如何搭建機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成

一般機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要包括信息探測(cè)、采集系統(tǒng)、圖像處理、顯示及智能決策等模塊，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、視頻信息處理、模式識(shí)別、人工智能理論、智能信息處理、VLSI技術(shù)等技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品自動(dòng)檢測(cè)、航天、航空、遙感、衛(wèi)星偵察、天文觀測(cè)、通訊、交通、電子、金融、醫(yī)療等圖像采集、處理和決策的諸多領(lǐng)域。圖1是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

嵌入式圖像采集處理系統(tǒng)

NetSightII是功能完善的嵌入式圖像采集處理系統(tǒng)，能快速、簡(jiǎn)便地構(gòu)成生產(chǎn)線上的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，解決了由PC/圖像采集卡或智能攝像機(jī)構(gòu)成的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中所遇到的各種問(wèn)題，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。NetSightII系統(tǒng)如圖2所示。

---NetSightII嵌入了高性能處理器、多個(gè)攝像機(jī)接口、靈活的通信設(shè)備接口和多種用戶(hù)界面。只需將攝像機(jī)與NetSightII連接，安裝相應(yīng)軟件，就可以對(duì)生產(chǎn)線的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，節(jié)省了大量的安裝、調(diào)試時(shí)間。

---智能攝像機(jī)(SmartCamera)不能對(duì)物體進(jìn)行多角度檢測(cè)，若將這些攝像機(jī)之間進(jìn)行相互配合，則系統(tǒng)的復(fù)雜性和可靠性就成了問(wèn)題。而高性?xún)r(jià)比的NetSightII系統(tǒng)可同時(shí)觀察和處理4個(gè)攝像機(jī)的圖像，還可以根據(jù)具體應(yīng)用要求來(lái)選擇相應(yīng)的攝像機(jī)。NetSightII支持大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、高分辨率(兆級(jí)像素)模擬攝像機(jī)，經(jīng)過(guò)適配器可與非標(biāo)準(zhǔn)攝像機(jī)連接。

---NetSightII的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)軟件Sherlock是一個(gè)功能強(qiáng)大的自動(dòng)化檢測(cè)工具，目前國(guó)際上有數(shù)以千計(jì)的檢測(cè)設(shè)備采用Sherlock軟件。Sherlock軟件易于使用、配置完善，可以快速構(gòu)成樣板、參考標(biāo)準(zhǔn)等，支持用戶(hù)自定義算法和用戶(hù)界面，但目前還不支持彩色相機(jī)輸入。

主要特性和技術(shù)參數(shù)

NetSightII系統(tǒng)可以在線自動(dòng)快速檢測(cè)不規(guī)則器件，同時(shí)處理多個(gè)視頻圖像，支持多種攝像機(jī)，功能強(qiáng)大的嵌入式處理器確?？焖贆z測(cè)，為用戶(hù)提供理想的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)解決方案。

數(shù)據(jù)采集部分包括3個(gè)單色或1個(gè)RGB的模擬攝像機(jī)、15腳D-Sub連接器，支持標(biāo)準(zhǔn)的640×480、1024×1024或更高分辨率的格式，可同時(shí)采集3個(gè)單色同步攝像機(jī)或1個(gè)彩色攝像機(jī)圖像。存儲(chǔ)器為256MB的程序存儲(chǔ)器和20GB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)字輸入部分支持7種通用的代碼，可進(jìn)行控制切換，支持30V的TTL電路。數(shù)字輸出部分包括7種用做檢測(cè)和控制的接口，可進(jìn)行光選通。

外部接口

操作接口包括標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示器、標(biāo)準(zhǔn)的PS/2鼠標(biāo)和鍵盤(pán)或USB鼠標(biāo)和鍵盤(pán)、連接附加USB兼容設(shè)備的USB接口；網(wǎng)絡(luò)接口為10/100Base-T以太網(wǎng)接口；相機(jī)(視頻)接口包括3個(gè)同步相機(jī)輸入(支持標(biāo)準(zhǔn)或者雙速模擬相機(jī)的順序掃描，每個(gè)相機(jī)的最大圖像分辨率是2K×2K像素)，1個(gè)RGB相機(jī)輸入(支持標(biāo)準(zhǔn)或者雙速模擬相機(jī)的順序掃描，最大圖像尺寸是1K×1K)，不能同時(shí)支持RGB和3個(gè)同步相機(jī)輸入；1個(gè)IEEE1394接口；背板上的3個(gè)15針D-Sub接口(標(biāo)明視頻1、2、3)，視頻1接口支持單色和RGB相機(jī)，視頻2和視頻3只支持單色相機(jī)，所有接口不能同時(shí)支持單色和彩色相機(jī)，但可以同時(shí)采集和處理來(lái)自3個(gè)單色相機(jī)的數(shù)據(jù)；提供1個(gè)RS-232/485兼容串口，當(dāng)斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，該端口可以控制主應(yīng)用；1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的并口可用來(lái)連接打印機(jī)等并口設(shè)備；AC97兼容音頻接口用來(lái)發(fā)布音頻警報(bào)通知。NetSightII的后面板如圖3所示。

