机器视觉技术及应用

第5章基于机器视觉的测控技术主要内容机器视觉测控系统数字图像处理图像融合技术典型应用 HALCON简介1

第5章基于机器视觉的测控技术在人类感知外部信息的过程中，通过视觉获得的信息占全部获取信息的75%。随着计算机技术和自动化技术突飞猛进的发展，机器视觉取得了长足的进步，在现代工业、农业、国防以及科学研究等众多领域取得了广泛应用。

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第5章基于机器视觉的测控技术介绍机器视觉测控系统、数字图像处理方法以及图像信息融合术，简要介绍应用作者研制的 ZM-VS1300视觉智能测控系统平台研制开发自己专用视觉测控系统方案，最后给出了作者研制的机器视觉测控系统典型应用案例。3

5.1机器视觉测控系统概念：机器视觉测控就是将被测对象的视觉图像信息检测传递给图像处理装置，图像处理装置经过一系列处理后给出决策结果，根据决策结果实施对测控系统的相应控制。应用：广泛应用于有形物体的检测、识别和跟踪。如工业产品的尺寸测量、缺陷识别、分类判定等；微电子器件的焊点自动检测；软质、易脆零部件的检验；各种模具二维形状检测；大型工具三维自动检测等。4

5.1机器视觉测控系统原理：机器视觉测控系统一般由获取图像信息的图像测量系统、决策分类或跟踪对象的控制系统组成。可分为图像获取和图像处

第5章基于机器视觉的测控技术主要内容机器视觉测控系统数字图像处理图像融合技术典型应用 HALCON简介1

第5章基于机器视觉的测控技术在人类感知外部信息的过程中，通过视觉获得的信息占全部获取信息的75%。随着计算机技术和自动化技术突飞猛进的发展，机器视觉取得了长足的进步，在现代工业、农业、国防以及科学研究等众多领域取得了广泛应用。

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第5章基于机器视觉的测控技术介绍机器视觉测控系统、数字图像处理方法以及图像信息融合术，简要介绍应用作者研制的 ZM-VS1300视觉智能测控系统平台研制开发自己专用视觉测控系统方案，最后给出了作者研制的机器视觉测控系统典型应用案例。3

5.1机器视觉测控系统概念：机器视觉测控就是将被测对象的视觉图像信息检测传递给图像处理装置，图像处理装置经过一系列处理后给出决策结果，根据决策结果实施对测控系统的相应控制。应用：广泛应用于有形物体的检测、识别和跟踪。如工业产品的尺寸测量、缺陷识别、分类判定等；微电子器件的焊点自动检测；软质、易脆零部件的检验；各种模具二维形状检测；大型工具三维自动检测等。4

5.1机器视觉测控系统原理：机器视觉测控系统一般由获取图像信息的图像测量系统、决策分类或跟踪对象的控制系统组成。可分为图像获取和图像处

机器视觉检测 一、概念

视觉检测是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉检测的特点是提高生产的柔性和自动化程度。

2、典型结构

五大块：照明、镜头、相机、图像采集卡、软件

1.照明

照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。目前没有通用的照明设备，具体应用场景选择相应的照明装置。照射方法可分为：

分类 背向照明

具体说明

优点

被测物放在光源和摄像机之能获得高对间 比度的图像 光源和摄像机位于被测物的便于安装 同侧

前向照明

结构光

将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息

频闪光照明

将高频率的光脉冲照射到物

体上，摄像机拍摄要求与光源同步

2.镜头

镜头的选择应注意以下几点：焦距、目标高度、影像高度、放大倍数、影响至目标的距离、中心点/节点、畸变。 3.相机

按照不同标准可分为：标准分辨率数字相机和模拟相机等。

要根据不同的实际应用场合选不同的相机和

方向性纹路中的表面瑕疵

应用机器视觉于方向性纹路 之表面瑕疵检测

方向性纹路中的表面瑕疵

纹路的种类 有方向性的纹路(directional texture)–灰阶变化具有规则性且依特定方向重复的现 象，且呈现某些固定方向的结构特征 –如纺织品之经纬或切削加工件之刀纹等

无方向性之随机纹路(random texture)–不具固定方向性，且随机分布于物体表面 –例如金属铸件

方向性纹路中的表面瑕疵

举例

布紋

切削加工件

金屬鑄件

方向性纹路中的表面瑕疵

本研究的方法 事先并不需要建立纹路的特征指针，而是藉由 傅立叶转换可以凸显方向性纹路之周期性特征 的特性，以及反傅立叶转换之影像还原技术， 来进行方向性纹路之表面瑕疵检测。

方向性纹路中的表面瑕疵

纹路之图例 方向性纹路-切削加工件

(a1) 原始影像

(a2) 傅立叶转换影像

方向性纹路中的表面瑕疵

纹路之图例 随机纹路-金属铸件

(b1) 原始影像

(b2) 傅立叶转换影像

方向性纹路中的表面瑕疵

各个流程方法之处理结果21000 18000 15000 ¨ ¤ × 12000 « Ö ² ¥ 9000 [ È ­ 6000

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机器视觉检测 一、概念

视觉检测是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉检测的特点是提高生产的柔性和自动化程度。

2、典型结构

五大块：照明、镜头、相机、图像采集卡、软件

1.照明

照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。目前没有通用的照明设备，具体应用场景选择相应的照明装置。照射方法可分为：

