Ｙｍ），由摄像机数学模型㈦４Ｊ知视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术，和计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉检测技术利用计算机视觉研究成果，重点研究物体的几何尺寸及物体在空间位姿的三维测量技术。羔Ｙ三麓２。＝＾（ｚ，ｙ，ｚ），又，Ｐ点在光平面厶（ｚ，ｙ，ｚ）＝０㈤一７（２）［收稿日期］［作者简介】１９９９一０６—２８叶声华（１９

5、３４一），男，湖北沙市人，天津大学教授，博士生导师＊国家“八五”重点攻关项目（８５—７２５—０２—０２）；“八六三”高科技项目（８６３—５１２—３０—０１）万方数据ｉ霪蘸蠢愁ｌ荔癣ｉ滋囊灌羹纂！蠢豢黧蘸蒸黛骥装滏＠内。其中：．疋，．厂ｖ是摄像机的模型函数，在摄像砚ｍ觇ｍ＝＝也抛勉机标定中可以精确地求得；．厶为光平面在ＯＸＹＺ坐标系中的方程，在标定传感器时可精确地求得。联立（１）（２）可解出被测物体上特征点Ｐ在坐标系ＯＸＹＺ中的三维坐标。乜岛４现光勉式中厂。。，，ｔ，和厂２。，＾，分别为左、右摄像机的模型函数，通过标定摄像机可以准确地求得。设左、右摄像机坐标系０１ｘ】ｙ

6、１ｚ１和０２Ｘ２双目立体视觉传感器是基于三角法的被动视觉测量原理的典型应用，其测量原理如图２所示。传ｙ２２２之间的关系可表示为Ｘ２＝ＲＸｌ＋Ｔ，（５）式中：Ｘ１＝（ｚ１，Ｙ１，ｚ１）’和Ｘ２＝（ｚ２，Ｙ２，Ｚ２）７；Ｒ为３×３阶坐标系间旋转变换矩阵；Ｔ为器３×１阶坐标系间平移变换矩阵。Ｒ，Ｔ在立体视觉传感器中是已知的，通过传感器标定可严格地求出＋。由（３）、（４）、（５）解出被测空间点Ｐ在左摄像机坐标系０１ｘ１ｙ】ｚ１中的三维坐标。图１结构光传感器测量原理Ｆｉｇ．１ＴｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌｉｇｈｔＳｅｎｓｏｒ视觉检测技术的应用

7、非常灵活，能适用于不同类型的检测任务［５’23６】。通常单个视觉传感器实现较小测量空间内的测量，而由多个传感器组成的视觉测量系统可实现较大空间内的测量任务［５＇６］。视觉检测系统原理如图３所示。多个传感器安装在刚性支架上形成统一的视觉检测系统，每个传感器实现对大型被测物体一个局部区域的测量，所有传感器组合实现对物体多个不同区域的测量，从而实现对被测物体的整体测量。ｏⅨｌＹｌｚｌ图２双目立体视觉测量原理Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃｖｉｓｉｏｎ邕．・・・［：：＾．・・・［：：：ｈ占～出