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解读视觉传感技术的实践与应用

目录:企业新闻发布时间:2019-07-03 11:59:06点击率:

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一台机器为什么能看到你?那是因为它有了“眼睛”,也就是视觉。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能,从客观事物的图像中提取信息,进行处理并加以理解,终用于实际检测、测量和控制。  



  一、视觉传感器概述

 视觉传感器是指:利用光学元件和成像装置获取外部环境图象信息的仪器,通常用图象分辨率来描述视觉传感器的功能。它的精度不仅与分辨率息息相关,还与被测物体的WD、FOV范围有关。WD、FOV大,成像精度低;反之,成像精度高。


 二、视觉传感技术分类

  目前,视觉传感技术主要分为以下两类:

 1、3D视觉传感技术

  在当前的视觉系统中,3D立体成像成为研究热点,无需佩戴立体眼镜就能看到立体图像成为视觉系统的发展方向。而目前所谓的3D电影和游戏并非整整的3D影像,这是因为拍摄电影时使用的是单镜头摄像机,制作游戏使用的是3D软件技术,因此,从制作到显示都是平面的。3D图象信息的获取都是基于图象传感器获取、量化图象信息,这些图象信息有直接获取可见光的图象,也有通过检测辐射、红外线、超声波等不同形式来获取图象信息。不同传感器技术有不同的分辨率、精度和噪声,我们可从图象传感器提取部分有用的信号进行分析应用。


   3D视觉传感器具有广泛的用途,比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等。这些不同的应用均是基于3D视觉图像传感器技术。特别是3D影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有急迫的应用。

  2、智能视觉传感技术

  智能视觉传感技术下的智能视觉传感器也称智能相机,是近年来机器视觉领域发展快的一项新技术。智能相机是一个兼具图像采集、图像处理和信息传递功能的小型机器视觉系统,是一种嵌入式计算机视觉系统。它将图像传感器、数字处理器、通讯模块和其他外设集成到一个单一的相机内,由于这种一体化的设计,降低了系统的复杂度,易学、易用、易维护、安装方便,更加可靠稳定。同时系统尺寸大大缩小,拓宽了视觉技术的应用领域。


 三、视觉传感技术的实现基础


 视觉传感器的图像采集单元主要由CCD/CMOS相机、光学系统、照明系统和图像采集卡组成,将光学影像转换成数字图像,传递给图像处理单元。通常使用的图像传感器件主要有CCD图像传感器和CMOS图像传感器两种。

四、视觉传感技术的应用


  1、汽车车身视觉检测系统


 车身成型是汽车制造的关键工序之一,对车身的各项指标要求严格,需对车身进行100%的检测。传统的检测方法操作复杂,速度慢,工期长,只能进行抽检,难以保证产品的良品率。

 通常,车身检测主要是检测车身挡风玻璃尺寸、车门安装处棱边位置、定位孔位置等地方。因此视觉传感器分布于这些位置附近,测量其相应的棱边、孔、表面的空间位置尺寸。在生产线上设计测量工位,车身定位后,置于一框架内,框架由纵横分布的金属柱、杆构成,可根据需要在框架上灵活安装视觉传感器。根据测量点的数量可安装相应数量的视觉传感器(通常情况下每个视觉传感器测量一个被测点),可根据实际需求,选择不同形式的传感器。

 车身检测的工作过程为:由生产线运送车身到测量工位进行准确定位,然后传感器按要求顺序开始工作,计算机采集检测点图像并进行处理,计算出被测点的空间三维坐标,计算值与标准值比对,得出检测结果,并将车身送出测量工位。


  2、连接器视觉测量系统


  在工业生产中,连接器是一类重要的工业产品,而它的质量参数则是制造的重要数据,其中连接器焊脚、弹高的尺寸、间距、PIN脚、外观等问题是影像产品质量的关键。随着智能产品广泛使用,连接器市场供求量大,生产过程中。传统人力检测难以逐个排查,人员易疲劳,管控难,难以确保产品品质。如今视觉传感技术的出现解决了上述问题,视觉传感技术采用的是非接触式测量且测量范围大。


视觉测量系统由相机、镜头、光源、控制器、图像采集卡组成,通过光学成像原理,自动提取被测物的表面特征,将提取的产品数据与设定数据对比,通过OK或NG信号,发现产品问题,管控产品品质。整个检测过程,只需数秒即可完成,既满足了高产量需求,又可降低成本,提高生产效率。


3、三维形貌视觉测量


 三维形貌数字化测量技术是逆向工程和产品数字化设计、管理及制造的基础支撑技术。它所实现三维形貌数字化测量的机理是将视觉非接触、快速测量和的高分辨力数字成像技术相结合。由于所测量的物体多是大型、具有复杂表面的物体,测量通常分为局部三维信息获取和整体拼接两部分,先利用视觉扫描传感器对被测形貌各个局部区域进行测量,再采用拼接技术将各部分形貌进行拼接终得到完整图像。  


 这项传感器的视觉扫描测头采用局域双目立体视觉测量原理设计。形貌整体拼接实质上是将所采集到的数据放到公共坐标上,这样就能得到整体的数据描述。通过高分辨率数码相机从测量空间的上方以不同的角度和位置对被测量进行数据收集,运用光束定向交汇平差原理得到控制点空间坐标并建立全局坐标系,通过各个坐标系进行关联、转换,完成数据拼接。


  视觉源于生物界获取外部环境信息的一种方式,是自然界生物获取信息的有效手段,是生物智能的核心组成之一。人类80%的信息都是依靠视觉获取的,基于这一启发研究人员开始为机械安装“眼睛”,使得机器跟人类一样通过“看”获取外界信息。视觉传感器技术的实质就是图像处理技术,通过截取物体表面的信号绘制成图像从而呈现在人们的面前,它的出现解决了其他传感器因场地环境限制或检测设备庞大而无法操作的问题,提升了企业自动化生产能力,因此备受工业制造界的欢迎。

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