分类 背向照明

具体说明

优点

被测物放在光源和摄像机之能获得高对间 比度的图像 光源和摄像机位于被测物的便于安装 同侧

前向照明

结构光

将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息

频闪光照明

将高频率的光脉冲照射到物

体上，摄像机拍摄要求与光源同步

2.镜头

镜头的选择应注意以下几点：焦距、目标高度、影像高度、放大倍数、影响至目标的距离、中心点/节点、畸变。 3.相机

按照不同标准可分为：标准分辨率数字相机和模拟相机等。

要根据不同的实际应用场合选不同的相机和

均值滤波

其采用的主要方法为邻域平均法。线性滤波的基本原理是用均值代替原图像中的各个像素值，即对待处理的当前像素点（x，y），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有像素的均值，再把该均值赋予当前像素点（x，y）。

不足之处：不能很好地保护图像细节，在图像去噪的同时也破坏了图像的细节部分，从而使图像变得模糊，不能很好地去除噪声点。

高斯滤波

高斯滤波是一种线性平滑滤波，适用于消除高斯噪声，广泛应用于图像处理的减噪过程。对整幅图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到。

具体操作是：用一个模板（或称卷积、掩模）扫描图像中的每一个像素，用模板确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值。

低通滤波

低通滤波(Low-pass filter) 是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。

高通滤波

高通滤波(high-pass filter) 是一种过滤方式，规则为高频信号能正常通过，而低于设定临界值的低频信号则被阻隔、减弱。

Roberts算子

是一种利用局部差分算子寻找边缘的算子，他采用对角线方向相邻两象素之差近似梯度幅值检测边缘

机器视觉

目录·【概述】 ·【基本构造】 ·【工作原理】

·【机器视觉系统的典型结构】 ·【机器视觉的应用】

机器视觉（Machine vision）

【概述】

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和 CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

正是由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。

【基本构造】

一个典型的工业机器视觉系统包括

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机器视觉在中国

中国工业自动化的现状及发展趋势

众所周知，中国正在成为一座世界工厂。将近100种商品生产位居世界第一，它们遍布10多个工业行业，诸如：消费品、制药、电子器件等。中国在刚刚过去的2003年吸引了超过500亿美元的海外投资。近年来每年的经济增长速度保持在7～8%。

制造业已经成为中国最大的工业行业，然而来自装备制造业的产值仅相当于整个制造业产值的26%。与美国和德国超过40%的比例相比，在未来20年，中国制造业需要高速发展。这将给工厂自动化带来前所未有的机遇。资金密集型和技术密集型的工业越来越多地受到政府支持；另一方面，鉴于中国潜在的巨大市场和丰富低廉的人力资源，许多发达国家将他们的生产线和设备转移到中国大陆开办工厂，因此在未来较长的一个时期内，发展劳动密集型产业仍将是中国政府的重要政策。

上面这些因素都直接影响着中国工业自动化的面貌。例如在长春大众和上海大众的现代化工厂和Nokia的北京工厂中，最先进的工业生产线和检测设备随处可见，自动化水平及质量检测水平与他们在别的国家的生产基地相比毫不逊色甚至更高。你也可以看到很多半自动化、半人工

机器视觉技术发展现状

人类认识外界信息的80%来自于视觉，而机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，机器视觉的最终目标就是使计算机像人一样，通过视觉观察和理解世界，具有自主适应环境的能力。作为一个新兴学科，同时也是一个交叉学科，机器视觉是通过对相关的理论和技术进行研究，从而建立由图像或多维数据中获取“信息”的人工智能系统，其特点是可提高生产的柔性和自动化程度。目前机器视觉技术已经在很多工业制造领域得到了应用，并逐渐进入我们的日常生活。

一、 机器视觉简介

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉主要利用计算机来模拟人的视觉功能，再现于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。机器视觉是一项综合技术，其包括数字处理、机械工程技术、控制、光源照明技术、光学成像、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术和人机接口技术等，这些技术相互协调才能构成一个完整的工业机器视觉系统[1]。

机器视觉强调实用性，要能适应工业现场恶劣的环境，并要有合理的性价比、通用的通讯接口、较高的容错能力和安全性、较强的通用性和可移植性。其更强调的是实时性，要求高速度和高精度，且具有非接触性、实时性、

2016年全国职业院校技能大赛

竞赛项目方案申报书

赛项名称：机器人、机器视觉及RFID技术应用与开发 赛项组别：中职组□高职组■ 专业大类：制造大类（专业代码58） 方案设计专家组组长：吴懋刚 专家组组长手机：13961656322

方案申报单位（盖章）：中国通信工业协会 方案申报负责人：王敬华 联系手机： 邮箱号码：

13701332861 wjh@cciais.org 通讯地址：北京市海淀区学院南路15号 邮政编码：100083 申报日期：2015年8月

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2016年全国职业院校技能大赛

竞赛项目方案

一、赛项名称 （一）赛项名称

工业机器人、机器视觉及RFID应用及评估大赛

（二）压题彩照

（三）赛项归属产业类型

工业智能制造

（四）赛项归属专业大类

专业大类：制造大类（58） 专业名称： 数控技术（580103）

电气自动化技术（580202）

工业网络技术（580206）

检测技术及应用（580207） 电子信息工程技术（590201）

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计算机应用技术（590101）

物联网工程技术（590359