相機(jī)的選擇

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)需要用相機(jī)采集圖像，所選擇的相機(jī)類(lèi)型可以表明系統(tǒng)的識(shí)別能力，這就意味著可以識(shí)別的最小信息是視場(chǎng)的函數(shù)。換句話(huà)說(shuō)，相機(jī)通過(guò)改變鏡頭可以擴(kuò)大視場(chǎng)，但是減少了實(shí)際識(shí)別區(qū)域。光源、透鏡畸變和物體的位置等許多因素都會(huì)影響到圖像的質(zhì)量。通常的做法是盡可能把傳感器上感興趣圖像的畫(huà)面填滿(mǎn)，同時(shí)允許配準(zhǔn)誤差和位置重復(fù)。例如，如果需要檢測(cè)一幅大圖片的毛細(xì)裂縫，則需要分辨率可以識(shí)別裂縫的相機(jī)。一般情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)的或百萬(wàn)像素分辨率的相機(jī)就可以滿(mǎn)足解決機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用。

不同類(lèi)型和廠家的機(jī)器視覺(jué)相機(jī)都有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，目前生產(chǎn)環(huán)境中的大多數(shù)相機(jī)都是模擬單色相機(jī)(即只能檢測(cè)圖像的亮度和灰度)。除了“靜態(tài)”操作(檢測(cè)的圖片不能移動(dòng))，目前大多數(shù)相機(jī)都可以進(jìn)行逐行掃描，這樣相機(jī)就可以準(zhǔn)確捕獲移動(dòng)圖像，并用于特殊生產(chǎn)環(huán)境。需要注意的是，光源和鏡頭將會(huì)對(duì)相機(jī)性能產(chǎn)生很大的影響。

機(jī)器視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件

Sherlock是基于Windows的機(jī)器視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟件，操作簡(jiǎn)單方便，是開(kāi)發(fā)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的理想軟件，已被廣泛采用。Sherlock有SherlockEssential和SherlockProfessional兩種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的版本，可以滿(mǎn)足企業(yè)的不同需要。SherlockEssential是最“基本”的或常用的機(jī)器視覺(jué)軟件，可讀取條形碼和2D矩陣編碼和OCR(光學(xué)特征識(shí)別)等。SherlockProfessional包括所有的機(jī)器視覺(jué)軟件工具，特別適合多個(gè)攝像機(jī)檢測(cè)，具有專(zhuān)用算法及更復(fù)雜的圖像處理能力。

Sherlock系列產(chǎn)品版本具有相同界面，采用圖形界面，無(wú)需要編寫(xiě)新代碼，只要通過(guò)一些簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊操作就可以完成各種應(yīng)用系統(tǒng)的檢測(cè)。軟件采用高性能的機(jī)器視覺(jué)算法，靈活的界面允許根據(jù)用戶(hù)的系統(tǒng)要求制作相應(yīng)的操作界面，實(shí)現(xiàn)各種機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。圖4是Sherlock的軟件界面。

軟件可提取直線、圓環(huán)、圓弧、長(zhǎng)方形、點(diǎn)等要處理的區(qū)域，并對(duì)提取的區(qū)域進(jìn)行圖象處理，包括與、或、異或等邏輯操作，加、減、放大、縮小、投影等數(shù)學(xué)運(yùn)算，卷積、Sobel運(yùn)算等圖像濾波，圖像折疊、旋轉(zhuǎn)、變焦等處理，并將圖像保存和存儲(chǔ)。對(duì)線性、非線性、透視和畸變失真進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)攝像機(jī)或真實(shí)坐標(biāo)校準(zhǔn)，還有自動(dòng)再校正。軟件可對(duì)圖像進(jìn)行邊緣和點(diǎn)分析，進(jìn)行搜索或定位等模式識(shí)別，測(cè)量和計(jì)量距離、角度、直徑和周長(zhǎng)，對(duì)圖像確認(rèn)和反饋，可輸入輸出數(shù)字和模擬信號(hào)。