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1、机器视觉的现状及发展趋势摘要:介绍了机器视觉的概念和机器视觉的组成,阐述了机器视觉技术的发展现状,如光源照明技术、光学镜头、摄像机及图像采集卡、图像信号处理、执行机构等,分析了机器视觉技术在工业、民用、科学、军事领域的应用状况,展望了机器视觉的发展趋势.关键词:机器视觉;CCD摄像机;图像信号处理;检测机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科[1]。机器视觉主要利用计算机来模拟人或再现与人类视觉有关的某些智能行为,从客观事物的图像中提取信息进行处理,并加以理解,最终用于实际检测和控制。主要应
2、用于如工业检测、工业探伤、精密测控、自动生产线、邮政自动化、粮食选优、显微医学操作以及各种危险场合工作的机器人等[2]。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块,如图1所示[3-4]。首先采用CCD摄像机获得被测目标的图像信号,然后通过A/D转换成数字信号传送给专用的图像处理系统,根据像素分布、亮度和色彩等信息,进行各种运算来抽取目标的特征,然后再根据预设的判别标准输出判断结果,去控制驱动执行机构进行相应处理。图1典型工业机器视觉系统1机器视觉关键技术的发展现状图1表明机器视
3、觉是一项综合技术,包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/O卡等)。这些技术在机器视觉中是并列关系,相互协调应用才能构成一个完整的工业机器视觉应用系统。机器视觉强调能够适应工业现场恶劣的环境、有合理的性价比、较强的通用性和可移植性,即实用性;它更强调高速度和高精度,即实时性。机器视觉应用系统中,用到很多技术,但关键技术主要体现在光源照明、光学镜头、摄像机(CCD)、图像采集卡、图像信号处理以及执行机构等。下面对这些关键技术的发展现状进行阐述。1.1光源照明好的
4、光源和照明是目前机器视觉应用系统成败的关键,应当具有以下特征:①尽可能突出目标的特征,在物体需要检测的部分与非检测部分之间尽可能产生明显的区别,增加对比度;②保证足够的亮度和稳定性;③物体位置的变化不应影响成像的质量。光源按其照射方法可分为背向照明、前向照明、结构光照明和频闪光照明等。背向照明是被测物放在光源和摄像机之间,其优点是能获得高对比度的图像;前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧,这种方式便于安装;结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上,根据它们所产生的畸变,解调出被测物的三维信息;频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上,摄像机拍摄要求
5、与光源同步,这样能有效地拍摄高速运动物体的图像[5]。照明亮度、均匀度、发光的光谱特性要符合实际的要求,同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。表1列举了几种主要光源的相关特性[3-4]:表1各种光源对比光源颜色寿命/h发光亮度特点卤素灯白色,偏黄5000-7000很亮发热多,较便宜荧光灯白色,偏绿5000-7000亮较便宜LED灯红,黄,绿,白蓝60000-100000较亮固体,能做成很多形状氙灯白色,偏蓝3000-7000亮发热多,持续光电致发光管由发光频率决定5000-7000较亮发热少,较便宜其中,LED光源具有显色性好、光谱范围宽(可覆盖整个可
6、见光范围)、发光强度高、稳定时间长等优点,而且随着制造技术的成熟,其价格越来越低,必将在现代机器视觉领域得到越来越广泛的应用。1.2光学镜头光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头,简称镜头,其功能就是光学成像。镜头是系统中的重要组件,对成像质量有着关键性的作用,在组建机器视觉系统时,硬件设备要根据实际需要选择合适口径和焦距的镜头[6]。表2是几种常见镜头型号及其相关参数。表2镜头型号及相关参数型号焦距/mm相机孔径/f接口像面尺寸/inch视场最近摄影距离/mCS-S0420F4.02.0CS/C1/3″76°16′0.2CS-S0620F6.02.0CS
7、/C1/3″51°36′0.2CS-S0820F8.02.0CS/C1/3″42°0.2CS-S1220F12.02.0CS/C1/3″28°16′0.2CS-S1620F16.02.0CS/C1/3″21°14′0.2CS-B0636GL6.0-361.2CS/C1/3″50°55′～9°181.3CS-B08551GL8.5-511.6CS/C1/3″56°50′～9°48′1CS-B0660GL6.0-601.2CS/C1/3″52°13′～5°44′1CS-B10200GL10-2001.9CS/C1/3″3°4′～1°73′2注:1英寸=2.
8、54cm1.3CCD摄像机及图像采集卡CCD(Chargecoupleddevice)摄像机及
