工业视觉系统的基本组成

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：典型的工业机器视觉系统包括图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。基于PC的视觉系统具体由如图10-10所示的几部分组成。图10-10工业视觉系统组成①工业相机与工业镜头——这部分属于成像器件，通常的视觉系统都是由一套或者多套这样的成像系统组成，如果有多路相机，可能由图像卡切换来获取图像数据，也可能由同步控制同时获取多相机通道的数据。一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下。

典型的工业机器视觉系统包括图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。基于PC的视觉系统具体由如图10-10所示的几部分组成。

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图10-10　工业视觉系统组成

①工业相机与工业镜头——这部分属于成像器件，通常的视觉系统都是由一套或者多套这样的成像系统组成，如果有多路相机，可能由图像卡切换来获取图像数据，也可能由同步控制同时获取多相机通道的数据。根据应用的需要，相机可能是输出标准的单色视频（RS-170/CCIR）、复合信号（Y/C）、RGB信号，也可能是非标准的逐行扫描信号、线扫描信号、高分辨率信号等。

②光源——作为辅助成像器件，对成像质量的好坏往往能起到至关重要的作用，各种形状的LED灯、高频荧光灯、光纤卤素灯等都容易得到。

③传感器——通常以光纤开关、接近开关等的形式出现，用以判断被测对象的位置和状态，告知图像传感器进行正确的采集。

④图像采集卡——通常以插入卡的形式安装在PC中，图像采集卡的主要工作是把相机输出的图像输送给电脑主机。它将来自相机的模拟或数字信号转换成一定格式的图像数据流，同时它可以控制相机的一些参数，比如触发信号、曝光/积分时间、快门速度等。图像采集卡通常有不同的硬件结构以针对不同类型的相机，同时也有不同的总线形式，比如PCI、PCI64、Compact PCI、PC104、ISA等。

⑤PC平台——电脑是一个PC式视觉系统的核心，在这里完成图像数据的处理和绝大部分的控制逻辑，对于检测类型的应用，通常都需要较高频率的CPU，这样可以减少处理的时间。同时，为了减少工业现场电磁、振动、灰尘、温度等的干扰，必须选择工业级的电脑。

⑥视觉处理软件——机器视觉软件用来完成输入的图像数据的处理，然后通过一定的运算得出结果，这个输出的结果可能是PASS/FAIL信号、坐标位置、字符串等。常见的机器视觉软件以C/C++图像库、ActiveX控件、图形式编程环境等形式出现，可以是专用功能的（比如仅仅用于LCD检测、BGA检测、模版对准等），也可以是通用目的的（包括定位、测量、条码/字符识别、斑点检测等）。

⑦控制单元（包含I/O、运动控制、电平转化单元等）——一旦视觉软件完成图像分析（除非仅用于监控），紧接着需要和外部单元进行通信以完成对生产过程的控制。简单的控制可以直接利用部分图像采集卡自带的I/O，相对复杂的逻辑/运动控制则必须依靠附加可编程逻辑控制单元/运动控制卡来实现必要的动作。

一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下。

①工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像采集部分发送触发脉冲。

②图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

③摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

④摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

⑤另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

⑥摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。

⑦图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

⑧图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

⑨处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。

⑩处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。